油用牡丹茎秆切割本构方程及其参数测定

  目的  油用牡丹是我国特有的木本油料树种，属于多年生小灌木，其果实采收可以采用茎秆切割的方式，而灌木茎秆切割机理研究一直是林业生产中的难点问题之一。研究灌木茎秆在不同应变率下的动态力学性能并建立其本构模型对茎秆切割有着重要意义。  方法  通过准静态拉伸试验和动态拉伸试验，研究茎秆塑性变形特点，并提出以Johnson-Cook模型作为本构模型，根据模型参数的物理意义，试验拟合得到模型参数。采用ANSYS/LS-DYNA软件模拟分析了油用牡丹茎秆切割过程，并对仿真结果与试验结果进行了相关性分析。  结果  准静态拉伸试验结果表明茎秆断裂过程存在明显的应变硬化现象；动态拉伸试验结果说明茎秆断裂存在显著的应变率效应，拉伸强度随应变率增加而增加；基于试验结果拟合得到了Johnson-Cook模型作为茎秆本构方程时的材料参数值；应用这些参数的模型在茎秆切割仿真中，切割力与切割能量与试验结果对比均无显著性差异，验证了本构方程及参数测定的准确性。  结论  基于Johnson-Cook模型建立了油用牡丹茎秆切割本构方程并验证了其可靠性，为油用牡丹茎秆切割性能的数值模拟研究及采摘机割刀设计提供了依据。      

薄木和单板用于室内装饰的研究

在试验的基础上，利用旋切单板和刨切薄木进行室内装饰实验。经２年多的实践证明，使用含水率为１０％～１５％、厚度为０．２～０．４ｍｍ的薄木或单板，并选用合适的粘结剂装饰墙面和地面，可获得天然木材的装饰效果与美感。该方法简单，工艺易于实现。成本低，且可充分利用边角余料，提高了木材的综合利用率。     

木材干燥窑内风速与流场均匀性的数值模拟

以试验用木材干燥窑为实物模型建立数学模型,利用CFD软件对内部流场进行模拟,通过多组数据对比,得到设备参数一定的情况下流场最均匀时的风速,为木材干燥设备及过程参数设定提供可靠的参考值。     

基于响应面法的不同锯料角锯齿的木材切削力模型

木材锯切为闭式切削,其中侧刃的作用不可忽视。为探寻锯切过程中侧刃对切削力的影响并将其量化,采用不同锯料角锯齿对樟子松Pinus sylvestris和水曲柳Fraxinus mandshurica做单齿切削力试验,利用响应面分析法中的四因素三水平的Box-Behnken Design（BBD）试验设计和建模方法,研究了锯料角、切削厚度、含水率和刀具前角等参数对切削力的影响,并建立切削力模型。结果发现:采用响应面法建立的木材切削力多元回归数学模型,可较为有效地反映切削力与各因素之间的关系（R2=0.92和R2=0.94）;在闭式切削过程中,锯齿的锯料角对切削力有一定影响,且随着锯料角的增加,切削力缓慢降低;切削厚度对切削力影响显著,其次是刀具前角,木材含水率、锯料角对切削力的影响最小。     

基于图像处理和SVM探索木材与树皮的新识别参数

木材工业生产中,需将树皮和木材分离,进而提高木材的使用效率。运用木材和树皮的5个特征参数和数字图像处理技术对榆木(光秃大果榆Ulmus macrocarpa var. glabra)、柳木(杞柳Salix integra)和松木(樟子松Pinus sylvestris var. mongolica)的木材与树皮图像进行分类识别,其中均方差比是本文提出的识别参数。通过对图片进行数字图像处理,得出参数的最大值和最小值, 利用多项式函数和非线性函数对木材和树皮识别,再对参数进行评估,筛选出最佳参数。结果表明,参数均方差比识别率最高分别达到97.7%和 94.7%,且多项式函数的识别效果高于非线性函数的识别效果。     

响应面法优化狮头柑果皮总黄酮提取工艺

为探索狮头柑总黄酮提取工艺，以狮头柑果皮为对象，以总黄酮得率为指标，在单因素试验的基础上选择3组较优水平，对提取温度、提取时间、超声功率3组因素运用Box-Benhnken试验设计优化狮头柑果皮的总黄酮提取工艺。结果表明，狮头柑果皮提取总黄酮的工艺参数为:料液比1∶35（g∶mL^-1）、提取温度60℃、提取时间33 min、超声功率70 W，总黄酮得率2.258%；拟合模型为:Y=2.27＋0.048×A＋0.14×B-0.065×A²-0.25×B²-0.13×C²（R²_adj=0.944 9）。研究结果可为狮头柑资源能更好地开发利用提供新思路，也能为狮头柑产业的发展提供新的方法，有利于增加狮头柑的附加值。     

榉木横纹三点弯曲受压声发射损伤模型研究

为探究木材在横纹受压下脆性断裂的损伤演变过程，依据声发射（acoustic emission,AE）事件构建木材损伤变量本构模型。首先，将木材内部等效为若干根互不相关的受压木纤维，每根横纹受压木纤维又可等效为受压微弹簧。然后基于概率思想，在微弹簧的中性层受力分析基础上，假设横纹受压的微弹簧极限应变服从某一分布函数的随机变量，经过分析得到微弹簧的极限应变服从分布函数和木材横纹受压损伤演化方程，以及累计AE振铃计数-应变曲线和损伤变量之间关系。最后，通过榉木(Zelkova schneideriana)试件三点弯曲AE试验得到归一化累计AE振铃计数-应变曲线，再利用Gaussian曲线拟合出所需参数，进而得到微弹簧的极限应变分布规律和损伤演化方程的表达式，建立三点弯曲受压AE损伤模型。结果表明，累计AE计数与榉木横纹受压的微观损伤过程是对应的，并且结合AE试验数据得出的损伤演化数学模型可以很好地反映榉木横纹受压过程中的损伤演化特征。     

杨树MADS转录因子SVL基因克隆、原核表达与多克隆抗体制备

为研究杨树MADS转录因子相关基因在逆境中的作用，以84K杨树叶片的cDNA为模板，通过PCR扩增得到了开放阅读框为684 bp、氨基酸个数为227的PtSVL基因；构建原核表达载体pET-B2M-PtSVL-3×FLAG，并在大肠杆菌B21（DH3）中大量表达。结果表明，获得的PtSVL-3×FLAG融合蛋白，大小为42.0 ku，主要以包涵体形式存在；用纯化后的蛋白免疫新西兰公兔制备PtSVL多克隆抗体；间接ELISA法和Western blot检测后多克隆抗体后显示其效价高，特异性好。获得的PtSVL多克隆抗体将为后续鉴定PtSVL蛋白的互作蛋白提供基础。     

基于堆积试验的玉米包衣种子离散元参数标定

为获得基于黏结颗粒模型（BPM）玉米包衣种子离散元仿真所需的精确接触参数，基于堆积试验对玉米包衣种子的仿真参数进行标定。对郑单958玉米包衣种子分类筛选后，通过激光扫描仪对轮廓较好的种子进行扫描，得到点云数据，并通过CATIA软件对点云数据进行处理，最终得到玉米种子仿真模型。设计Plackett-Burman试验，通过Isight软件的近似模型与DOE联合模块对试验结果进行分析，筛选出对堆积角影响显著的参数：玉米种子-玉米种子静摩擦系数、法向刚度与切向刚度。基于Isight软件RSM优化模块，根据Box-Behnken试验结果建立堆积角与显著性参数的二阶回归模型，得到参数的最佳组合：玉米种子-玉米种子静摩擦系数0.269、法向刚度2.54×10⁸ N·m^-3、切向刚度5.93×10⁷ N·m^-3。将标定参数仿真所得堆积角与真实试验值进行对比，二者相对误差为0.98%。上述结果表明，响应面分析可用于标定玉米包衣种子的离散元仿真参数，为玉米气力式排种器的结构设计与参数优化提供参考。     

拼花实木复合地板激光切割制备工艺研究

为确定激光切割拼花实木复合地板的优化工艺参数,采用正交试验法,以树种、焦距、切割速度、光强和切割角度为因素设计试验方案,以缝宽、缝深、烧蚀程度为评价指标,采用体视显微镜检测试验结果。结果表明:激光切割对缝宽影响的因素主次为焦距>切割角度>切割速度>树种>光强,最优工艺是A4B4C5D1E1,焦距对缝宽影响显著;对烧蚀程度影响的因素主次为焦距>切割速度>切割角度>树种>光强,最优工艺是A1B1C2D5E4,焦距对烧蚀程度影响显著;对缝深影响的因素主次为切割速度>树种>焦距>光强>切割角度,最优工艺是A5B4C1D5E5,由于各种因素有交互作用,造成没有对缝深影响显著的因素。柞木表板激光切割参数为焦距6.0mm、切割速度30mm/s、光强75~80cd,水曲柳表板的激光切割参数为焦距6.0~7.5mm、切割速度30~40mm/s、光强40~60cd。采用合理的切割参数可以获得较好的切割质量,减少甚至无需遮盖烧蚀程度、处理拼装离缝等后续的加工工艺,即满足地板拼花的需要。      

基于超声波焊接的木塑复合材料分层实体制造技术

提出了一种新型分层实体制造技术,以木塑复合薄片材料为原料,利用数控激光将其切割成特定形状,再应用超声波将木塑薄片分层累加焊接成型.通过试验验证了超声波分层焊接木塑薄片的可行性,并分析了该方法的优点及技术参数设置.     

微米长刨花骨伤夹板模压制作工艺与性能研究

研究了微米木刨花模压骨伤夹板制品的形成方法,利用专用模压设备,阐述了实验方法,介绍了模压工艺,获取了关键工艺参数,将细胞裂解理论、微米切削技术转化应用到医学生物材料工程中,有效利用了废劣材、次小薪材,通过细胞重组和模压成型提高了木材的利用率。     

超薄木片切削机刀具的优化设计

依据木材切削的基本知识及有限元分析方法设计刀具,首先利用ANSYS对刀具进行建模,然后对刀具进行模拟加载和结果分析,从而确定刀具前角可取57°～62°,后角可取8°～13°,最后通过超薄木片切削机实际加工加以验证.最终结果证明所采用的刀具设计方法可行,木片切削质量和效率能满足加工要求.     

采伐剩余物削片生产工艺最优方案的研究

为了评价削片生产工艺,从实际出发,应用运筹学理论,建立了描述采伐剩余物削片生产工艺全过程的数学模型,利用整数规划中分枝定界法,对整个数学模型寻求最优解的计算,列出了框图。结合山河屯林业局木片生产实际,根据电子计算机计算的结果,得出了结论:当年产量满足生产线的最大实际生产能力时,伐区削片的单位工艺成本比山下削片时低;只有年产量超过生产线的最大实际生产能力后,山下削片的单位工艺成本才有可能低于伐区削片的单位工艺成本;利用木片生产的单位工艺成本和采伐剩余物利用率评价生产线的综合效益,当伐区削片工艺的采伐剩余物利用率K_(11)与山下削片工艺的采伐剩余物利用率K_(12)之比,大于伐区削片的单位工艺成本C_1与山下削片的单位工艺成本C_2之比时,则伐区削片工艺比山下削片工艺的综合效益好;反之,则山下削片工艺比伐区削片工艺的综合效益好;并依此可对不同削片工艺方案进行比较。     

木材微波真空干燥过程的数学模拟

该研究根据微波真空干燥过程中木材内部水分和热量的迁移机理,建立了木材微波真空干燥的数学模型,并通过试验对该模型进行了验证。结果表明:木材的微波真空干燥过程可以分为3个阶段,即快速升温加速干燥段（Ⅰ）、恒温恒速干燥段（Ⅱ）和后期升温减速干燥段（Ⅲ）,且恒温恒速干燥段在整个干燥过程中所占的比例较大;该模型能较好地模拟木材在微波真空干燥过程中的温度和含水率的变化规律,其模拟精度较高,模拟值与试验值之间相关系数的平方在0.9以上,且含水率变化规律的模拟精度高于温度变化规律的模拟精度。      

数控机床切削颤振抑制方法研究

研究了通过调节数控机床伺服参数，控制极限切削宽度来抑制切削颤振的新方法。文中建立了包括机械系统、伺服系统及切削颤振环节的数控机床切削系统模型。该模型全面反映了各环节间的相互影响。通过仿真分析了切削系统的稳定性，并通过实验描绘了极限切削宽度与伺服系统参数的关系曲线，为数控强力切削过程中抑制颤振提供了可靠依据。仿真和实验结果表明，数控机床伺服参数与极限切削宽度具有映射关系，文中所述方法实用、可靠。     

叶片式抛送装置功耗试验研究与参数优化

为了提高全秸秆覆盖地免耕播种机作业质量,降低抛送装置的抛送功耗,采用Box-Benhnken中心组合试验方法对抛送装置的工作参数进行试验研究,以叶轮转速、物料含水率、叶片倾角等影响作业质量的3个因素进行三因素三水平响应面试验,建立响应面数学模型,分析各影响因素对作业质量的影响,同时,对影响因素进行综合优化。试验结果表明:各因素影响抛送功耗的显著顺序依次为叶轮转速、物料含水率、叶片倾角;最优工作参数组合为:叶轮转速1 600r/min、物料含水率63%、叶片倾角后倾9°,对应的比功耗919.89m~2/s~2,且各性能指标与理论优化值的相对误差均5%。研究结果可为抛送装置的结构完善设计和作业参数优化提供依据。     

树枝直刃剪切数学模型与试验

【目的】基于材料力学和弹性地基梁理论对直刃刀片剪切树枝过程进行理论建模,并根据该模型计算出直刃刀片剪切树枝所受的剪切力。【方法】以石硖品种龙眼树枝为试验材料,利用万能材料试验机和摩擦试验台等仪器测定龙眼树枝的相关力学特性参数和滑动摩擦因数,测量并用模型计算树枝不同含水率(w)、直径和不同刀片刃角下动刀片剪切龙眼树枝的峰值剪切力,剪切试验所用刀具的刃角分别为10°、20°和30°。【结果】当树枝直径为20.4 mm、相对含水率为76%、刀片刃角为20°时,刀片剪切力理论计算曲线与试验曲线趋势一致,峰值剪切力的误差约为2.3%;当树枝直径为15.3 mm,刀片刃角为20°,且树枝含水率大于纤维饱和点(30%)时,刀片峰值剪切力随含水率升高而增大,计算值在试验值的误差范围内;当树枝直径为24.6 mm、含水率为76%,且刀片刃角从10°增大到30°时,峰值剪切力显著增大,计算值处于试验值的误差范围内。【结论】该理论模型可用于预测剪切力并分析不同力学参数对峰值剪切力的影响,为修剪机具剪切机构的设计和优化提供参考。