海带苗生物力学特性试验与仿真研究

海带苗的生物力学特性是决定夹苗设备的夹苗方式、夹苗压力、夹苗位置、夹苗速度等重要参数的依据,“大连海洋大学”本研究以适夹期海带苗为研究对象,通过对海带苗进行拉伸、剪切、压缩及摩擦试验,获得了海带苗在外力作用下的力学特性参数和变化规律,为海带夹苗设备的设计提供数据支撑。

质地检测仪器：TMS-PRO 质构仪，美国FTC。（盈盛国产质构仪可选）

海带苗的拉伸特性

对海带苗柄、叶分段拉伸，曲线分为三段：AB 段非线性形变；BC 段为弹性阶段，符合胡克定律；CD 段无屈服，达到临界点后瞬时断裂。海带苗叶抗拉强度低于柄；加载速度升高，二者抗拉强度均下降。海带苗为黏弹性材料，加载越快越易脆断，与裙带菜研究结果一致。夹苗作业时，在不降低效率的情况下应调低辊轮转速，减少幼苗拉伤。

海带苗的剪切特性

剪切试验将海带苗分为柄、叶两段,分别进行剪切试验,得到剪切特性曲线如图8 所示,对其进行数据处理,结果见表3。图8 为海带苗柄、叶的剪切曲线及变化规律,将海带苗柄、叶分段进行剪切试验，剪切曲线分为三段：AB 段剪切力缓慢上升;BC 段近似线性增长,发生局部塑性变形;CD 段在 C 点剪断后剪切力快速下降｡ 海带苗柄抗剪强度高于叶;加载速度由 5 mm/min 升至 15 mm/min 时,柄抗剪强度由 2.23 MPa 降至 1.95 MPa,叶由 1.74 MPa 降至 1.12 MPa｡海带苗具有黏弹性,低速下应力可在细胞间充分传递,高速时应力来不及分散,抗剪强度降低,该规律与棉花秸秆剪切特性研究结论相近｡夹苗作业中,剪切损伤来自设备冲击和苗绳夹紧作用,在保障效率的前提下,应减小设备冲击、选用夹紧力适宜的苗绳，保护海带苗。

海带苗的压缩特性

以海带苗柄、叶为试样，在 5、10、15 mm/min 三种加载速率下开展压缩恢复试验，得到 TPA 特征曲线。曲线分为 AB 压缩段、BC 恢复段：压缩段载荷随时间呈指数增长，至 B 点达到预设形变；恢复段载荷指数衰减，C 点试样复原。试验数据显示：海带苗柄的恢复性优于叶；加载速率由 5 mm/min 提升至 15 mm/min 时，柄恢复性由 0.43 升至 0.46，叶由 0.03 升至 0.06。低速下受压时间更长，恢复性更差，该规律与苹果果肉质地测试结论一致。

海带苗的摩擦特性

海带夹苗的摩擦主要产生于海带苗叶与接触材料间。在 5 N 正压力下，摩擦系数随加载速度升高而增大，原因是苗叶褶皱增多；15 mm/min 加载速度下，摩擦系数随正压力升高而减小，苗叶析出水分起到润滑作用。同等条件下摩擦系数：硅胶＞橡胶＞不锈钢，硅胶更适合作为夹苗设备接触部件。

结论

适夹期海带苗形态参数集中。随加载速率提高，海带苗柄、叶的抗拉、抗剪强度减小，抗压强度增大。摩擦试验显示正压力显著影响摩擦系数，夹苗宜低速、加大正压，提高摩擦力、减少损伤。EDEM 仿真相对误差 8.2%，验证了离散元模型适用于海带苗力学研究。