籽瓜的力学特性研究及其有限元分析

籽瓜的力学特性对减少籽瓜贮运损失和设计相关机具等具有重要意义。通过对籽瓜进行压缩试验,测得其力—位移曲线,得出在相同加载速率下,籽瓜在横、纵向压缩时的宏观结构破坏所对应的破裂力分别为859N和1 189N;采用差分法计算出籽瓜横纵向的破坏强度分别是2.02×104Pa和2.97×104 Pa;对籽瓜皮进行拉伸试验,得到籽瓜皮横、纵向拉伸时的弹性模量分别为3.41×106 Pa和1.92×106 Pa。运用SolidWorks Simulation建立籽瓜的力学模型,比较籽瓜受力的试验值和仿真值,验证仿真数值解的可行性,为籽瓜的贮藏、运输和加工等提供理论依据。     

番茄果实力学特性及与成熟度关系的试验研究

采用完整番茄果实为试样,根据弹性力学赫芝理论及线形粘弹性理论,结合图像处理的方法,从平板压缩试验及应力松弛试验研究中,提取力学—流变学性质参数,并为果实的成熟度判别作应用探讨,为番茄的生产、运输,加工及分级等提供必要的方法与基础数据资料。     

果蔬压缩力学性质与细观结构变位的动态响应

研究果蔬的压缩力学性质可为果蔬加工、运输、检测包装等生产环节提供设计参数及工艺优化依据。为此,以几种常见果蔬为研究对象,在INSTRON生物材料性能试验机上搭载了电子显微镜图像采集系统,在进行果蔬试样压缩力学性质试验测试的同时,对压缩变形过程进行了动态图像采集与分析,获得了果蔬的压缩强度极限、弹性模量等力学性质指标。同时,结合电子显微镜采集到的压缩过程果蔬细观结构变形图像,通过观察压缩过程果蔬细胞的变形、微结构变位及渗水等情况,分析了果蔬材料的屈服强度、压缩强度及材料破坏与细观结构变位的关联,了解了果蔬压缩力学性质与压缩过程中细观结构变位的动态响应。     

苹果两向异性力学特性和跌落试验研究

压缩和冲击力学特性是与农业物料的损伤密切相关的物理特性。为了确定苹果的力学特性,利用万能试验机对苹果果肉和果皮进行了力学试验,并分析了苹果果肉的压缩特性和果皮的拉伸特性。针对苹果的冲击力学特性,选择冲击材料、冲击材料的水平速度和苹果跌落方向3个因素设计跌落试验。压缩试验表明:苹果果肉径向和轴向的弹性模量分别为(2.81±0.37)、(3.96±0.69)MPa,两向的弹性模量和屈服强度都具有显著性差异,而果皮的横向和纵向在弹性模量上有显著性差异(p<0.05)。跌落试验表明:果实的轴向抗损伤能力强于径向,果实损伤量随着冲击材料的水平速度增大而减小,且冲击材料的表面粗糙度会影响果实损伤量。本研究可为深入理解果实压缩特性和冲击损伤机理提供帮助,并为建立更准确的果实模型提供基础依据。     

面向机器人采摘的樱桃番茄力学特性研究

樱桃番茄是番茄中的一种特殊类型,其果实及果梗的力学特性是采摘机器人设计与控制的重要依据。对不同成熟期的樱桃番茄果实进行了纵向和横向挤压试验,对其果梗进行了折断试验。结果表明,不同成熟度樱桃番茄果实的抗压能力具有明显差异,以青果期的压缩破裂最大,成熟期的最小,整体抗压能力随着果实成熟而下降。成熟期樱桃番茄的纵向、横向挤压强度差异较大,具有明显的各向异性特征,其纵向抗压能力大于横向,采摘时应当减少横向压力,以便更好保护果实。成熟期樱桃番茄果梗膨大节处的折断负荷较小,单果采摘时建议从果梗膨大节处以折断方法进行采摘;串果采摘时建议采摘机器人与果实间的作用力、运动参数要特别注意果梗的力学脆性,避免串收过程(采摘—放篮)中成熟果实从果梗膨大节处脱落,造成机器人采收失败。     

番茄钵苗茎秆力学特性试验研究

研究番茄钵苗茎秆力学特性及其变化规律可为番茄钵苗移栽机夹茎式自动取苗机构的设计提供重要依据。为此,利用DF-9000型动静态电子万能材料试验机对适栽期番茄钵苗茎秆进行拉伸、弯曲试验,利用TA.XT plus型质构仪对适栽期番茄钵苗茎秆进行了压缩性能试验,获得其在试验条件下的应力-应变曲线,并进行分析。试验结果表明:相同加载速度下,平均抗拉断力大小随夹持茎秆位置的升高而减小;相同取样部位条件下,随着加载速度的增大,所用的弯曲载荷力增大;相同加载速度下,番茄钵苗茎秆最大压缩力随取样高度的增加而减小,茎秆根部最大压缩力值最大;相同取样部位在一定压缩位移条件下,随着加载速度的增大,压缩载荷随之增大。研究结果可为番茄钵苗夹茎式自动取苗机构设计提供重要的理论依据。     

河套苹果梨机械特性的试验研究

以完整苹果梨果实为试样,对其进行压缩试验,得到力-变形曲线.结果表明:不同的加载速率和压头形式影响生物屈服力、破裂力和变形量的大小;不同硬度的苹果梨在垂直压缩时的力学特性明显不同;苹果梨的刚度值与变形存在相关性.该试验可为苹果梨的生产、运输、加工、分级以及机械设计等提供必要的方法与力学参数.     

马铃薯压缩力学性能试验研究

为了降低伤薯率,在马铃薯的收获和流通的各个环节中必须充分考虑马铃薯的压缩力学性能。为此,以完整的马铃薯块茎为研究对象,运用CMT2502型电子万能试验机,在5种不同加载速率下,对新大坪、陇薯3号两个品种鲜薯进行3个不同方向的压缩试验研究,测得其力-时间曲线以及马铃薯压缩破裂力和变形量数据。同时,运用SPSS统计软件分析其力学特性的变化规律,得到马铃薯品种、加载方向和加载速率对马铃薯破裂力和压缩变形量的影响结果。该试验分析可为马铃薯的收获、装运、深加工及贮藏装备的改进和设计研究提供必要的理论依据。     

藜麦籽粒压缩力学特性的试验研究

为减少藜麦籽粒在收获与生产加工中受压缩而产生的破裂、破碎等机械损伤,通过对不同粒级的藜麦籽粒进行不同方位的静力压缩,研究藜麦籽粒在受压时的力学特性及与其基本物性参数间的关系。为此,测定了“蒙藜2号”的几何尺寸、球度等基本物性参数,并结合赫兹接触理论探究了不同压缩方位下粒级对受压籽粒力学特性的影响。试验结果显示:藜麦籽粒不同方位受压时,随粒级增大其破裂力、破裂能先增大后趋于平稳,弹性模量和最大破裂应力则存在先增大后减小的变化趋势。经方差分析可知:粒级变化对藜麦籽粒的最大破裂应力存在显著影响,且同粒级藜麦籽粒水平方位下的抗压能力大于垂直方位。结合试验结果与相关分析,可为藜麦收获及加工机械的设计与优化提供参考。     

新疆红枣残枝力学特性试验研究

新疆南疆地区因枣树管理每年修剪产生残枝约70万t,针对红枣残枝粉碎后多元化利用的需求,测定了红枣残枝的力学特性(压缩、弯曲和剪切的各项力学参数)和枣枝的物理性质(密度、含水率)。试验结果表明:红枣残枝顺纹压缩、横纹压缩和弯曲的应力-应变曲线图弹性段本构关系均符合胡克定律,剪切破坏为塑性破坏方式;枣枝顺纹压缩抗破坏强度、抗破坏弹性模量和承受外力功均大于横纹压缩,顺纹压缩功与抗压强度之间呈多项式函数正相关,横纹压缩功与抗压强度之间呈指数函数正相关;枣枝密度与抗弯强度、抗剪强度之间均呈多项式函数正相关,含水率与抗弯强度之间呈多项式函数负相关,与抗剪强度之间呈幂函数负相关。研究结果可为红枣残枝粉碎机械的设计和优化提供理论依据和参考。     

甜菜机械特性的研究

通过对完整甜菜在电子万能试验机上采用不同的速度进行压缩,得到了完整甜菜的压缩力-位移关系,同时发现在不同的压缩速度下甜菜的破裂位移是不同的,并且通过分析和计算得到了甜菜的破裂点和在不同压缩速度下的刚度,从而为甜菜的收获机械、制糖加工机械的设计以及甜菜制糖工艺提供了相应的力学参数.     

玉米秸秆包装容器压缩性能分

通过对玉米秸秆包装容器材料进行静态压缩试验,得到了材料的泊松比、弹性模量等基本参数,以及材料的力变形曲线,并在参数及模型的基础上对包装容器进行有限元分析.通过有限元计算,得到了压缩载荷作用下包装容器的应力分布规律、刚度与破坏强度,并且确定了包装容器最易出现裂纹的位置,计算结果与试验结果吻合较好.     

番茄种子包衣丸粒化装置的设计与试验

为解决番茄种子扁圆轻薄、人工播种效率低及无法机械化播种等问题,设计了一种番茄种子自动包衣丸粒化装置,并利用该装置进行了试验。该装置主要由喂料器、转盘、滚筒、供液设备、控制箱及支座组成。在5g番茄种子与400 r/min的供液泵转速条件下,以滚筒转速、包衣时间、包衣剂质量及胶悬液体积为试验因素进行了正交与回归试验,并通过DPS数据处理软件对试验数据进行统计分析,得出试验范围内试验因素对丸粒化后种子抗压强度、有仔率和单仔率等指标的影响规律。同时,优化确定了包衣装置包衣丸粒化番茄种子的最佳参数组合:在滚筒转速为500r/min、包衣时间为300s、包衣剂质量为55g及胶悬液体积为40m L时,抗压强度、有仔率、单仔率分别为316.8 g、87%、93%。该研究可为番茄、辣椒等茄果科种子包衣丸粒化的研究提供参考。     

基于微润灌溉大棚番茄对施肥运筹的响应

为探究微润灌溉下不同施肥运筹对大棚番茄生长的影响,将番茄定植于大棚内的种植箱中,设置施肥浓度分别为200 mg/L(N1:全生育期浓度为200 mg/L)、200~400 mg/L(N2:苗期浓度为200 mg/L,结果期、成熟期为400 mg/L)、400 mg/L(N3:全生育期浓度为400 mg/L)、400~800 mg/L(N4:苗期浓度为400 mg/L,结果期、成熟期为800 mg/L)、800 mg/L(N5:全生育期浓度为800 mg/L)5组不同处理,测定番茄全生育期的含水率、茎粗、株高、叶面积、产量及灌溉水分生产率等指标。研究表明:不同施肥浓度各处理土壤含水率差异不显著,N4、N5处理的番茄各项生长指标差异不显著且优于其余处理,说明施肥对土壤含水率影响较小,但随着施肥浓度的增加,番茄的产量及其余生长指标增长明显;施肥浓度前少后多的N4处理番茄长势及产量不弱于N5处理,因此苗期减少施肥、开花坐果期追肥与全生育期保持较高浓度施肥是微润灌溉水肥一体化种植番茄的有效施肥措施。     

水稻谷粒的压弯剪力学性能试验

水稻谷粒的损伤与破碎除与其所受内外力的作用有关之外,也与其本身的力学性能有关。破坏力和破坏能是水稻谷粒力学性能的两个重要指标。为此,通过对水稻谷粒的挤压力学性能试验,测得了其压力-位移曲线;分析了水稻谷粒的挤压破碎过程,给出了破坏力与破坏能的计算方法。试验研究了弯剪载荷下水稻谷粒的力学性能,并对水稻谷粒的压、弯、剪力学性能进行了比较。其结果为相关机械的优化、设计提供了力学参数。     

水稻谷粒的挤压力学性能研究

水稻谷粒的损伤与破碎除与其所受内、外力的作用有关,还与其本身的力学性能有关。通过对水稻谷粒的挤压力学试验,测得了其力-位移曲线,分析了水稻谷粒的挤压破碎过程。破坏力和破坏能是水稻谷粒力学特性的两个重要指标。试验研究了稻谷的品种、成熟程度、后熟作用和谷壳对水稻谷粒力学性能的影响。比较了有壳、无壳谷粒的破坏力与破坏能,分析了谷壳对谷粒力-位移曲线及刚度的影响。指出谷壳在降低谷粒收获、加工、储运中的损伤程度具有重要作用。     

西红柿嫁接机控制系统的设计

为实现西红柿苗嫁接的自动化,进行了西红柿嫁接机器人控制系统的开发设计。在对系统整体功能需求分析的基础上,进行了软硬件的合理分工,开发出了西红柿嫁接机器人控制系统的硬件电路和应用软件。实验表明,该控制系统工作可靠,操作方便,成本较低,能很好地完成嫁接机器人整个工作过程的控制,具有较好的市场前景。     

非连续光对无土栽培番茄苗期无机元素吸收的影响

本研究在人工光型植物工厂中采用岩棉种植番茄植株,分析了在总光量一致的基础上红光背景下蓝光补充介入和蓝光取代介入两种非连续供光模式对番茄植株营养液无机元素吸收及叶片色素光谱参量的影响。结果表明,与连续红光相比,蓝光以不同方式介入均降低了番茄叶片中K元素含量而提高了茎中K元素含量,蓝光介入一定程度上抑制了番茄K元素由茎向叶片的运输;蓝光以不同方式介入均提高了番茄地上部中Mg含量（增幅8.93%~13.63%）,而降低了地上部Fe含量（降幅28%~48%）及Mn含量（降幅3.93%~21.24%）。其中蓝光补充介入模式下番茄叶片中Mg元素含量随着蓝光补充强度的升高而增加,叶片Mg含量在蓝光取代介入模式下高于蓝光补充介入模式而地上部Fe含量趋势则相反,蓝光取代介入的非连续光模式较蓝光补充介入模式而言更有利于刺激叶片中Mg的积累而抑制地上部Fe的积累。与连续红光相比,蓝光以不同方式介入后番茄叶片色素光谱参量Hue值（色相角）和MCARI值（修正叶绿素吸收比指数）均有所提高,相反,Red/Green值（红绿区域光谱反射比）均有所降低,蓝光补充介入模式下叶片Hue值和MCARI值随蓝光补充强度的升高而增大,R/RB80处理下Hue、MCARI值最高,较对照分别提高4%、124%;蓝光取代模式下Hue值和MCARI值随蓝光间歇时间的延长先增大后减小,R/RB(1h)处理下Hue、MCARI值最高,较对照分别提高6%、215%。番茄叶片在绿光波段的反射率与各处理下Hue、MCARI值变化趋势接近,而番茄叶片中Mg元素含量与叶绿素光谱参量呈正相关性。蓝光取代介入的非连续光模式较蓝光补充介入模式而言更有利于刺激叶片类胡萝卜素分解和叶绿素积累,非连续供光模式通过调控番茄植株无机元素的吸收进而作用于叶片色素的形成。本研究为无土栽培番茄光环境调控提供了理论依据。     

水氮供应对日光温室番茄产量及其经济效益的影响

为了研究石羊河流域日光温室番茄节水节肥新模式,2011年在甘肃省武威市研究水氮供应对日光温室番茄产量及其经济效益的影响。结果表明,常规灌水(21mm)、推荐施氮量施肥虽然能促进果实早熟,有利于增加采收期和市场高价位时期的重合度,但由于总产量过低,使总体经济效益较低,为不合理方案。相反,与对照相比,花期亏水1/3、常规施肥,是本试验条件下最理想的灌水、施肥模式。即在番茄全生育期内灌水15～16次,灌水定额为21mm,施肥9～10次,总施氮量为350kg/hm2,可实现经济产量170～200t/hm2,经济效益29～30万元/hm2。