隨著人們生活水平的改善，對(duì)果蔬的需求越來(lái)越 多，因此其運(yùn)輸范圍越來(lái)越廣。作為大眾最喜愛(ài)的水 果之一，我國(guó)蘋(píng)果市場(chǎng)需求量極大，據(jù)統(tǒng)計(jì)僅 2017 年我國(guó)蘋(píng)果的產(chǎn)量就達(dá)到了 43 800 kt。由于我國(guó)幅員 遼闊，蘋(píng)果往往需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)遠(yuǎn)的公路運(yùn)輸，在達(dá)到消 費(fèi)者手中前的流通過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷裝卸、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等 多個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)物理上會(huì)受到?jīng)_擊、振動(dòng)、氣候等多 因素的影響。蘋(píng)果作為一種較高市場(chǎng)價(jià)值的水果，以 山東紅富士蘋(píng)果為例，市場(chǎng)單價(jià)約 18 元/kg，其由于 包裝緩沖保護(hù)不善而造成的壞果現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，因此 造成經(jīng)濟(jì)上的大量損失。綜上所述，有必要對(duì)蘋(píng) 果等貴重的果蔬產(chǎn)品進(jìn)行合理的緩沖包裝安全保 護(hù)。生鮮果蔬的運(yùn)輸包裝防護(hù)在靜載、沖擊、碰 撞、擠壓等多種類(lèi)型載荷作用下的損壞模式已經(jīng)引起 廣泛關(guān)注。

試驗(yàn)樣品選用紅富士蘋(píng)果，產(chǎn)于中國(guó)山東。試驗(yàn) 選用的蘋(píng)果尺寸、形狀、成熟情況基本一致，表面無(wú)傷 疤和可視損傷，蘋(píng)果的基本參數(shù)：質(zhì)量為（230±10）g， 赤道果徑為（83±3）mm。包裝蘋(píng)果的泡沫網(wǎng)為 EPE發(fā)泡塑料，緩沖襯墊材料為厚 10 mm，30~40 倍高發(fā) 泡形成的 EPE 珍珠棉。

主要儀器有 WDW-10C 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，深圳市 新三思材料檢測(cè)有限公司；DT-315 跌落試驗(yàn)臺(tái)，華 威檢測(cè)設(shè)備有限公司；Model 7000 液壓振動(dòng)實(shí)驗(yàn)系 統(tǒng)，美國(guó) Lansmont 公司；GZX-9420MBE 恒溫恒濕箱，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司。

將厚度為 10 mm 的 EPE 發(fā)泡緩沖墊片切成 10 cm×10 cm 的方形試樣，將試樣放置在萬(wàn)能材料試驗(yàn) 機(jī)上，進(jìn)行壓縮試驗(yàn)。為避免材料表面不平整，首先 對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)加載，當(dāng)壓縮載荷達(dá)到 0.5 N 時(shí)開(kāi)始記 錄數(shù)據(jù)，壓縮速率為 2 mm/min。試驗(yàn)結(jié)束后，記錄 試驗(yàn)的壓縮載荷-位移數(shù)據(jù)。

選取若干蘋(píng)果，分為帶泡沫網(wǎng)和無(wú)泡沫網(wǎng) 2 組， 并進(jìn)行編號(hào)。將樣品放置在跌落試驗(yàn)臺(tái)上，調(diào)節(jié)跌落 高度，進(jìn)行跌落預(yù)試驗(yàn)，跌落試驗(yàn)機(jī)的低限跌落高度 為 29 mm。由預(yù)試驗(yàn)可知，無(wú)論是否帶泡沫網(wǎng)，蘋(píng)果 都會(huì)產(chǎn)生大面積淤損，因此采用量尺輔助 跌落法，以測(cè)定低高度下的蘋(píng)果跌落狀態(tài)。選用 5， 10，15，20 cm 等 4 個(gè)跌落高度，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)很難嚴(yán)格 控制蘋(píng)果以底平面著地的姿勢(shì)跌落，因此，改用平行 雙量尺法，使蘋(píng)果上下面平行于量尺，確保所有蘋(píng)果 的跌落面都在赤道線上。事實(shí)上，受接觸面曲率大的 影響，后一種跌落方式嚴(yán)酷程度較前一種更大，因此 采用赤道處作為跌落接觸面是合理的。跌落試驗(yàn)后將 蘋(píng)果放置在常溫下 24 h，觀察并測(cè)定其淤損面積（A）， 以網(wǎng)格硫酸紙映射標(biāo)記淤損面積。

由于蘋(píng)果是否受損與淤損面積的大小并沒(méi)有統(tǒng) 一的判定標(biāo)準(zhǔn)，因此文中定義淤損面積占總面積 0.5%左右時(shí)，即 1 cm2 （影響蘋(píng)果經(jīng)濟(jì)價(jià)值）為損壞。 對(duì)于無(wú)網(wǎng)蘋(píng)果，根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，確定選擇在 4，5， 6 cm 等 3 個(gè)跌落高度進(jìn)行跌落試驗(yàn)，重復(fù) 3 次，在無(wú)網(wǎng)情況下，跌落高 度間隔 1 cm，蘋(píng)果損傷情況相差明顯。當(dāng)?shù)涓叨?為 6 cm 時(shí)，蘋(píng)果損傷面積超過(guò) 1 cm2；當(dāng)?shù)涓叨葹?5 cm 時(shí)，蘋(píng)果損傷面積在臨界值附近；當(dāng)?shù)涓叨?為 4 cm 時(shí)，蘋(píng)果損傷面積明顯小于 1 cm2 ，且肉眼觀察幾乎無(wú)損傷。綜上所述，可以判定無(wú)網(wǎng)蘋(píng)果的破損 臨界跌落高度為 5 cm。對(duì)于帶泡沫網(wǎng)蘋(píng)果，當(dāng)?shù)涓叨葹?15，20 cm 時(shí)，帶網(wǎng)蘋(píng)果 損傷面積分別為 2.57，4.12 cm2，遠(yuǎn)大于 1 cm2，損傷 面積肉眼清晰可見(jiàn)；當(dāng)?shù)涓叨葹?10 cm 時(shí)，蘋(píng)果損 傷面積為 1.09 cm2，接近 1 cm2 ，肉眼觀察不明顯； 當(dāng)?shù)涓叨葹?5 cm 時(shí)，蘋(píng)果無(wú)明顯損傷或者損傷極 其輕微。在 8，9，10，11 cm 的跌落高度下重復(fù)上述步驟 進(jìn)行跌落試驗(yàn)，，當(dāng)?shù)涓叨葹?8，9 cm 時(shí)，蘋(píng)果 平均淤損面積分別為 0.627，0.813 cm2，均小于 1 cm2 ， 損傷面積輕微，肉眼觀測(cè)不明顯；當(dāng)?shù)涓叨葹?11 cm 時(shí)，蘋(píng)果平均損傷面積為 1.167 cm2，超過(guò) 1 cm2，靜 置 24 h 后，損傷情況明顯可見(jiàn)；當(dāng)?shù)涓叨葹?10 cm 時(shí)，蘋(píng)果損傷情況在破損界定范圍內(nèi)，接近 1 cm2 ， 因此，可以判斷網(wǎng)裝蘋(píng)果的臨界破損跌落高度為 10 cm。與無(wú)網(wǎng)蘋(píng)果跌落相比，泡沫網(wǎng)能有效保護(hù)蘋(píng)果。

文中以蘋(píng)果為例，通過(guò)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)和跌落試驗(yàn) 分別測(cè)得其線剛度和臨界跌落高度，基于單自由度線 性理論模型計(jì)算出其脆值。據(jù)此優(yōu)化設(shè)計(jì)蘋(píng)果的緩沖 運(yùn)輸包裝方案。通過(guò)蘋(píng)果跌落試驗(yàn)，測(cè)得無(wú)網(wǎng)裝蘋(píng)果 臨界跌落高度為 5 cm，而網(wǎng)裝蘋(píng)果臨界跌落高度為 10 cm。由靜態(tài)壓縮試驗(yàn)測(cè)得蘋(píng)果的剛度為 106.59 kN/m，網(wǎng)裝蘋(píng)果剛度為 104.48 kN/m，并計(jì)算得到前 者固定頻率為 109.79 Hz，后者固定頻率為 106.58 Hz。 上述結(jié)果說(shuō)明盡管泡沫網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)剛度的影響可以忽 略不計(jì)，但由于泡沫網(wǎng)的自適應(yīng)變形可對(duì)應(yīng)力進(jìn)行重 新分布，弱化應(yīng)力集中，進(jìn)而大幅度提高了蘋(píng)果的破 損臨界跌落高度。由 EPE 發(fā)泡塑料緩沖襯墊的靜態(tài) 壓縮試驗(yàn)得到 EPE 襯墊的靜態(tài)緩沖系數(shù)曲線，發(fā)現(xiàn) 最小靜態(tài)緩沖系數(shù)為 2.39，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為 175.92 kPa。 結(jié)合蘋(píng)果搬運(yùn)過(guò)程中的跌落高度約為 80 cm，設(shè)計(jì)出 最省材料方案，緩沖墊厚度為 1.98 cm，以此對(duì)蘋(píng)果 產(chǎn)品進(jìn)行緩沖包裝。在掃頻振動(dòng)驗(yàn)證試驗(yàn)中測(cè)得蘋(píng)果 固定頻率為 104.03 Hz，與前述方案測(cè)得的固定頻率 （106.58 Hz）一致，證實(shí)了方案的可行性。公路譜隨 機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蘋(píng)果破損主要受沖擊控制而非振動(dòng)。 跌落校核試驗(yàn)結(jié)果顯示無(wú)緩沖襯墊的蘋(píng)果產(chǎn)生破損， 有緩沖襯墊的蘋(píng)果完好無(wú)損，與預(yù)期結(jié)果一致。綜上 所述，基于單自由度模型的緩沖設(shè)計(jì)方案是有效的。 值得注意的是，文中提出的方案在試驗(yàn)操作上具有簡(jiǎn) 便性，且對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求較傳統(tǒng)脆值測(cè)定方法低，同 時(shí)具有普適性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。