切り欠きを導入した凍結魚肉の破断応力に及ぼす歪み速度の影響

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本研究では、凍結魚肉の切断(破断)に必要な荷重(応力)を減じる因子(切り欠きの導入、変形速度の変化)の効果を定量的に明らかにすることを目的とした。マグロの赤身肉から筋繊維の配向方向をコントロールした試験片を作成し、曲げおよび引っ張り試験を、-190,-130,-100,-80,-50,-20℃において行った。このとき、切り欠きの導入の有無、切り欠きの先端の鋭さ、試験片の変形速度をパラメータとして、試験片の破断応力を測定し、同時に、破断面の滑らかさ(粗さ)を評価した。さらに、切り欠き導入による破断応力の低減効果を定量的に明らかした。切り欠きの導入に伴なう破断応力の低減効果は、測定した全ての温度で認められたが、温度の低下とともにその効果は増加し、-100℃以下でほぼ一定となった。また、切り欠き先端の角度を鋭角にするほど、試験片の破断に必要な応力は減少した。この現象を材料力学における応力集中問題として解析したところ、解析的に得られた破断応力は、実測値と良好に一致した。破断面の滑らかさ(粗さ)を、破談面の最も高い凸部分と最も低い凹部分の高さの差(δ)として評価した。その結果、切り欠きが無い試験片では、試験片ごとのδの偏差が大きく(δ=3.8±1.7mm)、破談が不安定に起こっていることが明かとなった。一方、切り欠きを導入した試験片では、δはほぼ一定(δ=1.0±0.3mm)となり、切り欠き先端からクラックが安定して成長し、破断に至っていることが明かとなった。変形(歪み)速度の影響に関しては、本研究で行った条件(1.0〜0.8mm/min)では、破断応力の低減効果は認められなかった。