Обзор методов и способов измерения физико-механических параметров рыбы
простой метод определения реологических характеристик реального тела
заключается в построении кривых кинетики деформаций и кривых релаксации
напряжений. По этим кривым можно найти модуль мгновенной и запаздывающей
упругости, коэффициент динамической вязкости, предел текучести, упругости и
прочности, т. е. все данные, характеризующие упругие, вязкие и пластические
свойства тел.
Перечисленные константы позволяют объединить деформационное поведение
материала и достаточно полно характеризовать его структурно-механические
свойства. Под кривыми кинетики деформаций понимается изменение деформации
тела с течением времени при постоянном напряжении, а под кривы ми
релаксации напряжения – изменение напряжения в теле с течением времени при
постоянной деформации.
При снятии кривых кинетики де формаций необходимо правильно вы брать
величину напряжения, поскольку при большом напряжении в вяз ком теле
возникает большая скорость деформации, которую можно ошибочно принять за
мгновенную упругую деформацию.
Кинетика деформации тела рыбы.
Экспериментальные исследования для построения кривых кинетики
деформаций и диаграммы развития восстановительных деформаций в теле рыбы
после снятия напряжения были проведены на приборе, показанном на рис. 8. К
головке 1 посредством ползуна 3 присоединяют платформу 5, на которой
устанавливают груз, а к нижнему его концу крепят наконечник 6. На винты 7,
соединенные с головкой 1, устанавливают плоскость 2.
Опыты по определению изменений деформаций в теле рыбы при постоянном
напряжении проводили в следующей последовательности. Рыбу укладывали на
плоскость 2. Ползун 3 с индикатором перемещали таким образом, чтобы шток
индикатора касался тела рыбы, а стрелка индикатора совмещалась с нулевой
отметкой 4. На платформу 5 укладывали груз и шток погружали в тело рыбы.
Время погружения штока на соответствующую глубину фиксировалось
секундомером через 0, 5, 10, 20, 30, 40, 60/120 и 180 с.
Наконечник 6 имел плоскую цилиндрическую поверхность. Груз,
укладываемый на платформу 5, выбирали таким образом, чтобы напряжение между
наконечником и рыбой было 65•102 Н/м2.
Поскольку внутри индикатора имеется пружина, препятствующая перемещению
штока, была снята характеристика пружины, и усилие, необходимое для сжатия
пружины, было учтено при определении напряжения между наконечником и
штоком. Колебание напряжения не превышало 6%.
По истечении 180 с груз снимали и фиксировали восстановительную
деформацию в теле рыбы. В связи с тем что визуально зафиксировать величину
восстановительной деформации трудно, применяли следующий метод. Рыбу
укладывали на платформу весов и уравновешивали гирями. Затем платформу
фиксировали от перемещения и рыбу нагружали через индикатор постоянной
силой по методике, описанной выше. После снятия нагружения платформа весов
освобождается от фиксации и весы оказываются уравновешенными, т. е. качания
весов не происходит. Теперь представляется возможным фиксировать
восстановительную деформацию, поскольку касание рыбы к наконечнику
индикатора фиксируется чувствительными весами.
Восстановительную деформацию определяли через те же промежутки времени,
что и при нагружении.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТА ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ ТЕЛА РЫБ
Для того чтобы воспользоваться всеми теоретически выведенными
уравнениями, необходимо знать величину мгновенного модуля упругости Е0,
запаздывающего модуля упругости E1 и коэффициента динамической вязкости ?.
Величину мгновенного модуля упругости E0 можно определить исходя из
экспериментальных данных. На рис. 9 представлены кривые кинетики деформации
тела скумбрии, когда напряжение между наконечником и телом рыбы равно ?
=0,13•105 Н/м2.
[pic]
Рис. 9. График кинетики деформации тела скумбрии.
Мгновенный модуль упругости определяется следующим об разом. По графику
определяют величину мгновенной деформации. Мгновенный модуль упругости
скумбрии, график кинетики деформаций которой изображен на рис. 9, равен:
[pic] Н/м2 (5)
Мгновенный модуль упругости для скумбрии, ставриды, сардинеллы, сельди,
берикса колебался в пределах от 1,5•105 до 6•105 Н/м2.
Численное значение коэффициента динамической вязкости определяли,
основываясь на следующем. Из рис. 9 видно, что вначале деформация тела рыбы
происходит только за счет мгновенного модуля упругости Е0 (участок AB), а
затем за счет совместного действия запаздывающего модуля упругости и
вязкости (участок ВС). Постепенно криволинейная зависимость практически
переходит в прямолинейную (участок CD). Если полагать, что на участке CD
деформация происходит только за счет вязкости, то можно из графика
определить коэффициент динамической вязкости:
[pic] (6)
Определив на участке CD тангенс угла наклона, можно найти коэффициент
динамической вязкости.
ЖЕСТКОСТЬ РЫБЫ
Надежность работы рыбообрабатывающих машин в значительной степени
зависит от структурно-механических свойств рыбы. Тело рыбы после засыпания
проходит три стадии изменении: до посмертного окоченения, посмертное
окоченение и автолиз. Каждой стадии посмертных изменений соответствуют свои
показатели структурно-механических свойств мышечной ткани рыбы. Эти
изменения характерны как для свежей рыбы, так и для замороженной, а затем
размороженной. С изменением структурно-механических свойств рыбы изменяются
силы взаимодействия между рыбой и рабочими органами машин, поскольку
изменяется площадь контакта, обусловливающая силы трения.
До настоящего времени структурно-механические характеристики в основном
оцениваются органолептическим методом. Рыбу сдавливают пальцами и оценивают
ее консистенцию. Не достатком такого метода оценки структурно-механических
характеристик мышечной ткани является его субъективность. К. тому же нет
количественных показателей, оценивающих консистенцию тела рыбы.
Был предложен критерий оценки структурно-механических свойств тела
рыбы, названный жесткостью. При органолептическом исследовании консистенции
мышечной ткани человек сжимает тело рыбы, совершая работу, по величине
которой и судят о консистенции тела рыбы. Для получения количественного
критерия совершаемой работы необходимо, чтобы сжатие рыбы совершала машина
и при этом весь процесс сжатия рыбы можно было записать на ленту.
Исследование жесткости тела рыбы проводилось на тех же приборах и с теми же
приспособлениями, что и в случае определения допустимого удельного
давления.
Тензометрическая головка автоматического пресса IS-5000 позволяла
фиксировать усилия от 0,01 до 50000 Н. Скорость перемещения траверсы пресса
принималась равной 10 мм/мин, а скорость перемещения ленты — 20 мм/мин. Как
было указа но выше, рыба является упруговязким телом. Известно, что при
большой скорости деформации упруговязкие тела ведут себя как упругие. Для
проявления как упругих, так и вязких свойств рыбы была выбрана скорость
деформации тела рыбы, равная. 10 мм/мин.
Исследования по определению жесткости тела рыбы проводили в следующей
методической последовательности. Рыбу укладывали в приспособление для
сжатия с заранее выбран ной площадью пластин. Выбирая площадь пластин,
исходили из формы тела рыбы, при этом необходимо было обеспечить
максимальный первоначальный контакт между пластинами и мышечной тканью тела
рыбы. Чаще всего применяли пластины размерами 20х30 мм, 20х50 мм и 30х80
мм.
Запись самописца автоматического пресса в координатах усилие —
деформация для трех различных видов рыб представ лена на рис. 10. По оси
ординат указано усилие, действующее на тело рыбы, в ньютонах, а по: оси
абсцисс – деформация тела рыбы в миллиметрах. На участке БВ кривой сжатия
рыбы, по-видимому, не обеспечивается полный контакт между пластинами и
телом рыбы, поэтому целесообразно работу, затраченную на сжатие тела рыбы,
определять, начиная с точки В. Работу сжатия для всех исследованных видов
рыб определяли при 5-миллим-етровой деформации (участок BE). За
штрихованная на рис. 10 площадь и представляет собой работу, затраченную на
сжатие рыбы.
[pic]
Рис. 10. Запись самописца при сжатии тела рыбы:
1 — ставрида; 2 — скумбрия; 3 — сардинелла.
Если определять работу сжатия для различных рыб при разной деформации, то
вели чины работы будут не соизмеримы.
Под жесткостью тела рыбы понимается отношение работы по сжатию тела
рыбы при 5-миллиметровой деформации к площади сжимающих пластин:
