一年四百多亿份,泡面除了美味,还有什么奥秘?

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,2022年我国方便面消耗量达450.7亿份。

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图源:摄图网

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?这其中有什么奥秘吗?今天,我们就来重新认识一下泡面~

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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


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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。

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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。

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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。

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整体的厚度提升了抗压能力
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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

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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”

泡面属于多孔结构,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,能否能实现特定功能


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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。


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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。

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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.



作者:王永健,南京农业大学副教授,江苏省力学学会科普工作委员会副秘书长,江苏省首席科技传播专家

策划&编辑:小叮当


来源:上海科技馆

编辑:悦悦


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