【数字揭秘】不起眼的鸡蛋能支撑起一个人的体重吗？

2020 年，仅美国就生产了 991 亿个鸡蛋，无论是煎、煮还是炒，可见人们对它们的喜爱程度。 

然而，这些轻薄的外壳经常被忽视的是，由于其独特的双曲线形状，它的结构非常坚固，可以通过在鸡蛋的拱形薄壳结构上均匀分布重量来承受惊人的重载压力。 

为了对此进行测试，你可以在家中进行的一项试验：尝试用手挤碎鸡蛋。你会发现比你想象的更难，对吧？！

*免责声明：请在水槽里尝试！如果你足够强大到能够以这种方式挤碎鸡蛋，那么你也将收拾残局哈。 

尽管鸡蛋抗压力很强，但它承受拉力的能力非常弱，这是一个理解压缩力和拉伸力之间区别很典型的例子。 

压缩力是施加到物体外部的力，向物体中心推；而拉伸力是远离物体中心的张力。这解释了为什么鸡蛋可以抵抗分布的压缩力，但当小鸡从鸡蛋内部啄食，或用鸡蛋敲击平底锅时会破裂。

为了生成准确的鸡蛋模型，我们使用了 Altair^® Radioss^®。Radioss 是一个领先的分析求解器，可针对动态载荷下的高度非线性问题评估和优化产品性能。它在全球所有行业中得以使用，优化了复杂设计的耐撞性、安全性和可制造性。

对于提出的场景，我们并没有全面的测试。尽管如此，我们首先要研究人体站在鸡蛋上时，所涉及的动态载荷。

我们的模型，需要结合一系列可用的材料库，准确反映鸡蛋的各种天然材料和属性。例如，我们将光滑粒子流体动力学模型，与真实的流体动力学材料和状态方程结合使用，以表示鸡蛋的蛋白、蛋黄和气泡部分。蛋壳使用弹塑性材料模型来表示，通过蛋壳真实性能标定材料数据，包括材料的失效属性。考虑到实际工程应用中多种材料同时使用，Radioss能够将这些不同的材料结合到一起，是其与众不同的特点之一。

例如，用于裂纹扩展的材料本构和材料失效准则，可以真实地模拟易碎材料（例如挡风玻璃），从而实现更可预测的模拟、优化和稳健的研究。Radioss 为所有行业的结构、运动、流体、热和电磁效应相结合的动态问题提供高效、可靠和强大的多物理场解决方案。

使用 Radioss，可以组合使用不同材料构建模型

回到我们的研究课题。为了测量鸡蛋模型的纵向强度，我们设置了三种使用不同材料压缩鸡蛋的场景：硬泡沫、软泡沫和厚软泡沫。结果表明，在使用硬泡沫的情况下，鸡蛋在此方向上所能承受的最大力约为 500 牛顿。

使用不同材料纵向压缩鸡蛋的比较

对鸡蛋横向压缩时，结果会发生很大变化。使用硬泡沫，大约 100 牛顿的力，鸡蛋破裂。有趣的是，厚而柔软的泡沫现在可以让鸡蛋在破裂之前承受大约 500 牛顿的力。虽然众所周知，鸡蛋在横向方向上对压缩力的抵抗力要小得多，但厚而柔软的泡沫可能是一个促成因素。

为了模拟一个人试图仅使用握力来压碎鸡蛋的载荷，我们使用了环绕包围的泡沫。由于这个压力均匀地分布在鸡蛋上，它可以承受大约 600 牛顿的力！

使用不同材料横向压缩鸡蛋的比较

回到我们最初的问题，不起眼的鸡蛋能承受一个人的重量吗？

很明显，只有一个鸡蛋是不够的。然而，鸡蛋的抗压能力，来自于蛋壳双曲线形状可以很好的分配压缩力。当使用多个鸡蛋时，抗压强度会大幅增加。我们的结果表明，两打鸡蛋确实可以支撑一个人，但要求是平稳的加载。直接跳到鸡蛋上会导致一团糟！先前结果中使用的不同泡沫，用于提供不同的加载条件，近似模拟人体皮肤和脚的动态行为。在我们的分析中，两打鸡蛋可以轻松支撑大约 75 公斤的重量。

结果证明是成功的

不仅我们思考了如此重要的问题，互联网上似乎还有其他类似试验的例子：许多人的试验堪称疯狂。其中一个实验，可以将两辆被压扁的汽车放在一张鸡蛋床上！我们不知道用了多少个鸡蛋才能成功完成这个“鸡蛋实验”，但看样子，这些鸡蛋可以做很多煎蛋卷！