马铃薯在收获、加工、运输过程中容易发生挤压和碰撞,引起马铃薯变形、破裂和内部淤伤,严重影响马铃薯的外观和品质,造成大量经济损失。因此,减少马铃薯加工链中的损伤、研究马铃薯的生物力学特性具有重要意义。“湖北工业大学”本研究切取鲜食马铃薯圆柱形试样,根据马铃薯试样在压缩后会产生不可恢复的塑性变形这一特征,发现了马铃薯的弹塑性规律和生物屈服点。通过试验,得到了马铃薯的破坏应力、弹性模量、切线模量及泊松比等弹塑性力学参数,并以马铃薯的生物屈服点作为弹塑性材料的屈服点,通过有限元分析得到马铃薯受力后的应变云图以及马铃薯碰撞后的损伤规律。

质地检测仪器：FTC公司的质构仪TMS-Pro

质地检测结果：马铃薯存在生物屈服点;试样压缩力达到生物屈服点后,压缩位移与塑性变形量近似呈正比例线性关系;马铃薯在受到碰撞作用时,塑性变形主要发生在以马铃薯碰撞点为切点的内切球范围内,即马铃薯内部。研究结果符合弹塑性材料的力学特性,与现有的损伤试验结果吻合。

结论：1)马铃薯在受力达到生物屈服点后,虽然力-位移曲线斜率变化不明显,但还是会产生不可恢复的塑性变形(即损伤)。2)相比于弹性体,将马铃薯视为弹塑性体进行有限元仿真更加合理,不仅可以判断马铃薯的破坏条件,还可以直观地看出马铃薯的损伤部位。3)马铃薯在受到碰撞作用后,损伤主要发生在以马铃薯碰撞点为切点的内切球范围内。4)马铃薯在受到挤压或碰撞作用后,即使没有完全破裂,达到马铃薯的生物屈服点后也会产生损伤。