籽瓜靜壓機械破壞損傷試驗研究

中圖分類號：S225 文獻標識碼：A 文章編號：2095-5553（2025）08-0202-09

Abstract：To study the mechanical damage causedby static load during harvest，storage，and transportationof seed melons，static load compression damage tests were carred outon intact seed melons.The effects of compression position，hardness，andloadingrateon the mechanical propertiesand damage of seed melonswerestudied.The single-factor test results show thatthe failure limit，failureenergy，anddamagevolume decreasegraduallywhen the compression position varies from 0^° to 90^° . When hardness increases from 2.2MPa to 2.8MPa ，the failure limit and failureenergygraduallyincrease，whiledamagevolumegraduallydecreases.Whentheloadingrateranges from 30mm/min to 60mm/min ，the failure limit and failure energy first increase and then decrease，exhibiting an extreme value phenomenon，whilethe damage volume first decreases andthen increases，also showingan extreme value phenomenon.Theresultsof multi-factorresponse surface tests show thatthe interaction between compressivepositionand hardess，compresionpositionandloadingrate，andhardnessandloading rateallhave significant effectsonthe failure limit，failureenergy，and damage volume.Aregresionmodel was established to predictthefailure limit，failure energy， anddamage volume based on compression position，hardness，and loading rate.The model was validated and optimized.Withtheobjectives of maximizing failure limit and failure energy while minimizing damagevolume，the optimal parameter combination was determined as a compression position of 52^° ，hardness of 2.8MPa ，andloadingrateof 44mm/min Theestablished modelcanprovidetheoretical referenceandguidance for mechanical damage prediction，storageand transportation mode selection，and low-loss harvesting equipment design.

Keywords：seed melon；static pressure；damage；mechanical characteristics；failure limit

0 引言

籽瓜為葫蘆科西瓜的一個變種，別名“打瓜”，種植區主要分布在新疆、甘肅、內蒙古和寧夏等地，籽瓜含有果膠、多糖、維生素、氨基酸和微量元素多種營養成分[1.2]。目前對籽瓜的利用主要為取籽和深加工，籽瓜深加工可提高籽瓜的產業附加值[3]，瓜皮用于提取果膠、化妝品原料和制作低糖果脯，瓜囊瓜汁及提取物用于制作罐頭、飲料和保健品，瓜籽主要作為炒貨和瓜籽油原料[4-6]。深加工之前，要求籽瓜完整低損，在機械收獲和儲運環節產生的靜載機械破壞損傷會導致籽瓜品質衰變，儲藏期縮短，影響其經濟價值，因此，研究籽瓜靜載機械破壞損傷具有重要意義。

近年來，國內外學者對梨、蘋果、草莓、弼猴桃、蜜瓜和西瓜等瓜果進行了靜載條件下的機械損傷研究。曹振濤等對2種梨子進行壓縮試驗，結果表明梨子外部軟內部硬，內部的果肉不容易發生損傷，梨子的破壞極限與壓縮距離呈正相關，壓縮速率對不同種類梨的影響不同，壓縮能量對損傷面積影響較大，損傷面積與壓縮能量呈正相關。朱健軍8對富士蘋果壓縮損傷特性與品質劣變機理進行了研究，結果表明加載速度對蘋果破壞力極顯著，壓縮位置對破壞力影響顯著。李俊杰等9對庫爾勒香梨進行了靜態壓縮試驗，試驗結果表明，各試驗因素對香梨壓縮特性指標的影響程度顯著性依次是壓縮量、加載位置、壓頭材料、壓頭類型、加載速率。楊濤10研究了哈密瓜壓縮及蠕變特性，結果表明哈密瓜各部位的彈性模量、破壞極限、破壞能具有明顯差異，隨著成熟度的增大，各部位的彈性模量、破壞極限、破壞能逐漸減小。楊曉清等11對河套蜜瓜機械特性與損傷體積進行了研究，結果表明加載速率、溫度、硬度和受壓部位對河套蜜瓜受壓產生的損傷均有明顯影響，其中速率與溫度、部位的交互性作用對損傷的影響極顯著，部位與溫度的交互作用顯著。王芳12對西瓜壓縮及蠕變特性進行了研究，得出各因素對西瓜壓縮特性的影響規律，建立了預測靜壓條件下西瓜損傷體積和品質的數學模型。目前圍繞籽瓜靜載機械損傷的深入研究較少。

籽瓜在機械收獲和儲運等過程中，在其自然狀態下承受外載作用，比如收獲裝置將籽瓜與瓜藤分離的過程中會產生擠壓，在運輸貯藏環節，籽瓜堆積產生擠壓。在籽瓜的各個流通環節中，靜載壓縮是造成籽瓜機械損傷的主要原因之一。本文采用平頂壓頭對完好籽瓜進行靜載壓縮破壞，研究各試驗因素對籽瓜承載破壞時機械特性和損傷的影響規律，建立機械破壞損傷指標與靜載試驗因素的回歸數學模型，為損傷預測、儲運方式選擇和低損收獲裝備的設計提供理論參考。

1材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

試驗籽瓜品種為新疆呼圖壁種植的黑豐1號，種植株距 23cm 、行距 30cm 以及膜寬 70cm ，種植模式為三膜六行平作，膜間距 90cm ，成熟期在8月下旬—9月上旬，該品種近似圓球體。在同一種植區域人工采摘選取形狀均勻、直徑為 170～180mm 、無任何損傷和病蟲害的籽瓜作為試驗樣品，按試驗要求分組編號。

試驗儀器主要有微機控制電子萬能試驗機（型號為 RGM-4002 ，規格為 2kN ，準確度等級1級，精度為 0.001N ）、數顯游標卡尺（型號為DL91300，規格為300mm ，精度為 0.01mm ）、數顯果實硬度計（型號為GY-4 ）角度尺。試驗裝置如圖1所示。

圖1試驗裝置

Fig.1Testing apparatus1.籽瓜2.壓頭3.萬能試驗機4.計算機

1.2 試驗方法

1.2. 1 試驗因素

籽瓜屬于軟質果實，具有明顯的黏塑性，依據黏塑性果實受到外力將會吸收能量的觀點，不同的加載速率使籽瓜吸收的能量大小不同，從而對籽瓜損傷程度的影響不同[13，14]。籽瓜硬度主要指籽瓜單位面積所能承受的壓力，直接反映籽瓜成熟度。硬度不同，成熟度不同，靜載壓縮時表現出的力學特性不同，產生的機械損傷也不同。籽瓜主要由瓜梗、瓜頂、外表皮、瓜皮、瓜囊和瓜籽組成，其外形及內部結構如圖2所示。

圖2籽瓜外形及內部結構

Fig.2 Shape and internal structure of seed melon 1.瓜梗2.瓜頂3.瓜籽4.外表皮5.瓜皮6.瓜瓢

各組成部分的密度、彈性模量不同，各部位的瓜皮厚度和外表皮韌性不同，籽瓜具有明顯的各向異性特點[15.16]，不同的受壓位置導致受壓后產生的損傷程度不同，其中，受壓位置由瓜梗瓜頂軸線與壓頭軸線的夾角量化表示，如圖3所示。綜上，將加載速率、硬度、受壓位置作為靜壓機械破壞損傷試驗因素。

圖3受壓位置示意圖Fig.3 Compression position diagram1.底座2.瓜頂3.壓頭4.瓜梗

1.2.2 試驗指標

完整籽瓜靜載壓縮過程中，隨著壓縮載荷增加，籽瓜變形量和抗壓力也隨之增加，當壓縮載荷增加到一定值時，籽瓜發生破裂，繼續壓縮，抗壓力大幅度下降，在力一變形曲線中該點為破裂點，該點對應的力為最大抗壓力即破壞極限，該點對應的變形為破裂變形量，破裂時吸收的能量為破壞能，其數值為破裂點下方變形曲線與橫坐標圍成區域的面積，可用微積分法求得[17-19]，即

式中： U_b —破壞能，J；L_b 破裂變形量， mm F_b -破壞極限，N;dL 瞬間變形量， mm 。

破壞極限反映受壓條件下籽瓜承載破壞的能力，是籽瓜力學特性的重要指標，破壞極限越高越有利于抵抗收獲儲運過程中的機械損傷。依據吸收能量的觀點，破壞能影響外載荷作用下籽瓜損傷破壞程度，因此，將破壞極限、破壞能作為靜壓機械破壞損傷試驗指標。

在靜載壓縮過程中，籽瓜受壓部位向內凹陷，內部損傷體積逐漸增大，直到發生破裂為止，損傷體積直觀反映籽瓜內部損傷程度，將損傷體積作為靜壓機械破壞損傷試驗指標。試驗后籽瓜常溫貯藏 12h ，沿受壓方向切開籽瓜，損傷部位發生褐變，與周邊產生分界線，其損傷形狀近似橢球體，測量損傷長度、寬度、高度，損傷體積的計算如式（2）所示，雖然此方法存在一定誤差，但誤差針對所有試驗樣品。

式中： V 損傷體積， m³ ：A 損傷長度， mm B 損傷寬度， mm ：c 損傷高度， mm 。

1.2.3 單因素試驗方案

分別以受壓位置、硬度、加載速率為試驗因素，以破壞極限、破壞能、損傷體積為試驗指標，進行籽瓜靜壓機械破壞損傷試驗。進行受壓位置單因素試驗時，硬度為 2.6MPa ，加載速率為 50mm/min ；進行硬度單因素試驗時，加載速率為 50mm/min ，受壓位置為60^° ;進行加載速率單因素試驗時，硬度為 2.6MPa ，受壓位置為 60^° 。單因素試驗水平如表1所示。

表1單因素試驗水平Tab.1 Single factortest level

1.2.4 多因素響應面試驗方案

為研究多因素交互對試驗指標的影響，在單因素試驗的基礎上，利用Design—Expert11.O軟件，采用Box—BehnkenDesign試驗設計方法進行三因素三水平試驗設計[20]，試驗因素水平編碼如表2所示，根據編碼后的試驗方案進行靜壓破壞損傷試驗。

表2多因素試驗水平 Tab.2 Multifactor test level

2 結果與分析

2.1單因素試驗結果與分析

根據單因素試驗方案進行試驗，用重復試驗平均值士標準差表示單因素試驗中各試驗指標結果，如表3所示。采用SPSS統計分析軟件對采集的試驗數據進行單因素統計分析，分析單個試驗因素對各試驗指標的影響。

表3單因素試驗結果Tab.3 Single factor test results

2.1.1受壓位置對試驗指標的影響

由表3可知，受壓位置為 0^°～90^° 時，破壞極限、破壞能、損傷體積分別呈現逐漸減小趨勢，即受壓時瓜梗、瓜頂軸線與壓頭軸線的夾角越大，破壞極、破壞能、損傷體積越小。對受壓位置單因素試驗結果進行方差分析，結果見表4。

表4受壓位置方差分析Tab.4 Variance analysis of compression position

注： Plt;0.01 表示影響極顯著； 0.01 0.05表示影響不顯著。下同。

由表4可知，受壓位置對破壞極限、破壞能、損傷體積的影響均極顯著（ （Plt;0.01） ，由 F 值的大小判斷，受壓位置對各試驗指標影響程度順序為破壞極限 gt; 損傷體積 gt; 破壞能。

2.1.2 硬度對試驗指標的影響

由表3可知，硬度為 2.2～2.8MPa 時，破壞極限和破壞能逐漸增大，損傷體積逐漸減小，即硬度越大，破壞極限、破壞能越大，損傷體積越小。對硬度單因素試驗結果進行方差分析，結果見表5。

表5硬度方差分析Tab.5Varianceanalysisof hardness

由表5可知，硬度對破壞極限、破壞能、損傷體積的影響均極顯著 （Plt;0.01） ，由 F 值的大小判斷，硬度對各試驗指標影響程度順序為損傷體積 gt; 破壞極限 gt; 破壞能。

2.1.3加載速率對試驗指標的影響

由表3可知，加載速率為 30～60mm/min 時，破壞極限呈現先增大后減小的趨勢，破壞能也呈現先增大后減小的趨勢，損傷體積呈現先減小后增大的趨勢，存在極值，加載速率為 50mm/min 時破壞極限、破壞能的值最大，損傷體積的值最小。對加載速率單因素試驗結果進行方差分析，結果見表6。

表6加載速率方差分析Tab.6Variance analysis of loading rate

由表6可知，加載速率對破壞極限、破壞能、損傷體積的影響均極顯著（ Plt;0.01 ，由 F 值的大小判斷，加載速率對各試驗指標影響程度順序為損傷體積 gt; 破壞極限 gt; 破壞能。

2.2多因素響應面試驗結果與分析

根據多因素響應面試驗方案進行Box—BehnkenDesign試驗設計和試驗，結果見表7。 X₁，X₂ 和 X₃ 分別為試驗因素受壓位置、硬度、加載速率的編碼值。

表7多因素響應面試驗結果 Tab.7 Multifactor response surface test results

利用Design—Expert11.O軟件對試驗數據進行方差分析，建立各試驗因素與各試驗指標之間的二次線性回歸方程數學模型，繪制各試驗因素對試驗指標的響應曲面圖，分析各試驗因素交互作用對試驗指標的影響，根據優化目標得出最優參數組合，并進行驗證試驗。

2.2.1試驗因素對破壞極限的影響

破壞極限 F_b 的方差分析如表8所示，該回歸模型的 Plt;0.01 ，擬合度極顯著， X_{1?X2?X3?X1X3?X3²} 對破壞極限 F_b 的影響極顯著（ （Plt;0.01 ）， X₁X₂、X₂X₃、X₁² X₂² 對破壞極限 F_b 的影響顯著 （0.01b 的回歸方程，如式（3）所示。

F_b=546.58-29.75X₁+28.66X₂+20.14X₃- 8 .15X₁X₂-11.65X₁X₃-8.48X₂X₃- 10.08X₁²-10.3X₂²-20.3X₃² （3）

各試驗因素對試驗指標破壞極限 F_b 的影響顯著性程度為 X₁gt;X₂gt;X₃ 。失擬項 Pgt;0.05 ，說明模型失擬性不顯著，回歸模型與實際擬合較好。

表8破壞極限方差分析Tab.8 Variance analysis of failure limit

Fig.4Response surface of two-factor interaction to failure limit

為確定各試驗因素交互作用對試驗指標破壞極限的影響，選取某一因素并固定水平，分別繪制受壓位置、硬度和加載速率對破壞極限影響的響應曲面圖，如圖4所示。從圖4（a）可以看出，當受壓位置為 0^° 時，隨著硬度由小到大，破壞極限呈現逐漸增大的趨勢，當受壓位置為 90^° 時，隨著硬度由小到大，破壞極限也呈現逐漸增大的趨勢，但趨勢變陡；當硬度為 2.2MPa 時，隨著受壓位置由小到大，破壞極限呈現逐漸減小的趨勢，當硬度為 2.8MPa 時，隨著受壓位置由小到大，破壞極限也呈現逐漸減小的趨勢，但趨勢變平緩。受壓位置與硬度的交互作用對破壞極限影響顯著 （0.01

從圖4（b）可以看出，當受壓位置為 0^° 時，隨著加載速率增加，破壞極限呈現先增大后減小的趨勢，減小的趨勢不明顯，這與單因素試驗分析結果一致，當受壓位置為 90^° 時，隨著加載速率增加，破壞極限呈現先增大后減小的趨勢；當加載速率為 30mm/min 時，隨著受壓位置由小到大，破壞極限呈現逐漸減小的趨勢，當加載速率為 60mm/min 時，隨著受壓位置由小到大，破壞極限也呈現逐漸減小的趨勢，但趨勢變陡。受壓位置與加載速率的交互作用對破壞極限的影響極顯著（ Plt;0.01 。

從圖4（c）可以看出，當加載速率為 30mm/min 時，隨著硬度增大，破壞極限呈現逐漸增大的趨勢，當加載速率為 60mm/min 時，隨著硬度由小到大，破壞極限也呈現逐漸增大的趨勢，但趨勢變平緩；當硬度為2.2MPa 時，隨著加載速率增加，破壞極限呈現逐漸增大的趨勢，這與單因素試驗分析結果不一致，當硬度為 2.8MPa 時，隨著加載速率增加，破壞極限呈現先增大后減小的趨勢，與單因素試驗分析結果一致。加載速率與硬度的交互作用對破壞極限的影響顯著（0. 01lt;Plt;0. 05）。

2.2.2試驗因素對破壞能的影響

破壞能 U_b 的方差分析如表9所示，該回歸模型的Plt;0.01 ，擬合度極顯著， X₁?X₂?X₃?X₁X₃?X₂² 對破壞能U_b 的影響極顯著（ Plt;0.01 ） X₁X₂、X₂X₃、X₃² 對破壞能U_b 的影響顯著（ 0.011² 對破壞能 U_b 的影響不顯著（ Pgt;0.05 ），將不顯著項并人殘差項，得到各因素對破壞能 U_b 的回歸方程，如式（4）所示。

U_b=13.16-0.61X₁+0.85X₂+0.39X₃+ 0.25X₁X₂-0.38X₁X₃-0.25X₂X₃- 0.32X₂²-0.29X₃²

各試驗因素對試驗指標破壞能 U_b 的影響顯著性程度為 X₂gt;X₁gt;X₃ 。失擬項 Pgt;0.05 ，說明模型失擬性不顯著，回歸模型與實際擬合較好。

表9破壞能方差分析Tab. 9 Variance analysis of failure energy

分別繪制受壓位置、硬度、加載速率對破壞能影響的響應曲面圖，如圖5所示。

圖5雙因素交互作用對破壞能的響應曲面 Fig.5Response surface of two-factor interaction to failure energy

從圖5（a）可以看出，當受壓位置為 0^° 時，隨著硬度由小到大，破壞能呈現逐漸增大的趨勢，當受壓位置為 90^° 時，隨著硬度由小到大，破壞能也呈現逐漸增大的趨勢，但趨勢變陡；當硬度為 2.2MPa 時，隨著受壓位置由小到大，破壞能呈現逐漸減小的趨勢，當硬度為2.8MPa 時，隨著受壓位置由小到大，破壞能也呈現逐漸減小的趨勢，但趨勢變平緩。受壓位置與硬度的交互作用對破壞能的影響顯著 （0.01

從圖5（b）可以看出，當受壓位置為 0^° 時，隨著加載速率增加，破壞能呈現逐漸增大的趨勢，這與單因素試驗分析結果不一致，當受壓位置為 90^° 時，隨著加載速率增加，破壞能呈現先增大后減小的趨勢，存在極值，與單因素試驗分析結果一致；當加載速率為30mm/min 時，隨著受壓位置由小到大，破壞能總體變化不大，與單因素試驗分析結果不一致，當加載速率為 60mm/min 時，隨著受壓位置由小到大，破壞能也呈現逐漸減小的趨勢。受壓位置與加載速率的交互作用對破壞能的影響極顯著（ Plt;0.01 ）。

從圖5（c）可以看出，當加載速率為 30mm/min 時，隨著硬度由小到大，破壞能呈現逐漸增大的趨勢，當加載速率為 60mm/min 時，隨著硬度由小到大，破壞能也呈現逐漸增大的趨勢，但趨勢變平緩；當硬度為2.2MPa 時，隨著加載速率增加，破壞能呈現逐漸增大的趨勢，這與單因素試驗分析結果不一致，當硬度為2.8MPa 時，隨著加載速率增加，破壞能呈現先增大后減小的趨勢，存在極值，與單因素試驗分析結果一致。加載速率與硬度的交互作用對破壞能的影響顯著0 ?01

2.2.3 試驗因素對損傷體積的影響

損傷體積 V 的方差分析如表10所示。

表10損傷體積方差分析Tab.1o Variance analysis of damage volume

該回歸模型的 Plt;0.01 ，擬合度極顯著， X₁，X₂ 、X₃，X₁X₂，X₁X₃，X₂X₃，X₃² 對損傷體積 V 的影響極顯著0 Plt;0.01 ）， X₁²?X₂² 對損傷體積 V 的影響不顯著（ Pgt; 0.05），將不顯著項并人殘差項，得到各因素對損傷體積 V 的回歸方程如式（5）所示。

V=1559.56-71.75X₁-61.25X₂- 49.50X₃+28.50X₁X₂+37.50X₁X₃+ 56.00X₂X₃+53.44X₃ ²

各試驗因素對試驗指標損傷體積 V 的影響顯著性程度為 X₁gt;X₂gt;X₃4 ，失擬項 Pgt;0.05 ，說明模型失擬性不顯著，回歸模型與實際擬合較好。

分別繪制受壓位置、硬度、加載速率對損傷體積影響的響應曲面圖，如圖6所示。

從圖6（a）可以看出，當受壓位置為 0^° 時，隨著硬度增大，損傷體積呈現逐漸減小的趨勢，當受壓位置為90^° 時，隨著硬度由小到大，損傷體積也呈現逐漸減小的趨勢，但趨勢變平緩；當硬度為 2.2MPa 時，隨著受壓位置由小到大，損傷體積呈現逐漸減小的趨勢，當硬度為 2.8MPa 時，隨著受壓位置由小到大，損傷體積也呈現逐漸減小的趨勢，但趨勢變平緩。受壓位置與硬度的交互作用對損傷體積的影響極顯著（Plt;0.01 ）。

從圖6（b）可以看出，當受壓位置為 0^° 時，隨著加載速率增加，損傷體積呈現逐漸減小的趨勢，這與單因素試驗分析結果不一致，當受壓位置為 90^° 時，隨著加載速率增加，損傷體積呈現先減小后增大的趨勢，存在極值，與單因素試驗分析結果一致；當加載速率為30mm/min 時，隨著受壓位置由小到大，損傷體積呈現逐漸減小的趨勢，當加載速率為 60mm/min 時，隨著受壓位置由小到大，損傷體積也呈現逐漸減小的趨勢，但趨勢變平緩。受壓位置與加載速率的交互作用對損傷體積的影響極顯著 （Plt;0.01 ）。

從圖6（c）可以看出，當加載速率為 30mm/min 時，隨著硬度由小到大，損傷體積呈現逐漸減小的趨勢，當加載速率為 60mm/min 時，隨著硬度由小到大，損傷體積也呈現逐漸減小的趨勢，但趨勢變平緩；當硬度為 2.2MPa 時，隨著加載速率增加，損傷體積呈現逐漸減小的趨勢，這與單因素試驗分析結果不一致，當硬度為 2.8MPa 時，隨著加載速率增加，損傷體積呈現先減小后增大的趨勢，存在極值，與單因素試驗分析結果一致。加載速率與硬度的交互作用對損傷體積的影響極顯著 （Plt;0.01 。

2.2.4 模型驗證與參數優化

用試驗指標破壞極限、破壞能、損傷體積的試驗數據與模型預測數據的絕對誤差比驗證模型的可靠度，絕對誤差比見式（6）。

式中： φ_i 1 一絕對誤差比， % ：A_i —模型預測數據;a_i 中 試驗數據。

破壞極限、破壞能、損傷體積的試驗數據與模型預測數據比較如圖7所示，由圖7（a）可知，破壞極限絕對誤差比范圍為 0.03%～1.96% ，誤差比平均值為0.56% ；由圖7（b）可知，破壞能絕對誤差比范圍為0.17%～2.49% ，誤差比平均值為 0.63% ；由圖7（c）可知，損傷體積絕對誤差比范圍為 0.07%～1.75% 誤差比平均值為 0.40% 。上述結果表明試驗指標破壞極限、破壞能、損傷體積的模型預測可靠度高。

利用Design—Expert 1l.O 中的 optimization 功能，以破壞極限最大、破壞能最大和損傷體積最小為優化目標，進行優化，獲得受壓位置、硬度、加載速率最優試驗因素水平組合，目標函數如式（7）所示。

∣30mm/min?x₃?60mm/min

通過優化求解得到各試驗指標的預測最優值：破壞極限為 561.0N ，破壞能為13.6J，損傷體積為1 491mm³ ，與之對應的各試驗因素的值：受壓位置為52^° ，硬度為 2.8MPa ，加載速率為 44mm/min 。然后根據預測最優值對應的試驗因素值進行驗證試驗，得到試驗指標最優值：破壞極限為 556.7N ，破壞能為13.4J，損傷體積為 1 511mm³ ，各試驗指標的預測最優值與試驗最優值的絕對誤差比依次為 0.77% 1.49% 和 1.32% ，預測值與試驗值接近。所建立的回歸模型可為籽瓜收獲和儲運過程中相關參數的確定提供預測和參考。

3 結論

1）通過單因素試驗分析得到，受壓位置為 0^°～ 90^° 時，破壞極限、破壞能和損傷體積均呈現逐漸減小趨勢，受壓位置對各試驗指標影響均極顯著。硬度為2.2～2.8MPa 時，破壞極限、破壞能呈現逐漸增大趨勢，而損傷體積呈現逐漸減小趨勢，硬度對各試驗指標影響均極顯著。加載速率為 30～60mm/min 時，破壞極限、破壞能分別呈現先增大后減小的趨勢，存在極值現象，損傷體積呈現先減小后增大的趨勢，也存在極值現象，加載速率對各試驗指標影響均極顯著。

2）利用Design—Expert進行多因素響應面試驗，研究多因素交互作用對試驗指標的影響，得出受壓位置與硬度、硬度與加載速率的交互作用對破壞極限影響均顯著，受壓位置與加載速率的交互作用對破壞極限的影響極顯著；受壓位置與硬度、硬度與加載速率的交互作用對破壞能的影響均顯著，受壓位置與加載速率的交互作用對破壞能的影響均極顯著；受壓位置與硬度、受壓位置與加載速率、硬度與加載速率對損傷體積的影響均極顯著。

3）對試驗指標破壞極限、破壞能、損傷體積的回歸模型進行模型驗證和參數優化，以破壞極限最大、破壞能最大和損傷體積最小為優化目標，得到最優參數組合：受壓位置為 52^° ，硬度為 2.8MPa ，加載速率為44mm/min 。

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