荔枝树枝力学特性的试验研究

为获取荔枝树枝的力学特性参数,以糯米糍品种荔枝树枝为试验材料,在精密型微控电子式万能试验机上进行了压缩特性和剪切特性试验。测得荔枝树枝顺纹抗压强度平均值为32.77MPa,顺纹抗压弹性模量平均值为1068.02MPa,顺纹压缩能平均值为56.57N.m;树枝横纹抗压比例极限应力平均值为8.02MPa,横纹抗压弹性模量平均值为422.84MPa,横纹压缩能平均值为1.25N.m;树枝剪切强度平均值为9.52MPa,剪切功平均值为17.59N.m。采用统计软件对树枝力学特性参数进行相关性分析,结果表明:顺纹抗压强度和顺纹压缩能之间呈指数函数正相关关系;横纹抗压比例极限应力和横纹压缩能之间呈弱对数函数正相关关系;峰值剪切力、剪切功都与树枝横截面面积呈强线性正相关。试验结果为研制果树修剪机具提供了依据。     

甘蔗茎秆在扭转、压缩、拉伸荷载下的破坏试验

甘蔗茎秆物理力学特性是建立甘蔗茎秆材料模型和茎秆在各种荷载下本构关系的基础。该文以“桂林—1号”甘蔗的茎秆为试验材料,采用自制的夹具,在扭转试验机上进行扭转试验,在材料力学万能试验机上进行拉伸、压缩试验。试验结果表明：在扭转荷载下,甘蔗茎秆的破坏形式为产生轴向裂纹;在压缩荷载下的破坏形式为屈曲,并产生轴向裂纹;在拉伸荷载作用下,蔗皮、蔗芯的破坏形式为断裂。对试验用 “桂林－1号”甘蔗茎秆的基部,切变模量的平均值为10.82 MPa,最大剪切应力的平均值为0.45 MPa;基部第一、二、三节的抗压强度平均值分别为14.47 MPa、9.93 MPa和8.24 MPa。基部蔗皮轴向、径向拉伸强度平均值分别为47.02 MPa和2.57 MPa,蔗芯轴向、径向拉伸强度平均值分别为6.71 MPa和1.34 MPa。     

薇菜类蔬菜生物力学性质试验研究

通过研究野生富硒植物薇菜的粘弹性力学性质等为食品物性学研究提供生物力学参数。选用吉林省汪清县山区野生薇菜为研究对象，对野生薇菜茎进行拉伸、压缩、弯曲、冲击、应力松驰、蠕变试验。得出了薇菜拉伸最大载荷、应力、应变、弹性模量、弯曲弯矩、弯曲应力，得出了薇菜冲击功、冲击韧性；还得出了薇菜茎应力松驰、蠕变试验数据和曲线，用三参数模型对应力松驰，蠕变数据进行拟合，得出了应力松驰方程，蠕变方程，得出了薇菜应力、应变随时间的变化规律。薇菜具有良好的生物力学性能，属于粘弹性材料。     

工业大麻茎秆力学模型的试验分析

为了促进工业大麻产业的快速发展，为大麻收获机械的研究与设计提供物料的机械性能参数指标，作为收获机具的研究依据，该文通过综合利用复合材料力学的基础知识对工业大麻茎秆的机械物理模型进行假定，再利用 WDW-10万能试验机对工业大麻茎秆各组成部分分别进行轴向拉伸、轴向和径向压缩、径向弯曲等力学性能的试验，从而获得工业大麻茎秆的力学性能数据，再通过复合材料理论的基础知识进行综合分析与计算，获得工业大麻茎秆力学模型的性能参数，最后通过比较分析得出假定的数学模型基本可靠。通过试验得到的木质部轴向弹性模量为1343.5 MPa，韧皮层径向弹性模量为3607.5 MPa，茎秆的轴向弹性模量为1743.50 MPa，茎秆的径向压缩弹性模量为88 MPa，木质部异性面弯剪模量为33.52 MPa，茎秆异性面弯剪模量为31.99 MPa，木质部、韧皮层、茎秆的同性面泊松比为0.3。通过试验数据可以看出，大麻茎秆的各组成部分具有优异的机械性能，其中韧皮纤维的机械性能尤其突出。试验结果表明，工业大麻茎秆径向结构符合复合材料的特性。通过测量工业大麻的力学性能参数，可为优化工业大麻收获机具的强度与刚度提供参考，使机具在收获过程中的功耗最少、割茬质量最高。     

木薯力学特性测试

木薯力学特性参数的研究,对木薯收获机械的设计、动力学仿真、数学模型建立具有重要意义。采用物理试验方法,利用中国科学院长春科新试验仪器研究所生产的WDW3100微机控制电子万能实验机,测定了华南205木薯块根、茎秆物理力学特性参数,且对数据进行了数理统计分析,结果表明,木薯块根可视为一各向同性材料,其平均轴向拉伸强度、轴向压缩强度、径向压缩强度、轴向剪切强度、径向剪切强度、抗弯强度、轴向弹性模量、径向弹性模量分别为：0.34、0.74、0.76、0.22、0.37、2.66、7.23、7.22 MPa;木薯茎秆为一各向异性材料,其平均轴向拉伸强度、轴向压缩强度、径向压缩强度、轴向剪切强度、径向剪切强度、抗弯强度、轴向弹性模量、径向弹性模量分别为：10.23、6.26、1.43、1.86、2.53、10.80、5.24、35.36 MPa。     

面向机器人采摘的荔枝果梗力学特性

为了给荔枝采摘机器人夹持与切割器的设计和控制提供依据,对荔枝果梗分别进行了切割性能和夹持性能的影响因素试验以及弯曲试验。试验结果表明:峰值切割力和切割强度随着切割速度增加而减小,随着切割角度的减少而减少,凹刃和凸刃的峰值切割力和切割强度都比平刃小;除果梗直径因素外对峰值切割力和切割强度影响显著的因素均依次为切割角度、刃口形式和切割速度;切割角度每减少1,峰值切割力和切割强度分别减少4.45N和0.16MPa;相比平刃的峰值切割力和切割强度,凸刃分别减少166.90N和2.11MPa,而凹刃分别减少167.39N和4.21MPa。随着夹持力增加,荔枝果梗与夹持物间摩擦力增加,夹持物为橡胶时,摩擦力最大,夹持力对摩擦力的影响大于夹持材料;试验范围内,最大摩擦力为44.54N。荔枝果梗具有较强的抵抗变形的能力,平均弹性模量为867.15MPa;试验范围内,最大弯曲力的平均值为118.95N,抗弯强度的平均值为56.03MPa。该研究为荔枝采摘机器人的夹持与切割机构的优化设计和控制提供了理论依据。     

工业大麻茎秆力学模型的试验分析（英文）

为了促进工业大麻产业的快速发展,为大麻收获机械的研究与设计提供物料的机械性能参数指标,作为收获机具的研究依据,该文通过综合利用复合材料力学的基础知识对工业大麻茎秆的机械物理模型进行假定,再利用WDW-10万能试验机对工业大麻茎秆各组成部分分别进行轴向拉伸、轴向和径向压缩、径向弯曲等力学性能的试验,从而获得工业大麻茎秆的力学性能数据,再通过复合材料理论的基础知识进行综合分析与计算,获得工业大麻茎秆力学模型的性能参数,最后通过比较分析得出假定的数学模型基本可靠。通过试验得到的木质部轴向弹性模量为1 343.5 MPa,韧皮层径向弹性模量为3 607.5 MPa,茎秆的轴向弹性模量为1 743.50 MPa,茎秆的径向压缩弹性模量为88 MPa,木质部异性面弯剪模量为33.52 MPa,茎秆异性面弯剪模量为31.99 MPa,木质部、韧皮层、茎秆的同性面泊松比为0.3。通过试验数据可以看出,大麻茎秆的各组成部分具有优异的机械性能,其中韧皮纤维的机械性能尤其突出。试验结果表明,工业大麻茎秆径向结构符合复合材料的特性。通过测量工业大麻的力学性能参数,可为优化工业大麻收获机具的强度与刚度提供参考,使机具在收获过程中的功耗最少、割茬质量最高。     

甘蔗茎在弯曲荷载下的破坏

研究甘蔗的物理力学特性对研究甘蔗切割过程、设计刀片具有重要意义。该文采用三点弯曲方法研究甘蔗茎在弯曲荷载下的力学特性。以“桂林—1号”甘蔗为试验材料,在日本SHIMADZU公司生产的AG-I 50 AUTOGRAPH材料力学试验机上进行了蔗茎的弯曲试验。试验结果表明：蔗茎在弯曲荷载下主要有4种破坏形式：中性层裂纹、横向裂纹、底部纵向裂纹、不规则裂纹。其中基部和尾部试样以横向裂纹为主,其他部位的试样产生中性层裂纹;“桂林-1号”甘蔗基部弹性模量的平均值为1172 N/mm²,最大抗弯强度的平均值为46.5 N/mm²;基部去掉蔗皮后,弹性模量的平均值为1514.8 N/mm²,最大抗弯强度的平均值为42 N/mm²;蔗茎基部的弹性模量在剥皮前后有显著差异,且基部蔗芯的弹性模量明显高于未剥蔗皮基部的弹性模量。蔗茎基部的抗弯强度在剥皮前后无显著差异。     

冬小麦籽粒受挤压特性的有限元分析及试验验证

为降低小麦籽粒在收获、贮藏、运输过程中的机械损伤，掌握小麦籽粒粉碎机理，运用有限元法建立小麦籽粒的力学模型，研究小麦籽粒在压缩载荷作用下的应力分布规律。在材料力学万能试验机上进行压缩试验，测得不同含水率9.1%～21.6%的小麦籽粒在3种压缩型式下的弹性模量为98.86～206.59 MPa，屈服强度为0.8～1.95 MPa，破碎负载为63.44～154.77 N，最大应变为0.71%～1.02%。结果表明：在3种压缩型式下，破碎负载、弹性模量、屈服强度随着含水率的增加均有明显下降；在同一含水率下，B型压缩时破碎负载最大，L型压缩时次之，H型压缩时最小；屈服强度和最大变形在采用B型和L型压缩时较大，在H型压缩时较小；其主要破碎形式为在腹沟位置产生裂纹。比较3种压缩型式下的试验值的和仿真值，二者最大差异是12%，验证了仿真数值解可行性。     

苎麻茎秆台架切割试验与分析

为了给苎麻收割机的研制提供切割理论基础,该文进行了苎麻茎秆切割参数的试验研究。该文利用自行设计的试验台架进行苎麻茎秆的切割试验,研究往复式单动刀及双动刀切割器不同刀片几何参数(刀片长度、刀刃类型)、不同切割线速度和不同茎秆喂入速度对切割性能(切割功耗、切割质量和综合评分值)的影响。根据各个因素特点,论文采用多因素正交试验的方法确立两水平因素(刀刃类型、刀片长度和动刀组数)的最优水平组合,然后固定两水平因素的最优水平组合,以切割线速度和茎秆喂入速度为试验因素进行二次回归正交旋转设计试验来获得因素的最佳参数。根据多因素正交试验结果,采用往复式双动刀切割器,选用锯齿刃长刀片(120 mm)为最优水平组合。根据二次回归正交旋转设计试验结果,当切割线速度为0.878 9 m/s、茎秆喂入速度为0.862 4 m/s时,单位长度割幅切割功率最小,为281.408 4 W;当切割线速度为1.161 4 m/s、茎秆喂入速度为0.711 7 m/s时,单位面积切割失败株数最少,为5.691 1株;当切割线速度为1.092 0 m/s、茎秆喂入速度为0.722 9 m/s时,评分值最高,为86.7180分。综合试验结果,苎麻切割试验理论最佳水平组合为:切割线速度1.092 0 m/s、茎秆喂入速度0.722 9 m/s,采用往复式双动刀切割器,选用锯齿刃长刀片(120 mm),此时单位长度割幅切割功率为318.814 5 W,单位面积切割失败株数为6.006 4株。研究结果为后续苎麻收割机切割部件的研制以及切割行走速比的选择提供了基础理论数据。     

Effects of a weak DC electric field on root growth in Arundo donax (Poaceae)

Abstract

Electric fields can determine changes at the morphological and the physiological level in plants. Plants of Arundo donax L. (giant reed), obtained by set, grown on organic substrate were exposed to a DC electric field. A significant increase in growth rate was observed in the shoots and roots of treated plants. Treated roots also showed a modification in their morphology as compared to untreated ones. Our results point to a possibility of applying electric fields in plant propagation and reproduction.     

三江并流区水库消落带5种草本根系形态及抗拉特性

为揭示三江并流区水库消落带5种草本植物在浅层土壤中的根系形态及抗拉力学特性,筛选消落带优势固土草本,以澜沧江黄登水库消落带的花叶芦竹(Arundo donax var.versicolor)、风车草(Cyperus alternifolius L.)、美人蕉(Canna indica L.)、菖蒲(Acorus calamus L.)和芦苇(Phragmites communis Trin.)为对象,分析了根系形态,并进行室内单根拉伸试验。结果表明:(1)5种草本根系都发育良好,花叶芦竹和风车草根系的所有形态指标都位居前二,根系较为发达; 5种草本直径大于1 mm的根系长度、表面积和体积在各自总根系中占比最大,且除芦苇外,其余4种草本直径大于2 mm的根系体积占比最大,达到58.53%～92.86%。(2)5种草本根系的平均抗拉力、抗拉强度以花叶芦竹(33.04 N,34.33 MPa)最大,美人蕉(10.26 N,7.54 MPa)最小,根系抗拉力、抗拉强度分别随直径增大呈幂函数增大、减小。(3)5种草本根系平均极限延伸率以菖蒲(24.28%)最大,美人蕉(8.20%)最小; 平均杨氏模量以花叶芦竹(313.44 MPa)最大,菖蒲(70.47 MPa)最小,根系杨氏模量与直径呈幂函数负相关。综上,5种草本都适应了研究区环境,均可作为黄登水库消落带植被重建的候选物种; 直径大于1 mm的根系是5种草本根系的主体,直径大于2 mm的根系整体上对体积贡献最大; 花叶芦竹不仅根系发达,且其抵抗拉伸作用的能力最强,固土能力最强,是黄登水库消落带水土保持的优势草本。研究结果可适当推广到三江并流区和其他水库消落带。     

苎麻茎秆力学模型的试验分析

为了提供苎麻收割、剥制机械研究设计的力学参数及理论基础,论文对苎麻茎秆的几何形状进行假定,运用复合材料力学理论建立苎麻茎秆力学模型,利用微机控制万能试验机对苎麻茎秆各向(轴向、径向)及各组分(木质部、韧皮部和茎秆整体)进行拉伸、压缩、弯曲等力学试验,获得力学参数数据,并通过数据的分析计算获得苎麻茎秆力学模型的全部弹性参数。同时,试验结果表明,苎麻茎秆在轴向拉伸中表现更多为木质部的承载作用,其韧皮部与木质部的粘附力不能阻止韧皮部沿木质部表层滑移;苎麻茎秆径向弹性参数测量值和通过各组分弹性参数值计算获得的计算值接近,苎麻茎秆径向符合复合材料的特性。     

Performance of the Giant Reed (<Emphasis Type="Italic">Arundo donax</Emphasis>) in Experimental Wetlands Receiving Variable Loads of Industrial Stormwater

Two emergent macrophytes, Arundo donax and Phragmites australis, were established in experimental subsurface flow, gravel-based constructed wetlands (CWs) and challenged by untreated stormwater collected from the hard-pan and other surfaces of a dairy processing factory in south-west Victoria, Australia. The hydraulic loading rate was tested at two levels, sequentially, 3.75 and 7.5 cm day⁻¹. Some of the monitored variables were removed more efficiently by the planted beds in comparison to unplanted CWs (biochemical oxygen demand (BOD), total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP); p < 0.007) but there was no significant difference between the A. donax and P. australis CWs in removal of BOD, suspended solids (SS) and TN (p > 0.007) at 3.75 cm day⁻¹ or SS and TN at 7.5 cm day⁻¹. At 3.75 cm day⁻¹, BOD, SS, TN and TP removal in the A. donax and P. australis CWs was 71%, 61%, 78% and 75% and 65%, 60%, 73% and 41%, respectively. Nutrient removal at 7.5 cm day⁻¹ in the A. donax and P. australis beds was 87%, 91%, 84% and 71% and 96%, 94%, 87% and 55%, respectively. As expected, the A. donax CWs produced considerably more biomass (10 ± 1.2 kg wet weight) than the P. australis CWs (2.7 ± 1.2 kg wet weight). This equates to approximately 107 and 36 tonnes ha⁻¹ year⁻¹ biomass (dry weight) for A. donax and P. australis, respectively (assuming 250 days of growing season and single-cut harvest). The performance similarity of the A. donax- and P. australis-planted CWs indicates that either may be used in HSSF wetlands treating dairy factory stormwater, although the planting of A. donax provides additional opportunities for secondary income streams through utilisation of the biomass produced.     

非均匀应力场作用下圆形水工隧洞开挖与支护参数设计

引水隧洞是农业、水利等工程领域重要的地下结构,确定合理的施工参数是保证隧洞施工安全的前提。该研究基于复变函数方法,考虑开挖卸荷和围岩-衬砌相互作用影响,推导了非均匀应力场下开挖后立即支护时衬砌与围岩光滑接触条件下应力与位移的解析解,并基于最大主应力准则建立隧洞施工参数优化目标函数,以两个不同算例分别设计了隧洞的开挖尺寸和衬砌的弹性模量。研究结果表明：围岩开挖边界引起的应力集中以及衬砌内部的应力分布均与隧洞开挖尺寸、内部水压力、原岩应力场中的水平侧压力系数、围岩与衬砌的物理力学参数等有关;当水平侧压力系数大于1.00时,衬砌内最大主应力值会随着隧洞开挖尺寸的增大而增大,甚至会在衬砌内壁0°和90°处附近出现拉应力;当水平侧压力系数小于1.00时,衬砌内最大主应力值会随着衬砌材料弹性模量的增大而增大。通过分析两个算例可知,合理限制隧洞开挖尺寸、适当增加衬砌内壁处的配筋率均有利于隧洞衬砌安全;采用高强度低弹性模量的混凝土配比用于衬砌,可提高衬砌的承载能力。研究结果可为相关工程中隧洞的开挖与支护参数设计等提供理论借鉴和参考。     

燕麦幼苗对氯化钠和氯化钾胁迫的生理响应差异

为探讨燕麦对NaCl和KCl胁迫的生理响应差异,采用水培法,研究了不同浓度NaCl和KCl胁迫对幼苗生长,活性氧代谢和渗透调节的影响。结果表明:(1)在75和150mmol/L浓度下,NaCl胁迫对燕麦幼苗的膜脂过氧化伤害和生长抑制大于KCl胁迫。NaCl胁迫下叶片中的超氧化物岐化酶(SOD),过氧化氢酶(CAT)活性及可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量低于KCl胁迫;当浓度增大到225mmol/L时,KCl胁迫叶片中O-2.,H2O2,丙二醛(MDA),可溶性蛋白和可溶性糖含量显著大于NaCl胁迫,而SOD,抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性及谷胱甘肽(GSH)含量则相反。(2)225mmol/L KCl和NaCl处理的植株叶片水势分别为-0.867和-1.034 MPa,渗透势分别为-1.409和-1.252 MPa,说明KCl对燕麦的更强伤害不是渗透胁迫所致;经225mmol/L KCl胁迫后,燕麦叶片中Na+含量下降至对照的36.5%,而K+含量上升为对照的1.49倍,而补充20mmol/L NaCl显著提高了225mmol/L KCl胁迫下叶片Na+的含量及SOD,APX活性,降低了K+,H2O2,O-2.和MDA含量,说明离子毒害引起的活性氧积累可能是高浓度KCl胁迫对燕麦幼苗伤害大于NaCl胁迫的重要原因。     

谷子茎秆叶鞘叶片及其结合部位的拉伸力学性能

针对谷子机械收获作业过程中存在的秆叶易缠绕问题，该文以晋谷21、张杂10为对象，分别对谷子不同节间的茎秆、叶鞘、叶片和叶环各部位进行拉伸力学测试，并利用SAS统计软件对测试数据做分析，在此基础上分析了相关力学参数沿茎秆节间的变化规律。两个谷子品种的茎秆在上下节间处的弹性模量、抗拉力和抗拉强度均差异显著（P<0.05）。由茎秆表皮拉伸测试测得晋谷21的茎秆弹性模量为4.2～6.6 GPa，抗拉强度为67.65～130.13 MPa，抗拉力为344～1 600 N；张杂10的茎秆弹性模量为4.5～8.0 GPa，抗拉强度为73.22～136.50 MPa，抗拉力为167～567 N。两个谷子品种在不同节间位置、不同部位（叶鞘、叶片及叶环）的抗拉力和抗拉强度差异均极显著（P<0.01）。晋谷21的中上部节间叶鞘、叶片及叶环平均抗拉强度分别为13.30、10.13和4.18 MPa，平均抗拉力分别为122.16、41.23和25.80 N。张杂10的中上部节间叶鞘、叶片及叶环平均抗拉强度分别为13.30、11.77和4.24 MPa，平均抗拉力分别为104.30、59.48和22.87 N。测试结果表明，谷子茎秆、叶鞘、叶片和叶环部位中抗拉强度最弱位置在鞘叶相连接的叶环位置处。谷子机械收获时可选择在茎秆中部以上、穗部第2节间以下各节间的叶环位置处进行秆叶分离，施力大小25～30 N。研究结果可为谷子收获装置的设计与优化提供参数依据。