Введение к работе
Актуальность работы
Механические свойства пищевой продукции имеют решающее значение, как при хранении и транспортировке, так и при опенки её потребительского качества. От этих свойств зависят: возможность складирования продукции в таре той или иной величины и формы, способность продукции переноешь вибрацию и тряску при транспортировке, а также и её органолептические свойства. Широкое распространение производств, выпускающих студнеобразную и аналогичную ей продукцию, приводит к необходимости измерения характеристик механических свойств в сопоставимых единицах, желательно в системе СИ. В настоящее время в большинстве е.туїасв измеряются комплексные характеристики указанных свойств, физический смысл которых часто трудно объяснить, причем единицы некоюрых характеристик совершенно не соответствуют названию mix характеристик (іак. например, в ряде приборов, прочность измеряется в единицах массы), а иногда используются «единицы прибора», не имеющие корректного определения.
Измерение различных характеристик механических свойств в несопоставимых условиях или единицах заір\днясг. а в некоюрых с.!\ч-п\ делает невозможным учет этих характеристик при сертификации продукции
Кроме того, используемые методы измерений рассматриваемых характеристик, как правило, являются косвенными и не имеют ничего общею со стандартными методами измерения тех же характеристик у др\ги.\ материалов. Совершенно очевидно, что разрабатываемые методы и средства измерения и контроля должны носить черты преемственности по отношению к стандартизованным методам, причем, эта преемственность должна быть максимально выражена, хотя индивидуальные особенности исследуемых материалов требует разработки ряда специфических приемов измерения и конструктивных решений.
4 Таким образом, задача по разработке методов и средств измерения и контроля механических свойств веществ, содержащих студнеобразователи. является вполне актуальной.
Целью работы является создание методов и средств измерения и контроля унифицированных характеристик механических свойств студней и других подобных им сред с малым модулем упругости, у которых, с одной стороны, прослеживалась бы преемственность со стандартными методами и средствами измерения, применяемыми для определения аналогичных характеристик металлов и полимеров, а, с другой, — исключались бы влияние поверхностного слоя образцов и необходимость их жесткого крепления при измерениях. В качестве унифицированных характеристик механических свойств студней, подлежащих контролю выбраны: модуль упругости, условное сопротивление срезу, предел текучести и динамическая вязкость.
Основные задачи исследования
-
Анализ существующих методов и средств измерения и контроля характеристик механических свойств студней и других подобных им материалов с целью конкретизации направления проводимого исследования;
-
Выявление условий, соблюдение которых необходимо для измерения указанных характеристик;
-
Разработка методов и реализующих их средств измерения и контроля характеристик механических свойств веществ, содержащих студнеобразователь:
-
Экспериментальное исследование метрологических характеристик разработанных методов и средств измерения и контроля с оценкой точности полученных результатов методами математического моделирования и теории погрешностей.
5 Этапы выполнения работы
Теоретическое обоснование целесообразности измерения унифицированных характеристик механических свойств материалов, содержащих студнеобразователь, аналогичных измеряемым у других групп материалов.
Анализ существующих методов и средств измерения и контроля характеристик механических свойств студней и других подобных им материалов с целью конкретизации направления проводимого исследования
Обоснование условий, которые должны соблюдаться при измерении и контроле модуля упругости, условного сопротивления срезу, предела текучести и динамической вязкости студней.
Разработка экспериментальной установки с приспособлениями, позволяющими обеспечить измерения указанных характеристик.
Анализ результатов измерений с целью определения погрешностей разработанной установки и источников их возникновения.
Методы и средства исследования
В работе использовались методы, применяемые в настоящее время при исследовании механических свойств различных типов материалов, а іакже методы, специально разработанные для студнеобразных материалов. При выполнении работы применялись аналитические и численные методы, методы физического и математического моделирования, а также методі,і корреляционного и регрессионного анализов, элементы маїемаїпчесіичі статистики и теория точности.
Экспериментальные исследования проведены на разработанных установках с использованием современных средств измерений. Обработка данных выполнена на ЭВМ по оригинальным алгоритмам и программам, а также с использованием систем автоматизации математических расчетов MathCAD, табличного процессора Excel, Table Curve и Axum .
Научная новизна работы
Классификация средств измерения и контроля механических свойств студнеобразных и подобных им веществ.
Обоснование необходимости измерения унифицированных характеристик механических свойств студнеобразных материалов в единицах системы СИ.
Теоретическое обоснование разработанных методов измерения и контроля характеристик механических свойств материалов, имеющих студнеобразную структуру:
метода определения динамической вязкости и усилия, соответствующего пределу текучести;
метода определения модуля упругости первого рода (модуля Юнга) и предела прочности на растяжение;
метода определения условного сопротивления срезу,
Математическая модель, описывающая движение твердого тела в студне под действием приложенной из вне силы.
Обоснование выбора цилиндрического тела для определения динамической вязкости по методу Стокса и определение значения соответствующего коэффициента формы.
- Анализ источников погрешностей разработанных методов и
средств контроля на основе теории точности.
Практическая ценность работы
- Разработаны методы определения модуля упругости первого рола (модуля Юнга), предела текучести, предела прочности на растяжение, условного сопротивления срезу и динамической вязкости студнеобразных материалов.
- Разработаны средства измерения и контроля, позволяющие определи і ь
вышеуказанные характеристики механических свойств студнеобразных
материалов при различных видах погружения, обеспечивающие нос тонне то
воздействующей нагрузки, а также возможность её регулирования и
возможность варьирования размеров режущего инструмента при раыичных
значениях нагрузки.
Реализация и внедрение результатов исследования
Разработанные средства для исследования характеристик механических свойств студнеобразных веществ используются при проведении научных исследований в ВНИИСПК и ОрёлГТУ, а также в лабораторном практіпаме. по специальностям 19.01 «Приборостроение » и 27,08 .<Те\ііо.іоі им консервирования».
Апробация работы
Материалы диссертационного исследования доложены ц обсуждены па 8 конференциях, в том числе;
Пятое международное совещание-семинар "Инженерно- физические проблемы новой техники", МГТУ: Москва, 1998;
Третья международная научно-техническая конференция "Чкаловскпе чтения. Инженерно- физические проблемы авиационной и космической техники", ЕАТК ГА: Егорьевск, 1999;
Международная научно-техническая конференция "Качество жизни населения -основа и цель экономической стабилизации и роста". Орел, \ЧЧЧ.
Международная научно-техническая конференция "Сертификация и управление качеством продукции", БГТУ: Брянск, 1999;
Вторая всероссийская научно-техническая конференция "Мею їм и средства измерений физических величин". НГТУ: Нижний І Іовгоро і 199"
- Всероссийская научно-техническая конференция "Диагностика
веществ, изделии и устройств", ОрелГТУ: Орел, 1999.
Воронежская школа "Современные проблемы механики и прикладной математики", Воронеж, 1998;
Декада науки-97 "Духовные ценности современной российской молодежи". Орел, 1997;
Доклад «Методы исследования механических характеристик материалов с малым значением модуля упругости« удостоен диплома ГП-ей международной научно-технической конференции »Чкаловские чтения«. - ИПАКТ - III. (Егорьевск, июнь 1999 г.).
Публикации По содержанию и результатам диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, получен патент РФ.
На защиту выносятся
Классификация средств измерения и контроля механических свойств студнеобразных и подобных им веществ.
Разработанные методы измерения и контроля характеристик механических свойств студнеобразных веществ, коррелированные с методами и средствами измерений, применяемыми для металлов и полимеров, и позволяющие оценить механические свойства материалов в единицах СИ. отличающиеся от известных отсутствием зажимов для крепления образцов, использованием для определения вязкости цилиндрического тела, погружаемого в среду, и формированием образца исследуемого материала непосредственно перед его контролем.
Математическая модель, описывающая, движение твердого і ела в студне под действием приложенной из вне силы, и экспериментальное подтверждение возможности рассмотрения студнеобразных вешестп как
9 ньютоновских жидкостей при малых скоростях погружения в них цилиндрического тела.
- Средства измерения характеристик механических свойств исследуемых материалов: модуля упругости первого рода (модуля Юта), предела текучести, предела прочности на растяжение, условного сопротивления срезу и динамической вязкости, реализующие разработанные методы.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа изложена на 172 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков и 16 таблиц. Она состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников, включающего 84 наименования работ отечественных и зарубежных авторов, а также двух приложений.
