比萨实验室:意大利辣香肠片卷曲的计算机模拟

去一所以书呆子集中而闻名的学校的好处之一是，我的许多好朋友都是书呆子。当两个独立的书呆子领域在极客的协同狂欢中碰撞时，很少有比这更令人兴奋的了。那是人类知识突飞猛进的真正时代

上周，我写了一篇关于我的宠物强迫症的文章:是什么让意大利辣香肠片卷起来的?最后的结论是，这在很大程度上与顶部表面比底部加热更快的温差有关，以及由于填料角比肠衣更薄而导致的香肠内部肉流模式。

帖子发布几小时后，我收到了朋友Evros Loukaides的电子邮件，他是剑桥大学研究薄变形结构行为和应用的研究生。显然，卷意大利辣香肠正好属于他的工作范畴:

吴克群!你的最新帖子非常接近我的研究主题。也就是说，我要把它转交给我的上司。我们研究了薄结构的变形能力和由此产生的形状。如果你正在考虑做类似的关于中国鞭炮形状的工作，我们可能想和你谈谈联合出版的事。：）

如果你需要任何食物结构的计算模型，让你的文章比现在更古怪，我就是你要找的人。

需要吗?不。真的真的想要的吗?你说的没错我开玩笑地让他创建一个在披萨上加热的意大利辣香肠切片的电脑模型。一个小时后，我收到了这封邮件:

接受挑战!(的)

让我从我的假设开始:我将一片意大利辣香肠建模为一个半径为15mm、厚度为3mm的圆盘。我在300°K(80°F)启动整个模型，在顶部加热作为边界条件，直到温度达到480°K(404°F)。我也在侧面和底部加热，但强度较低。

由于几何结构很简单，关键是要知道材料的性质。如果这些是准确的，你通常可以得到非常好的现实近似值。我不是材料科学家——我主要研究几何形状对结构特性的影响。即使我是，组织的机械特性仍然只被部分理解——特别是如果你对加工过的肉类感兴趣，它包含了组织的集合(脂肪，韧带，肌肉等)在一个单独的属性的肠衣。所以基本上，我们需要做大量的假设和简化，这几乎使结果与现实无关。但是，为什么不呢?一切都很有趣。

我们需要的参数是什么?你已经证明了材料的导电性很重要，否则热梯度的方向性就不重要了。比热容也与此相关，反过来这又取决于材料的密度。膨胀系数，在这种情况下显然是负的，可能是控制参数。杨氏模量——材料的刚度——将显示它需要移动多少来适应这种热梯度。大多数组织通常被建模为超弹性的，但在较高的温度下，这种效应减弱，我们观察到几乎线性的行为。但请记住，所有这些参数都取决于温度:例如，直觉上你可以看到干肉/熟肉比生肉更硬。这里我用的是弹性模型作为演示当然，切片是塑性变形的。

我试着从文献中找到一些数字，但它们很稀少，而且与我们的探索只有很小的关系。例如，一份参考资料引用了各种组织的热导率，但这是自然状态下的生组织。尽管如此，它还是给了我们一个粗略的数字。

他最后说:

我就不赘述细节了，但通过以类似的方式从空气中提取数字来计算剩下的参数，我能够为您构建一个类似于近似值的东西。如果你需要一个精确的模型，我需要更多的实验数据和时间。和披萨。

埃夫罗斯，去过剑桥的披萨快餐，我只能说你应得的更好的披萨。我会尽我最大的努力把它带给你。