鴨蛋殼的力學(xué)特性及多孔超微結(jié)構(gòu)的滲透特性研究.pdf

1、咸蛋加工在中國(guó)具有歷史悠久，將鴨蛋利用鹽水等浸漬加工成咸蛋，不僅口味更加獨(dú)特，而且能夠儲(chǔ)藏更久，緩解蛋品的季節(jié)性供需矛盾。在靜態(tài)下，咸蛋腌漬過(guò)程中的鹽水等通過(guò)蛋殼和蛋殼膜不斷向蛋內(nèi)滲透，蛋殼的品質(zhì)和超微多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)直接影響咸蛋的成熟周期。本文在深入了解國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，以白殼鴨蛋為研究對(duì)象，研究了鴨蛋殼的品質(zhì)，特別是力學(xué)特性和蛋殼的孔隙結(jié)構(gòu)及滲透特性。首先對(duì)衡量蛋殼品質(zhì)的基本物理參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，利用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)鴨蛋殼進(jìn)行靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合

2、理論分析和有限元的數(shù)值模擬研究，進(jìn)一步研究蛋殼不同加載部位的力學(xué)特性；然后利用環(huán)境電鏡掃描獲取蛋殼的掃描圖像，結(jié)合圖像處理技術(shù)和分形理論等，研究蛋殼的微觀孔隙結(jié)構(gòu)和多孔滲透?jìng)髻|(zhì)特性；最后探索了禽蛋在腌漬過(guò)程中，溫度、壓強(qiáng)作用對(duì)蛋殼滲流物性參數(shù)的影響機(jī)理。主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)利用TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀對(duì)鴨蛋分別進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)和穿刺實(shí)驗(yàn)，研究表明，鴨蛋在壓縮實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，探頭對(duì)蛋殼有向下的壓縮力，蛋殼長(zhǎng)軸方向加載所能承受的最大

3、抗載要明顯大于短軸方向加載所能承受的最大抗載；在穿刺實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，蛋殼受到探針的剪切力和擠壓力，短軸處的最大抗穿刺力要略大于長(zhǎng)軸加載時(shí)的最大抗穿刺力，且穿刺作用比壓縮作用更容易造成蛋殼的破損。
　　 (2)通過(guò)對(duì)鴨蛋基本物理參數(shù)和蛋殼靜力學(xué)特性的相關(guān)性分析表明，蛋重與長(zhǎng)、短徑有一定的正相關(guān)性，而與蛋形指數(shù)沒(méi)有相關(guān)性；尖端的最大抗載與蛋重有一定的正相關(guān)性，而赤道和鈍端的最大抗載與蛋重沒(méi)有相關(guān)性；不同部位的最大抗載均與蛋形指數(shù)有正相關(guān)

4、關(guān)系，即鴨蛋越圓，抗載能力也越強(qiáng)；不同部位的最大抗載也與蛋殼厚度有正相關(guān)性，并且采用多項(xiàng)式模型來(lái)擬合蛋殼厚度與最大抗載之間的關(guān)系最為合適。
　　 (3)基于彈性薄殼理論的計(jì)算分析表明，鴨蛋在長(zhǎng)軸頂點(diǎn)(尖頭)處抗壓強(qiáng)度最大。通過(guò)有限元法數(shù)值模擬鴨蛋的不同部位在不同載荷作用下的應(yīng)力分布狀態(tài)，在相同載荷作用下，在短軸受載時(shí)蛋殼產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大于長(zhǎng)軸受載時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，也就是鴨蛋的長(zhǎng)軸方向抗載能力更強(qiáng)。理論計(jì)算和數(shù)值模擬的結(jié)果都與實(shí)驗(yàn)的結(jié)

5、果吻合，這也證明了禽蛋在運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中常采取豎直放置的原因。
　　 (4)運(yùn)用環(huán)境掃描電鏡和Image-pro Plus圖像分析技術(shù)相結(jié)合定量研究蛋殼孔隙微觀尺寸的大小，結(jié)果表明，同一蛋殼的鈍端處的孔隙平均面積、平均周長(zhǎng)和平均直徑均大于尖端和赤道處的孔隙平均面積、平均周長(zhǎng)和平均直徑；采用盒計(jì)數(shù)法和小島法分布測(cè)試了蛋殼孔隙尺寸分布的分形維數(shù)和孔隙截面邊界分形維數(shù)，結(jié)果表明，蛋殼的孔隙結(jié)構(gòu)具有明顯的分形特征，且鈍端的孔隙尺寸分布比尖端

6、和赤道處的寬廣，孔隙所占據(jù)的面積更大，更利于蛋殼的滲透，但是孔隙形狀分布極其的不規(guī)則。
　　 (5)基于分形理論建立蛋殼的孔隙度分形模型和滲透率分形模型，研究表明，是否考慮蛋殼孔隙迂曲度對(duì)孔隙度和滲透率的影響極小。蛋殼的孔隙度趨近于O，這主要是由于蛋殼的最大孔隙直徑通常也只有約10μm。蛋殼的滲透率極低，屬于典型的低滲多孔介質(zhì)，其數(shù)量級(jí)約為10-8μm2，是蛋殼的一種固有屬性，它只與蛋殼的孔隙結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系，但并不隨孔隙度呈簡(jiǎn)