EPE網套包裝皇冠梨的靜力學特性及損傷研究

陶連豪，高金國，吳雨萌，宋海燕,2，王立軍,2*

農產品保鮮與食品包裝

EPE網套包裝皇冠梨的靜力學特性及損傷研究

陶連豪1，高金國1，吳雨萌1，宋海燕1,2，王立軍1,2*

（1.天津科技大學 輕工科學與工程學院，天津 300457； 2.中國輕工業食品包裝材料與技術重點實驗室，天津 300457）

模擬皇冠梨在物流運輸中受靜壓情況，研究發泡聚乙烯（Expandable Polyethylene，EPE）網套包裝皇冠梨在橫向、縱向及斜向上的靜壓力學特性及損傷。主要采用皇冠梨準靜態壓縮試驗和有限元分析法。橫向、縱向及斜向仿真與試驗的結果相對誤差分別為1.21%、5.49%和5.55%，驗證了有限元模型的準確性。與皇冠梨裸果相比，在橫向、縱向及斜向靜壓下，EPE網套包裝皇冠梨出現初始損傷的位移分別提高了3.5倍、2.9倍和2.3倍；壓縮位移為15 mm時，EPE網套包裝皇冠梨承受的靜壓力分別減小了76.1%、74.4%和51.0%；梨果壓縮至破裂時，EPE網套包裝皇冠梨承受的靜壓力分別提高了17.9%、14.9%和21.5%，抵抗外界變形量分別提高了1.9倍、1.8倍和1.7倍。EPE網套包裝皇冠梨損傷面積和體積百分比均保持在5%以下。EPE網套包裝對靜壓下皇冠梨的緩沖效果明顯，提高了其靜壓承載力，減小了靜壓損傷，可為皇冠梨緩沖包裝設計及采收減損提供一定的參考。

EPE網套；皇冠梨；準靜態壓縮實驗；有限元模擬；靜力學特性；損傷

截止到2022年我國水果總產量達到3.13億t[1]，其中梨產量為1 926.53萬t，河北省梨產量占比達19.4%。河北省趙縣皇冠梨因其營養豐富，口感鮮美備受消費者青睞。但其皮薄多汁，果肉松脆，采后物流運輸中容易受到損傷[2-3]，造成了資源浪費。因此，研究采后物流過程中導致新鮮水果發生損傷的原因[4-6]，有針對性地采取相應措施降低損失顯得尤為重要[7-8]。

水果在采后儲存和運輸過程中，不可避免地受到來自上層堆碼重量對其的壓縮作用。曹振濤等[9]對雪梨和酥梨靜壓損傷進行了研究，結果表明壓距對損傷有顯著影響。楊欲曉等[10]探究不同采摘期對庫爾勒香梨靜壓損傷影響，發現果實各機械特性參數均隨采摘期的后延而減小。目前，針對水果靜壓的研究主要聚焦于單果機械損傷方面，而對單果的緩沖包裝及損傷較少涉及。學者們研究了不同緩沖包裝材料對水果機械損傷的影響[11-13]，對皇冠梨的緩沖包裝研究尚顯不足。

EPE網套質輕低密柔軟，是目前水果應用較多的緩沖包裝之一[14]。Wang等[15]研究了托盤+EPE網套、托盤+紙套、托盤、隔板+EPE網套、隔板+紙套5種包裝形式對皇冠梨的緩沖防振效果，結果表明托盤+ EPE網套包裝類型可以為皇冠梨提供最佳的緩沖效果。Xue等[16]指出EPE網套的彈性模量、直徑以及網孔尺寸是影響碰撞過程最大沖擊力和接觸時間的關鍵因素。EPE網套包裝皇冠梨在靜壓下的力學特性及損傷鮮有研究。有限元模擬也在研究水果內部損傷方面取得了廣泛應用[17-18]，通過有限元模擬可以深入了解水果在儲存、運輸等過程中的受力情況[19-21]。本文通過準靜態壓縮實驗和有限元模擬來探究EPE網套包裝對皇冠梨果實在靜壓下的靜力學特性及損傷，對提升皇冠梨在運輸和儲存過程中的品質具有一定的應用價值。

1 試驗

1.1 材料與設備

試驗材料：皇冠梨，產地河北省趙縣。選擇同一批次采摘的單果質量為（290±15）g無損傷的梨果[22]作為試驗樣品。經測量梨果赤道平均直徑為81.0 mm，平均高度為82.9 mm。將從果園采摘后的皇冠梨果實及EPE網套包裝，進行24 h恒溫恒濕（溫度為23 ℃、相對濕度為50%）預處理。

主要設備：3369電子萬能試驗機，美國instron公司；巨浮恒溫恒濕試驗機，巨貿儀器（北京）有限公司。

1.2 皇冠梨準靜態壓縮試驗

1.2.1 試驗方法

將皇冠梨單果置于電子萬能試驗機2塊鋼板之間，上下兩鋼板均接觸到果實，壓縮速率為12 mm/min。

經預試驗，當壓縮位移達到15 mm時，皇冠梨裸果出現開裂現象。為了探究EPE網套對皇冠梨的損傷影響，本研究設置了皇冠梨的3種放置方式，分別為橫向、縱向及斜向（梨果的中軸線位置，與水平方向成45°的夾角，如圖1c所示）。試驗方案設計為：針對皇冠梨裸果，在3個方向上分別進行壓縮位移為15 mm的準靜態壓縮試驗；針對EPE網套包裝皇冠梨，在3個方向上分別進行壓縮位移為15 mm準靜態壓縮試驗以及壓潰試驗（果實開裂）。每組分別設置10次重復試驗，如圖1所示。

圖1 皇冠梨三方向準靜態壓縮試驗

1.2.2 皇冠梨果實損傷測量

將靜壓試驗后的皇冠梨進行24 h恒溫恒濕（溫度為23 ℃、相對濕度為50%）處理，以便更好地觀察其損傷，將損傷區域近似為橢圓形，分別使用游標卡尺測出數值，測量方法如圖2所示。

通過式（1）～（2）計算出皇冠梨果實的損傷面積和損傷體積[23-24]。

(2)

式中：為損傷表面積；為損傷體積；為長軸；為短軸；為損傷深度。

1.3 皇冠梨準靜態壓縮有限元模擬

通過皇冠梨準靜態壓縮試驗無法得到梨果內部損傷和應力分布情況，因此通過有限元模擬的方法來進一步研究梨果內部力學特性和損傷。

1.3.1 EPE網套材料參數

按照GB/T 21143—2014《金屬拉伸強度試驗》試驗方法，制備出截距長度為80 mm的10個EPE網套材料拉伸試驗樣品，并進行24 h恒溫恒濕（溫度為23 ℃、相對濕度為50%）預處理。然后通過電子萬能試驗機進行拉伸試驗，拉伸速率為8 mm/min，直至樣品拉斷為止，進行10次重復試驗。記錄載荷-位移曲線，如圖3a所示。通過式（3）～（6）得出EPE網套材料的平均真實應力-應變曲線，如圖3b所示。

式中：為應力；為應變；為拉伸力；為試樣的橫截面積；Δ為試樣拉伸變形量；0為試樣原長。

由于試樣在拉伸過程中，橫截面積是不斷減小的，有限元模擬中材料模型需要輸入真實應力-應變曲線。通過式（5）～（6）得出真實應力-應變曲線。

式中：T為真實應力；T為真實應變。

采用LS-dyna軟件中的*MAT_LOW_DENSITY_ FOAM作為EPE網套材料模型，并將平均真實應力-應變曲線導入到材料模型中。該材料模型能夠在給定的應力-應變曲線下很好地模擬密度低、高度可壓縮的彈性泡沫。

1.3.2 梨果材料參數

將內徑10 mm，外徑12 mm的空心不銹鋼管按壓至果肉內部[25]，直至貫穿果實，按壓過程盡量緩慢以避免對果肉的損傷。通過刀片修剪成直徑為10 mm、高度為15 mm的圓柱體試樣。選取10個皇冠梨，制備10個試樣，進行壓縮試驗，壓縮速率為5 mm/min，壓縮位移為3.5 mm，進行10次重復試驗，如圖4所示。

圖5a為皇冠梨果肉10組靜壓的載荷-位移曲線。通過式（3）～（6）得出平均真實應力-應變曲線如圖5b所示。OA階段近似為線彈性，計算斜率得到果肉彈性模量為2.31 MPa。點之后材料進入塑性階段，發生不可逆性變形，因此將點作為梨果損傷的判斷依據A=0.260 MPa。點為梨果材料的最大應力點B=0.319 MPa，將點作為梨果的屈服極限。圖5b中點之后材料進入塑性階段，塑性曲線由多線段組成。應用LS-dyna軟件中的*MAT_PIECEWISE_ LINEAR_PLASTICITY本構模型建立皇冠梨果肉多線性彈塑性材料模型如圖5c所示。材料的力學特性由彈性和塑性定義，材料在彈性階段為材料的彈性模量，塑性階段為材料的塑性應力-應變曲線。皇冠梨各項參數[26]如表1所示。將各項參數輸入到模型中，塑性階段輸入曲線遞增部分（圖5b中的段）。

圖4 梨果肉試驗壓縮試驗

圖5 皇冠梨果肉有限元材料模型

表1 皇冠梨材料各項參數表

Tab.1 Material parameters of Huangguan Pears

1.3.3 建立幾何模型

皇冠梨形狀復雜，通常被描述為橢球形。本文對皇冠梨模型進行簡化，不考慮皇冠梨外部的果皮和內部的果核。EPE網套呈現出規則的網格狀結構，不考慮內部的泡孔結構。通過SolidWorks軟件中建立裸果以及EPE網套包裝的皇冠梨三維模型。

1.3.4 皇冠梨靜壓有限元模型

應用hypermesh軟件對皇冠梨裸果模型及EPE網套包裝皇冠梨模型進行網格劃分，網格都采用四面體單元，EPE網套網格尺寸為1.8 mm，皇冠梨網格尺寸為4.0 mm，網格共82 993個，節點總數為23 906。

將有限元模型導入到LS-dyna軟件進行前處理，將模型置于2個剛性墻之間，下墻固定起支撐作用，上墻釋放軸方向的移動自由度作為壓板，施加位移載荷。剛性墻與整個模型設置為無滑移接觸，皇冠梨和EPE網套設置為摩擦接觸，將滑動摩擦因數設置為0.2，如圖6所示。

2 結果與討論

2.1 有限元模型驗證

圖7為在橫向、縱向及斜向上EPE網套包裝皇冠梨準靜態壓縮位移為15 mm時，仿真與10組試驗的平均載荷-位移曲線對比圖。

圖6 皇冠梨靜壓有限元模型

圖7 仿真與試驗平均的載荷-位移曲線對比

由圖7可知，皇冠梨的仿真與試驗平均的載荷-位移曲線較為接近。壓縮位移為15 mm時，EPE網套包裝皇冠梨在橫向、縱向及斜向上最大載荷的仿真數值分別為257.9、366.5和294.9 N，試驗數值分別為261.1、387.7和312.2 N。相對誤差分別為1.21%、5.49%和5.55%，說明該有限元模型能夠準確地反映試驗結果。

壓縮方向從縱向到橫向，其載荷-位移曲線向下運動，表明在壓縮相同位移時，縱向方向上需要的壓縮力更大，更能抵抗外界壓力載荷。說明皇冠梨在不同方向上展現出不同的力學性能，縱向上具有更高的靜壓承載能力。

2.2 皇冠梨初始損傷分析

von Mises等效應力云圖，可以直觀地顯示準靜態壓縮過程中梨果的內部損傷情況。當梨果的某一位置的最大應力超過0.26 MPa時，即認為梨果發生損傷，將梨果最先發生損傷的位置定義為“危險點”。使用hyperview后處理軟件，繪制出梨果在3種放置方式下的最大應力-應變曲線。

圖8為皇冠梨裸果和EPE網套包裝皇冠梨準靜態壓縮仿真的最大應力-應變曲線圖。由圖8可知，皇冠梨在壓縮的開始階段，皇冠梨裸果在壓縮初期應力迅速上升，梨果直接受到壓力作用。而EPE網套包裝皇冠梨在靜壓仿真中表現出明顯的緩沖區域，表明EPE網套能夠有效地吸收沖擊力，降低了皇冠梨損傷的風險。

皇冠梨裸果在橫向、縱向及斜向準靜態壓縮下分別在位移為2.9、4.0和4.8 mm時開始出現損傷，而EPE網套包裝皇冠梨分別在位移為10.2、11.7和10.9 mm時開始出現損傷。與皇冠梨裸果相比，EPE網套包裝皇冠梨對抵抗外界變形的能力分別提升了3.5倍、2.9倍和2.3倍，出現初始損傷時位移更大，說明EPE網套能有效提高梨果在受到壓力時的抗壓性能。

此外，EPE網套包裝的梨果在3個方向開始出現損傷的位移相差不大，表明EPE網套在各方向的緩沖效果較為均衡。確保了梨果不論受到何種方向的壓力，都能得到良好的保護。

2.3 皇冠梨準靜態壓縮力學特性

圖9為3種放置方式下的皇冠梨準靜態壓縮試驗載荷-位移曲線。由圖9可知，梨果在受到壓縮的過程中會經歷2個階段：在彈性階段，梨果有可逆性形變；而在屈服階段，變形逐漸增大至臨界值，梨果內部結構破壞。EPE網套包裝的皇冠梨，其載荷-位移曲線呈現出明顯的緩沖區域，梨果沒有明顯的損傷。這一現象表明，在壓縮過程中，EPE網套首先發揮其抵抗外部壓力的功能；隨著壓縮位移的增加，梨果本身開始逐漸抵抗外部載荷。

皇冠梨裸果在壓縮8～15 mm時，壓縮力急劇下降，果實開裂。果實開裂時，其橫向、縱向及斜向上的平均壓縮力分別為599.6、673.3和526.5 N，平均位移分別為11.8、11.8和13.8 mm。對應的相同位移下EPE網套包裝時的壓縮力分別為143.2、172.4和258.2 N。結果表明，EPE網套包裝皇冠梨比皇冠梨裸果準靜態壓縮壓縮力分別減小了76.1%、74.4%和51.0%。在相同的壓縮力下，皇冠梨裸果變形量更大，水果損傷更明顯。由此可見，EPE網套對皇冠梨的力學緩沖性能明顯，能有效地保護皇冠梨的產品質量。

圖10展示了三方向EPE網套包裝皇冠梨在進行準靜態壓潰試驗的載荷-位移曲線。EPE網套包裝皇冠梨壓潰時，在橫向、縱向及斜向上的壓縮力分別為707.0、773.6和639.5 N，平均位移分別為22.9、21.6和22.8 mm。與皇冠梨裸果壓潰相比，EPE網套包裝皇冠梨壓潰時在橫向、縱向及斜向上能承受的最大壓縮力分別提高了17.9%、14.9%和21.5%，抵抗外界的變形量分別提高了1.9倍、1.8倍和1.7倍。表明EPE網套包裝皇冠梨能承受更大的外界載荷和變形，有效提高了梨果的抗壓性能和抗變形能力。

圖11展示了皇冠梨裸果和EPE網套包裝皇冠梨靜壓仿真的von Mises等效應力云圖。圖11色標軸為皇冠梨內部的最大應力等級梯度，將應力超過0.26 MPa的區域標記為損傷區域，由圖11可知梨果損傷區域是從與剛性墻接觸的區域開始出現，逐漸向梨果中心處蔓延，而四周只出現較小的應力。在壓縮相同位移下，EPE網套包裝皇冠梨損傷區域明顯小于皇冠梨裸果損傷區域，說明EPE網套包裝對皇冠梨保護效果明顯。

2.4 皇冠梨準靜態壓縮損傷分析

將梨果靜壓15 mm后損傷面積和體積除以整果的面積和體積得出損傷面積和體積百分比，見圖12。由圖12可知，EPE網套包裝梨果損傷面積和體積明顯低于皇冠梨裸果，與皇冠梨裸果靜壓相比在3種放置方向上，EPE網套包裝皇冠梨損傷面積分別減少了77.2%、80.4%和70.4%，損傷體積分別減少了85.5%、80.1%、76.9%，EPE網套包裝皇冠梨損傷面積百分比和損傷體積百分比在3種方向上相差不大，且都在5%以下。

圖8 準靜態壓縮仿真最大應力-應變曲線

圖9 三方向梨果準靜態壓縮位移為15 mm試驗的載荷-位移曲線

圖10 三方向EPE網套包裝皇冠梨準靜態壓潰試驗

圖11 皇冠梨靜壓仿真von Mises等效應力云圖

圖12 不同壓縮位置下皇冠梨損傷柱狀圖

研究發現，縱向方向上損傷面積最大，損傷體積卻不是最大。這可能是縱向壓縮時受力面積較大導致損傷面積較大，但縱向方向上果核主要起支撐作用，使得損傷體積不是最大。

綜上所述，EPE網套在皇冠梨的包裝中表現出優異的力學緩沖性能，能有效減輕果實在外力作用下的損傷，從而保護皇冠梨的產品質量。

3 結語

1）模擬皇冠梨采后儲存和運輸過程中受到的靜壓現象，建立了多線性彈塑性梨果材料模型、無限可壓縮低密度泡沫材料模型，并對模型進行了驗證。橫向、縱向和斜向仿真與試驗的相對誤差分別為1.21%、5.49%和5.55%，說明有限元模擬準確。

2）在不同的放置方向上，EPE網套包裝皇冠梨在出現初始損傷時的位置相較于皇冠梨裸果分別提高了3.5倍、2.9倍和2.3倍。這表明EPE網套能有效提高梨果在受到外界變形時的抗壓性能。

3）與皇冠梨裸果相比，在3種不同放置方式（橫向、縱向及斜向方向）上，壓縮位移為15 mm時，EPE網套包裝皇冠梨承受的最大壓縮力分別減小了76.1%、74.4%和51.0%；在梨果壓潰情況下，EPE網套包裝皇冠梨承受的最大壓縮力分別提高了17.9%、14.9%和21.5%，抵抗外界的變形量分別提高了1.9倍、1.8倍和1.7倍。梨果損傷面積和體積百分比均保持在5%以下，證明了EPE網套能有效減輕果實的損傷。

[1] 張放. 2022年我國水果產量突破3億噸[J]. 中國果業信息, 2023, 40(8): 51.

ZHANG F. In 2022, China's Fruit Output Exceeded 300 Million Tons[J]. China Fruit News, 2023, 40(8): 51.

[2] 胡洋. 皇冠梨振動損傷試驗與緩沖包裝結構設計[D]. 北京: 北京林業大學, 2016.

HU Y. Vibration Damage Testing and Cushioning Packaging Structure Design for Crown Pear[D]. Beijing Forestry University, 2016.

[3] 李政紅. 梨果褐變機理研究[D]. 保定: 河北農業大學, 2018.

LI Z H. Study on Browning Mechanism of Pear Fruit[D]. Baoding: Hebei Agricultural University, 2018.

[4] WANG L J, ZHANG Q, SONG H Y, et al. Effects of Different Vibration Spectrum Shapes on Mechanical Damage of Postharvest Huangguan Pear During Transportation[J]. Scientia Horticulturae, 2023, 318: 112121.

[5] STROPEK Z, GO?ACKI K. Bruise Susceptibility and Energy Dissipation Analysis in Pears under Impact Loading Conditions[J]. Postharvest Biology and Technology, 2020, 163: 111120.

[6] HADIS M, FEIZOLLAH S. Simulated Transit Vibration Effects on the Postharvest Quality of Persimmon During Storage[J]. Postharvest Biology and Technology, 2022, 1: 111918.

[7] LIN M, FAWOLE O A, FAWOLE O A, et al. Mechanical Damages and Packaging Methods along the Fresh Fruit Supply Chain: A Review[J]. Crit Rev Food Sci Nutr, 2023, 63(30): 10283-10302.

[8] OPARA L U, PATHARS P B. Bruise Damage Measurement and Analysis of Fresh Horticultural Produce—a Review[J]. Postharvest Biol Tech, 2014, 91: 9-24.

[9] 曹振濤, 楊柳, 王志誠, 等. 靜壓對梨子力學-結構損傷特性的影響[J]. 武漢輕工大學學報, 2022, 41(6): 37-43.

CAO Z T, YANG L, WANG Z C, et al. Effect of Static Pressure on Mechanical-Structural Damage Properties of Pear[J]. Journal of Wuhan Polytechnic University, 2022, 41(6): 37-43.

[10] 楊欲曉, 于世輝, 李小龍, 等. 不同采摘期對庫爾勒香梨靜壓損傷影響規律研究[J]. 包裝與食品機械, 2021, 39(4): 6-11.

YANG Y X, YU S H, LI X L, et al. Study on the Effect of Different Harvest Periods on the Static Pressure Damage of Korla Fragrant Pear[J]. Packaging and Food Machinery, 2021, 39(4): 6-11.

[11] OPARA L U, FSFIJI T. Compression Damage Susceptibility of Apple Fruit Packed Inside Ventilated Corrugated Paperboard Package[J]. Scientia Horticulturae, 2018, 227: 154-161.

[12] SAOWAPA C, RATTAPON S, JUTARAT R, et al. Natural Rubber Latex Cushioning Packaging to Reduce Vibration Damage in Guava During Simulated Transportation[J]. Postharvest Biology and Technology, 2023, 199: 1-10.

[13] ELCIN C Y. Determination of Bruise Preventing Capacity of the Cushioning Material in Persimmon Fruit under Pendulum Impact Test[J]. Journal of Food Process Engineering, 2022, 45(12): 1-8

[14] ZHAO X X, XIA, M, WEI, X P, et al. Consolidated Cold and Modified Atmosphere Package System for Fresh Strawberry Supply Chains[J]. LWT 2019, 109: 207-215.

[15] WANG L J, ZHANG Q, SONG H Y, et al. Mechanical Damage of 'Huangguan' Pear Using Different Packaging under Random Vibration[J]. Postharvest Biology and Technology, 2022, 187: 111847.

[16] XUE A, ZHU P F, LI Z G, et al. Effect of Expanded Polyethylene (EPE) Foam Packing Net Design on the Mechanical Damage Resistance of Strawberry Fruit During Transportation[J]. Food Packaging and Shelf Life, 2023, 40: 171-176.

[17] XUE A, LIU H J, TOBI F, et al. Prediction of the temperature sensitivity of strawberry drop damage using dynamic finite element method[J]. Postharvest Biology and Technology 2022, 190.

[18] 吳映桐, 吳子鳴, 張立軍, 等. 皇冠梨靜壓力學特性及模擬研究[J]. 包裝工程, 2023, 44(19): 50-57.

WU Y T, WU Z M, ZHANG L J, et al. Static Pressure Mechanical Properties and Simulation of Huangguan Pears[J]. Packaging Engineering, 2023, 44(19): 50-57.

[19] MIRAEI ASHTIANI S H, SADRNIA H, MOHAMMADINEZHAD H, et al. FEM-Based Simulation of the Mechanical Behavior of Grapefruit under Compressive Loading[J]. Scientia Horticulturae, 2019, 245: 39-46.

[20] XIA X D, XU Z H, YU C N, et al. Finite Element Analysis and Experiment of the Bruise Behavior of Carrot under Impact Loading[J]. Agriculture, 2021, 11(6): 471-471.

[21] LI D D, LI Z G, FIDElINE T. An Extended Finite Element Model for Fracture Mechanical Response of Tomato Fruit[J]. Postharvest Biology and Technology, 2021, 174: 111468.

[22] 王維, 劉東琴, 王佩. 果品分級檢測技術的研究現狀及發展[J]. 包裝與食品機械, 2016, 34(6): 55-58.

WANG W, LIU D Q, WANG P. Status and Development of Fruit Detection of Mechanical Classification[J]. Packaging and Food Machinery, 2016, 34(6): 55-58.

[23] HOLT J E, SCHOORL D. Bruising and Energy Dissipation in Apples[J]. Journal of Texture Studies, 1977, 7(4): 421-432.

[24] KABAS O. Methods of Measuring Bruise Volume of Pear (L.) [J]. International Journal of Food Properties, 2010, 13(5): 1178-86.

[25] 歐陽愛國, 侯兆國, 肖毅華, 等. 基于壓縮實驗的酥梨果肉彈性模量和泊松比[J]. 科學技術與工程, 2019, 19(5): 82-87.

OUYANG A G, HOU Z G, XIAO Y H, et al. Elastic Modulus and Poisson's Ratio of Pear Fruit Flesh Based on Compression Experiment[J]. Science Technology and Engineering, 2019, 19(5): 82-87.

[26] GYASI S. Elastic and Viscoelastic Poisson's Ratio Determination for Selected Citrus Fruits[J]. American Society of Agricultural Engineers, 1981, 24(3): 747-750.

Static Characteristics and Damage of Huangguan Pears Packaged with EPE Net

TAO Lianhao1, GAO Jinguo1, WU Yumeng1, SONG Haiyan1,2, WANG Lijun1,2*

(1. School of Light Industry Science and Engineering, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; 2. Key Laboratory of Food Packaging Materials and Technology of China Light Industry, Tianjin 300457, China)

The work aims to simulate the static pressure conditions of Huangguan Pears during logistics transportation and investigate the static mechanical properties and damage of Huangguan Pears packaged with Expandable Polyethylene (EPE) net in the transverse, longitudinal, and oblique directions. The methods adopted mainly included quasi-static compression experiments on Huangguan Pears and finite element analysis. The relative errors between the simulated and experimental results in the transverse, longitudinal, and oblique directions were 1.21%, 5.49%, and 5.55%, respectively, validating the accuracy of the finite element model. Compared to unpackaged Huangguan Pears, under transverse, longitudinal, and oblique static pressure, the initial displacement at which EPE-packaged Huangguan Pears experienced initial damage increased by 3.5 times, 2.9 times, and 2.3 times, respectively. At a compression displacement of 15 mm, the static pressure borne by EPE-packaged Huangguan Pears decreased by 76.1%, 74.4%, and 51.0%, respectively. When Huangguan Pears were compressed to the point of rupture, the static pressure borne by EPE-packaged Huangguan Pears increased by 17.9%, 14.9%, and 21.5%, respectively, and the resistance to external deformation increased by 1.9 times, 1.8 times, and 1.7 times. The damage area and volume percentages for EPE-packaged Huangguan Pears remained below 5%. The EPE net demonstrates a significant cushioning effect under static pressure, enhancing its static pressure-bearing capacity, reducing static pressure damage, and providing valuable insights for the design of cushioning packaging for Huangguan Pears, as well as minimizing losses during harvesting.

EPE net; Huangguan Pears; quasi-static compression experiments; finite element simulation; static characteristics; damage

TB485.3

A

1001-3563(2024)09-0001-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.09.001

2024-01-27

國家自然科學基金（32202116）