苎麻成熟期底部茎秆的机械物理特性参数研究

为了给苎麻切割器的设计及切割动力学分析提供茎秆的力学性能参数,以苎麻成熟期底部茎秆为材料,对茎秆及其木质部进行了弯曲和扭转试验,得到其弯剪模量分别为155.7、252.9 MPa,剪切模量分别为42.1、44.8MPa;对木质部和韧皮部进行了拉伸和压缩试验,得到其拉伸弹性模量分别为1 876、481 MPa,压缩弹性模...     

苎麻茎秆轴向压缩力学试验与分析

采用复合材料力学弹性参数测试的试验方法,利用WDW 10微机控制电子万能试验机对苎麻木质部和茎秆整体的整秆进行了轴向压缩力学特性的研究。试验结果表明：中苎一号品种苎麻木质部整秆的轴向压缩弹性模量平均值为241.93 MPa,最大抗压强度平均值为12.61 MPa,茎秆整秆的轴向压缩弹性模量平均值为304.85 MPa,最大抗压强度平均值为12.58 MPa;木质部和茎秆整体的弹性模量和抗压强度没有显著差异,茎秆复合中木质部和韧皮部靠自身粘附力在表层粘结,其粘附力不能阻止韧皮部沿木质部表层滑移,在压缩试验中,表现更多为木质部的承载作用。     

甘蔗尾茎泊松比的试验分析

【目的】为甘蔗断尾机构的设计及数学模型的建立进行动力学仿真提供理论依据。【方法】利用精密型微控电子万能试验机和静态电阻应变仪对甘蔗尾茎生长点以下第5、6节甘蔗皮、芯、节部位进行拉伸试验,并用电测法与力学分析得出各组分的泊松比参数。【结果】甘蔗尾茎生长点以下第5节甘蔗皮同性面泊松比小于0.028,异性面泊松比为0.233;第5节甘蔗芯同性面泊松比小于0.174,异性面泊松比为0.271;甘蔗尾茎生长点以下第6节甘蔗皮同性面泊松比小于0.001,异性面泊松比为0.238;第6节甘蔗芯同性面泊松比小于0.223,异性面泊松比为0.289;甘蔗节同性面泊松比小于0.305,异性面泊松比为0.344。【结论】甘蔗尾茎内部不同部位的同性面泊松比存在显著差异,异性面泊松比差异不大;甘蔗尾茎生长点以下第5、6节皮、芯同性面泊松比有显著差异,异性面泊松比差异不显著。     

MDF弹性模量、泊松比和剪切模量静态测试方法探讨

提出了一种静态测试MDF泊松比μ和弹性模量E的新方法,即悬臂板静态弯曲法。首先,阐述了悬臂板静态弯曲法测试MDF泊松比和弹性模量的原理。根据MDF悬臂板受集中力作用下静态弯曲应力、应变分析,确定了静态测试MDF泊松比的十字应变片粘贴位置。为说明悬臂板静态弯曲法测试MDF弹性模量和泊松比的正确性,采用轴向拉伸法、四点弯曲法进行MDF的弹性模量和泊松比值的验证试验。最后,针对MDF为各向同性材料特点,通过方板静态扭转试验测得的剪切模量G,验证悬臂板静态弯曲法测试弹性模量和泊松比的正确性。结果表明:悬臂板静态弯曲法中,用于测试泊松比的应变片粘贴位置由板内横向应力σ_y=0的位置所确定;悬臂板静态弯曲法和轴向拉伸法测试的MDF的泊松比和弹性模量吻合得相当好,悬臂板静态弯曲法测试泊松比和弹性模量的正确性得到轴向拉伸试验的验证;悬臂板静态弯曲法测试MDF弹性模量E、泊松比μ的正确性还得到方板静态扭转试验的验证,即根据悬臂板静态弯曲法测试得到MDF的弹性模量和泊松比,并按G=E/2(1+μ)推算剪切模量G是可行的。      

成熟期巨菌草底部茎秆力学特性试验

研究巨菌草(Pennisetum sinese Roxb)茎秆力学特性及其变化规律是建立巨菌草茎秆材料力学模型与本构关系的重要基础。利用SNAS微机控制电子万能材料试验仪对成熟期巨菌草底部茎秆进行顺纹拉伸、压缩、弯曲试验,获得其在试验条件下的应力-应变曲线,并进行分析。试验选取的巨菌草底部茎秆平均含水率为75%,测得的巨菌草底部茎秆顺纹拉伸最大抗拉强度的平均值为93.2 MPa,弹性模量平均值为593.8 MPa;顺纹压缩最大抗压强度平均值为10.1 MPa,弹性模量平均值为126.4 MPa;顺纹弯曲最大抗弯强度平均值为11.3 MPa,弹性模量平均值为610.5 MPa。表明巨菌草茎秆的拉伸破坏应力参数与苜蓿(Medicago L.)、毛竹[Phyllostachys heterocycla(Carr.)Mitford cv.Pubescens Mazel ex H.de Leh.]相近,而压缩与弯曲破坏应力参数却远小于芦竹(Arundo donax L.)。因此,所获成熟期巨菌草底部茎秆力学特性参数,可为巨菌草机械切割设备的设计提供理论指导和基础技术参数。     

巨菌草茎秆的压缩力学特性

采用复合材料弹性力学参数试验方法,对巨菌草茎秆和木质部的轴向压缩和径向压缩的力学特性进行了研究.通过数据分析得到巨菌草茎秆力学模型的全部弹性参数,并利用ANSYS进行静力学仿真分析.结果表明:巨菌草茎秆压缩试验得到的力学弹性参数与木质部压缩试验得到的力学弹性参数没有显著性差异,即茎秆的承载作用与木质部相近;茎秆的径向压缩弹性模量和最大抗压强度均比轴向压缩弹性模量和最大抗压强度小得多.     

基于内聚力模型苎麻茎秆界面分离试验与模拟

选择双线性内聚力模型作为苎麻[Boehmeria nivea(L.)Gaudich.]茎秆界面分离力学模型,按内聚力模型理论对苎麻茎秆韧皮纤维和木质部在万能试验机进行分离拉伸试验,得到了苎麻茎秆韧皮纤维与木质部的分离应力与位移关系曲线,并进行了曲线拟合分析;应用ABAQUS软件对双线性内聚力模型进行茎秆界面分离模拟,模拟了韧皮纤维与木质部分离过程及应力在界面上的分布;通过将模拟值与试验值进行对比,根据试验参数来调整双线性内聚力模型的参数,能够较好模拟苎麻茎秆界面微观力学,从而反映出苎麻茎秆在开裂过程的界面应力位移关系。     

收割期苎麻底部茎秆剪切的机械物理特性与参数

以华苎4号苎麻为试验材料,测定了收获期其茎秆底部切割区的剪切机械物理特性与参数.结果表明:苎麻底部茎秆最大抗剪强度平均值为64.1MPa,最大剪切破坏力平均值为6435N;剪切破坏力随茎秆直径增大而增加,但直径相近时,其剪切特性主要受苎麻成熟度、含水率等因素的影响;苎麻茎秆的剪切机械物理特性和参数与其木质部力学特性和参数有差异.     

苎麻茎秆界面力学性能试验

苎麻茎秆韧皮纤维与木质部界面相的力学行为是研制苎麻茎秆机械分离设备的核心技术参数,为揭示苎麻茎秆纤维层与木质层界面相的径向和轴向黏结力及轴向冲击分离能的变化规律,以收获期头麻为试验对象,采用HD-B604-S电脑伺服式拉力试验机与TF-2056B悬臂梁冲击试验机,对不同含水率下不同部位的苎麻茎秆进行静态拉伸剥离试验和动态冲击剥离试验。试验数据表明,苎麻茎秆下部的径向拉伸剥离力最大,最大径向剥离力平均值为1.997 7 N,随着含水率的降低径向剥离力变大;而茎秆上部的轴向拉伸剥离力最大,最大轴向剥离力平均值为163.957 0 N,随着含水率的降低轴向剥离力变小;茎秆上部的冲击剥离能最大,最大冲击剥离能平均值为0.384 0 J,随着含水率降低冲击剥离能也变小。该研究为苎麻茎秆界面力学模型的建立提供了理论支撑,也能为茎秆分离机构参数设计提供技术指导意义。     

收获期棉秆底部茎秆力学特性测试研究

棉秆是一种重要的可再生生物质能源,开展棉秆的机械回收具有重要的社会经济价值。利用RGM-3005微机控制全数字化电子万能材料试验机对收获期棉秆底部不同段位茎秆进行了拉伸、压缩和弯曲试验,获得棉秆最大破坏应力、弹性模量等机械物理特性参数,试验用棉秆平均含水率25%。测试结果表明,其底部茎秆最大抗拉强度为59 Mpa,弹性模量≤240 Mpa;最大抗压强度为18 Mpa,弹性模量≤770 Mpa;最大抗弯强度为50 Mpa,弹性模量≤280 Mpa。所获收获期棉秆底部茎秆力学特性参数,可为棉秆收获机械的起拔方式和起拔机构的设计提供理论依据和技术参数。     

落叶松生材12个弹性常数的试验研究

以含水率为95%的落叶松生材为研究对象,将纵向、弦向和径向定义为3个弹性对称主轴,将材料看作是正交各向异性体,分别采用电测法单向压缩试验和三点弯试验得到了材料的12个弹性常数。按美国试验与材料协会制定的试验标准（ASTM标准）进行加工制备,由压缩试验得到了材料3个主轴方向的弹性模量和RT面内的剪切模量,测定得到的弹性模量与泊松比基本满足Maxwell定理,说明通过电测法测定得到的数据可靠有效。通过三点弯试验得到了LT和LR面内的剪切模量,对试验数据线性回归分析知,高跨比的平方与抗弯弹性模量的倒数到的相关系数分别为0.99和0.94,说明数据的测定与计算合理有效。为应力波在落叶松活立木中传播的数值模拟研究提供模型参数。     

莲藕力学特性的试验研究

以藕身含水率82.78%~86.69%的"鄂莲5号"为研究对象,采用TMS-Pro质构仪和RGM-3005微机控制全数字化电子式万能材料试验机对其藕身果肉部分、藕段截面及单节藕段进行压缩试验,对藕节进行弯曲和拉伸试验。结果表明:藕身果肉部分的抗压强度为0.908~1.750 MPa,弹性模量为0.451~2.529 MPa,同一藕段藕身果肉靠近表层部分相同方向的抗压强度和弹性模量均大于心部,同一藕段藕身果肉的轴向弹性模量大于径向,藕身果肉部分存在各向异性特性;藕节平均抗弯强度从藕节Ⅰ至藕节Ⅲ分别为1.337、1.227、1.153 MPa;藕节平均拉伸强度从藕节Ⅰ至藕节Ⅲ分别为0.546、0.560、0.551 MPa,藕节抗弯强度和拉伸强度均与直径正相关。     

水稻茎秆接触物理参数测定与离散元仿真标定

【目的】针对解决水稻清选物料堵塞离散元建模缺乏准确模型问题,为提高水稻植株离散元建模及仿真研究中所用参数的准确度,【方法】以带有叶鞘包裹的水稻茎秆为研究对象,通过斜面试验测定稻秆与不锈钢板之间的静摩擦系数和滚动摩擦系数,接着基于离散元HBP仿真模型,先后通过堆积角试验和三点弯曲试验,以茎秆泊松比v、茎秆剪切模量G_b、茎秆-茎秆碰撞恢复系数e、茎秆-茎秆静摩擦系数u_s、茎秆-茎秆滚动摩擦系数u_t、茎秆-茎秆粘结半径R_b、茎秆-茎秆切向粘结刚度k_tb和茎秆-茎秆法向粘结刚度k_nb为试验因素,以茎秆堆积角θ和茎秆弹性模量E_b为试验因素评价指标,综合采用Plackett-Burman、Central-Composite和Box-Behnken试验方法,对水稻茎秆接触参数和粘结参数进行离散元仿真标定。【结果】Plackett-Burman试验结果表明：u_s与u_t（P<0.01）对θ影响极显著,u...     

中密度纤维板弹性常数及其阻尼比的动态测试

以中密度纤维板(MDF)为研究对象,应用梁和板振动理论,探索了自由和悬臂两种约束状态下,MDF的弹性模量和剪切模量动态测试值随试件长宽比的变化规律;根据随机信号与振动分析系统(CRAS)对各向同性材料悬臂板的模态应力、应变分析,由σy=0确定了动态测试MDF泊松比的应变花粘贴位置,且动态测试了MDF泊松比;为保证MDF动态测试泊松比的可行性,还试验分析了由σy=0确定的应变片粘贴位置的允许变化范围;最后用方板扭转试验测试了MDF的静剪切模量,以验证动态测试剪切模量方法的适用性。对MDF材料类别属性进行了分析,试验验证了MDF可视为准各向同性材料。     

皮蛋抗压试验及弹性模量和泊松比的测定

针对皮蛋外形为非标准椭球,难以采用定义方法求其弹性模量的问题,采用美国ASABE提出的弹性模量(E)求解方法和泊松比(μ)测定方法,阐述皮蛋的球度、外观尺寸、曲率半径等基本物理量的求解和系数λ与cosα的数学关系计算原理,利用TMS-PRO食品物性分析仪和小位移传感器为主要测量仪器分别对皮蛋横向和纵向进行压缩试验,获得其不同方向的应力应变曲线,分析计算得出皮蛋抗载弹性模量:中间受压为3.204 MPa,两端受压为3.666 MPa;泊松比:中间受压为0.155 4,两端受压为0.383 0。     

莲藕主藕体弯曲破坏离散元仿真分析

以鄂莲5号为试验对象,采用单轴压缩试验获取其主藕体弹性模量、剪切模量和泊松比等本征参数,通过摩擦、碰撞试验获取莲藕间及其与钢之间的碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数等接触参数。采用Geomagic studio 3D以及Solidworks软件对莲藕主藕体进行三维建模;利用EDEM仿真软件中的Hertz Mindlin with bonding模型,建立莲藕主藕体离散元模型。以莲藕主藕体弯曲破坏结果为对照,以法向粘结刚度、切向粘结刚度、法向临界应力、切向临界应力为影响因素,开展主藕体弯曲破坏离散元单因素和二因子模拟试验。试验结果显示,法向粘结刚度、切向粘结刚度对第一弯曲破坏发生时位移值以及第一峰值影响显著,法向临界应力、切向临界应力影响不显著;在法向临界应力为3.80 MPa、切向临界应力为3.12 MPa时,采用最速下降法分析确定主藕体法向粘结、切向粘结刚度最优解分别为5.814×108、3.450×108 N/m3,据此获得主藕体第一弯曲破坏仿真峰值和位移值分别为269.72 N、7.14 mm,仿真结果相对实测结果误差分别为2.56%、2.00%。     

成熟期油菜角果角裂极限应力的试验测定

利用微机控制万能材料试验机、扭转试验机、静态数字应变仪等测定油菜品种油利6号、早熟420、湘杂油1613成熟期角果切变模量及角裂极限应力。将油菜角果简化为各向同性线弹性材料,通过拉伸试验测定角果的弹性模量、泊松比,得到其切变模量;通过角果的扭转结合电测应变试验,测量出角裂时的2个主应变,利用平面应变理论得到角裂时的极限切应变,分析计算得到角果角裂极限切应力。结果表明:成熟期油菜角果含水率8%~10%,成熟度95%~98%油利6号角果切变模量约为116 MPa,角裂极限应力为0.180 MPa;早熟420、湘杂油1613切变模量分别为137 MPa和142 MPa,角裂极限应力分别为0.213 MPa和0.221 MPa。     

基于离散元的鱼饲料仿真参数标定与试验

为全面研究鱼饲料的离散元仿真物性参数，以渔用硬颗粒3.0中号饲料为研究对象，通过密度测量试验与单轴平板压缩试验测得硬颗粒饲料的密度、弹性模量、剪切模量、泊松比数值分别为1 096 kg/m³、336.32 MPa、126.65 MPa、0.33。同时在EDEM仿真软件中建立硬颗粒饲料离散元模型，结合台架试验与仿真试验对硬颗粒饲料-钢以及硬颗粒饲料-尼龙之间的碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数进行标定，其值分别为0.380、0.538、0.028，0.405、0.356、0.033。结合堆积角试验，通过最陡爬坡试验和Box-Behnken响应面优化试验，标定硬颗粒饲料间的碰撞恢复系数为0.364、静摩擦因数为0.236、滚动摩擦因数为0.13。运用自主研发的投饵机进行参数验证试验，以硬颗粒饲料分布变异系数C_V为评价指标，得出实际硬颗粒饲料分布变异系数与仿真硬颗粒饲料分布变异系数的相对误差为1.709%，表明本研究中建立的渔用硬颗粒饲料的离散元模型以及标定的硬颗粒饲料物性参数可用于EDEM离散元仿真试验。     

谷子秸秆生物力学性质试验研究

谷子茎秆自然干燥后可作为饲草直接饲喂骡马类大牲畜,或应用于混合饲料的配料。在粉碎、切段、揉丝等加工装备参数优化中,需要研究其秸秆材料的生物力学性质。本文试验研究了自然干燥后的谷子秸秆材料的生物力学性质,主要测试了弯曲强度、剪切强度、拉伸强度、弹性模量等力学性质指标。试验结果表明,谷子茎秆的拉伸强度较高,抗拉能力接近木质类材料;剪切强度沿节间有变化,根部较强,上面节较低;弯曲强度值反映出的是整体管状截面皱褶弯折失效的极限值;弹性模量随节间位置的变化不大,表明谷子茎秆材料整体比较均匀。结果可为谷子茎秆收获、加工及利用装备设计和农业设施材料利用提供参考。     

中部烟叶主脉的力学特性试验

以中烟100的中部烟叶主脉为试验对象,在1 000 N微机控制电子万能试验机上进行拉伸试验,测得主脉拉伸力-变形曲线,以及主脉拉伸的最大载荷、拉伸强度和弹性模量等力学指标。结果表明:在不同的加载速度下,中部烟叶主脉拉伸力-变形曲线与断口类型有3种情况,分别是平齐状、凹凸状和阶梯状;中部欠熟烟叶主脉拉伸的平均最大载荷为136.4 N,平均拉伸强度为2.06 MPa,平均弹性模量为39.65 MPa;中部成熟烟叶主脉的平均最大载荷为131.0 N,平均拉伸强度为1.85 MPa,平均弹性模量为34.41 MPa;对中部和下部烟叶主脉的力学性能进行了对比,结果显示,中部烟叶采收需要更大的力。试验结果为中部烟叶采收和烟草采收机械的设计提供了理论依据。