摘 要

本文以山东栖霞红富士苹果为研究对象，对本品种红富士苹果的静载机械特性和流变特性进行了相关分析研究，利用粘弹性力学的四元件Burgers理论模型，对红富士苹果在恒定载荷下的蠕变曲线进行了拟合，解释苹果在储存和运输过程中，由于静载受压而引起的机械损伤现象。用生物学相关知识分析了本品种红富士苹果在静载蠕变下的损伤机理。在此基础上，又研究了不同因素对箱装苹果在静载受压时体积损伤率的影响，通过正交试验，对因素的重要性进行了排序，得到保护效果最好的缓冲包装方案，完成对当下苹果主流包装的优化设计。具体成果如下：

1、在苹果的静载机械特性研究中，获得了不同放置姿态下单个苹果的变形量——压力曲线。通过对曲线的分析，得到果梗在竖直放置姿态下，苹果的破坏极限更大的结论。

2、在苹果的静载流变特性研究中，得到单个苹果在不同载荷作用下的蠕变曲线，之后用Origin软件进行模型拟合，发现同苹果的蠕变规律同四元件Burgers模型拟合效果最好，表明苹果的静载蠕变变化可以用粘弹性理论解释。

3、研究了影响缓冲包装性能的几个因素。在SPSS数据处理软件中，运用正交实验理论，对苹果在不同包装下的体积损伤率进行了分析。结果显示，影响最大的因素是内包装方式。苹果体积损伤率最小的包装方案是气柱袋 EPE缓冲衬垫 双层隔档。

4、基于以上研究，对苹果的运输包装进行了优化，设计了一种新型的运输包装，经实验验证后可以减少苹果静载蠕变下的损伤率。

关键词：机械特性；流变特性；粘弹性；损伤率；

Abstract

This paper takes Shandong Qixia Red Fuji apple as the research object, and conducts a related research on the static mechanical characteristics and rheological properties of the Red Fuji apple. The four-component Burgers theoretical model of viscoelastic mechanics is applied to the Fuji apple under constant load. The creep curves were fitted to explain the mechanical damage caused by static loading during apple storage and transportation. The damage mechanism of this species of Red Fuji apple under static creep was analyzed using biological knowledge. On this basis, the influence of different factors on the volume damage rate of boxed apples under static load was studied. Through orthogonal tests, the importance of factors was ranked, and the best protection buffer packaging program was obtained. Complete the optimization design of mainstream apple packaging. The specific results are as follows:

1. In the study of apple's static load mechanical characteristics, the deformation curve of a single apple under different placement postures is obtained. The pressure curve has two visible characteristic points on the curve: bio-yield point and rupture point. Through analysis, it is concluded that the damage limit of apple is greater under the vertical placement attitude.

2. In the research of static load rheological characteristics of apple, the creep curves of single apple under different loads were obtained. Then the model was fitted by Origin software. It was found that the same creep rule of apples and the four-component Burgers model. It is best to show that changes in the creep of apples can be explained by viscoelastic theory.

3. Several factors affecting the performance of cushioning packaging were studied. In the SPSS data processing software, orthogonal experiment theory was used to analyze the volume damage rate of apples under different packages. The results show that the most influential factor is the internal packaging method. The packaging program with the smallest volume damage rate for apples is the air-pillar bag EPE cushion liner double compartment.

4. Based on the above research, the apple's transportation packaging was optimized and a new type of transportation packaging was designed. After the experiment was verified, the damage rate of apple under static load creep can be reduced.

Keywords: mechanical properties; rheological properties; viscoelasticity; damage rate;

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1 我国苹果贸易现状 6

1.1.2 我国苹果贸易困境 6

1.1.3 课题的研究意义 6

1.2 国内外研究综述 3

1.3 主要研究内容及目标 1

1.3.1 课题研究内容 6

1.3.2 课题研究目标 6

第2章 苹果的静载损伤机理研究 26

2.1 苹果静载机械特性的研究 26

2.1.1 实验材料 6

2.1.2 实验仪器 6

2.1.3 实验方法 6

2.1.4 实验结果与分析 6

2.2 苹果静载流变特性的研究 28

2.2.1 实验材料 6

2.2.2 实验仪器 6

2.2.3 实验方法 6

2.2.4 实验结果与分析 6

2.3 苹果静载损伤机理的生物学解释 30

　　2.4 小结 35

第3章 苹果运输包装性能影响因素的研究 26

3.1 实验材料 28

3.2 实验仪器 28

3.4 正交实验方案设计 28

3.4 实验方法 28

3.5 实验结果与分析 28

3.6 小结 28

第4章 苹果运输包装的优化设计 26

4.1 内包装的优化设计 28

4.2 隔档的优化设计 28

4.3 缓冲衬垫的优化设计 28

4.4 实验验证 28

第5章 结论 26

参考文献 26

致谢 26

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 我国苹果贸易现状

苹果，是世界上最受欢迎的水果之一，苹果树在植物学中的分类为蔷薇科，是一种落叶乔木，苹果吃起来口感爽脆，果实大致为球形，由于苹果中含有大量的维生素和微量元素，且营养成份易被人体吸收，所以，被誉为“温带水果之王”。

苹果树是典型的温带植物，尤其是北温带，种植面积最大。适合温度较低，气候干燥的环境。生长期每亩地需要的降水量不得少于为180毫米。并且，苹果树还是一种喜光树种，光照强度对其生长有重要影响。

在我国，苹果每年的鲜食量和总产量，都是世界第一，在全球苹果产业中，占有极其重要的地位。根据中国农业科学院果树研究所汪景彦的调查数据，2016年我国苹果面积3800万亩，总产量4350万吨，均创历史新高，产量占世界苹果总产量的56.1%^[1]。

图1.1 2016年度全球苹果产量分布图

另外，美国农业部海外农业服务局的统计数据显示，中国苹果对外贸易量在最近几年一直增加，主要是因为我国苹果价格的下降，促进了向印度、孟加拉、东南亚等亚洲市场的出口，我国苹果的出口份额在全球苹果贸易中所占比重如下^[2]。

图1.2 2016年度全球苹果出口量分布图

由图1.1和图1.2可知，我国在世界苹果贸易的产业链中，地位至关重要。苹果产量持续稳步增长，连续多年占据了世界总产量一半以上的份额。但是苹果的出口份额相对偏少，对外苹果贸易仍有很大的增长空间。

1.1.2 我国苹果贸易困境

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