买来的泡面为什么老是碎的？泡面：我已经努力过了

好运来来

泡面凭借着独特的香味和便利性，成了很多年轻人偏爱的美食。下班后，拆一袋泡面，加个蛋和香肠，只要 3~5 分钟就可以享受一顿完美晚餐了。据统计，2020 年我国方便面消耗量达 463.6 亿份。


在等泡面的那三五分钟里，不知道大家有没有想过，为什么不管是袋装泡面还是桶装泡面，面饼都是弯弯曲曲的？其中有什么奥秘吗？今天，我们就来重新认识一下泡面~


不只是弯曲这么简单




关于泡面的弯曲工艺，有多种说法，有的说是利用出口处的竹刀和坠子压制而成的，也有的说是利用结构往复摆动堆积而成的。不管是哪种说法，目的都是为了让切割后的细线面条弯曲起来，形成一个多孔结构整体。

经过面刀后，面条就变弯了 图源：参考文献[1]


多孔结构使得热水能够进入泡面内部，快速泡熟泡面。在泡面生产过程中，这种多孔结构也能在干燥环节更快地挥发水分。此外，弯曲的多孔结构可以缩小面饼的纵向尺寸，方便包装，还具有一定的抗压性，运输过程中，不易破碎。


前几个优点，大家应该比较容易理解，但为什么会抗压呢？


泡面为什么抗压？




泡面的抗压性主要可以从两个方面解释。从局部来说，泡面局部的弯曲结构类似于拱形结构，拱形结构能够将外载分散开来。虽然结构受弯导致的拉伸应力仍在，但更多的是拱形结构内部形成的互相挤压的力。



局部的拱形结构提升了抗压能力 图源：作者供图


相比于受拉，几乎所有的材料都更加耐压。也就是说，同一种材料同样尺寸下，能够承受的压力要比拉力大很多，所以不容易被压碎。



拉压对比 图源：作者供图


从整体来说，泡面的厚度提升了整体的抗压能力。生活常识告诉我们，越厚的物体，越难掰弯。而从力学角度解释，得结合弯曲应力的表达式，结构厚度越大，分母将会几何级增大，从而导致应力急剧降低。



整体的厚度提升了抗压能力 图源：作者供图


平时我们买的泡面多少都会有点碎屑，主要是磕碰引起的。磕碰的过程中，弯曲是发生破坏的直接原因，深层次的原因主要是局部拉伸应力超过了承载的极限。



弯曲破坏的深层原因是拉伸的一侧不抗拉 图源：作者供图


高级版“泡面结构”




泡面虽然属于多孔结构，但它的孔洞形状是随机的。泡面的结构与智能结构（先进结构）的差别在于孔洞结构是否经过特殊设计，能否实现特定功能。



Science封面：受压扭曲的先进结构 图源：Science


设计指定形状的多孔结构是当前科研的一个热点方向，因为特殊设计的多孔结构可以实现原本材料无法实现的功能。比如，上图设计的结构，受压后会发生扭曲，可以替代传统的机械传动结构，实现更加便捷的精密控制。



各种不同构型的多孔结构 图源：参考文献[2]-[5]


再比如说，目前飞机机翼都是固定不变的，但在不同速度下，机翼在不同位置可以产生更好的升力，所以变形机翼研究应运而生，多孔结构为变形机翼提供了可能。



多孔结构在变后掠翼中的应用 图源：参考文献[2]


如果将方便面设计成特定的弯曲结构，那么泡面就可以变成了一种智能结构，实现一些特殊的功能。感兴趣的吃货们，赶快去设计一个，说不定也能登上Science封面呢。




参考文献


[1] 钱银川，关于方便面设备改造的探讨，食品科技，2002，55-57.


[2] 刘卫东，变形机翼关键技术的研究，南航，2014.


[3] BartolozziG., PieriniM., OrreniusU.,BaldanziniN., An equivalent material formulation for sinusoidal corrugated cores of structural sandwich panels. Composite Structures, 2013, 100: 173-185.


[4] BartolozziG., BaldanziniN., PieriniM., Equivalent properties for corrugated cores of sandwich structures: A general analytical method. Composite Structures, 2014, 108: 736-746.


[5] HuangJ., Zhang Q. H., Scarpa F., Liu Y. J., Leng J. S., In-plane elasticity of a novel auxetic honeycomb design. Composites Part B Engineering, 2017, 110:72-82.






来源:上海科技馆（ID：sstm01）

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你买挂面难道就不碎？脱水的面团还开裂呢

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