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。     

6种猕猴桃不同组织部位抗氧化物质含量比较

本文以国产猕猴桃黄金果、金艳、红阳、翠玉和毛花以及新西兰所产猕猴桃阳光金果为材料,测定抗坏血酸和黄酮含量,比较不同猕猴桃品种、不同组织部位抗氧化物质含量差异。结果表明:6种猕猴桃果肉抗坏血酸含量为65.95～209.77 mg/100 g、果皮为139.36～426.09 mg/100 g、种子为65.74～184.92 mg/100 g;果肉黄酮含量为16.67～103.41 mg/100 g、果皮为53.97～435.36 mg/100 g、种子为15.76～71.90 mg/100 g;抗氧化物质含量存在品种间差异和组织部位间差异;果肉、果皮、种子抗坏血酸含量均表现为毛花最高,红阳次之,金艳最低;不同组织部位品种间黄酮含量表现不一致,但均为毛花最低;6种猕猴桃不同组织部位均表现为果皮的抗坏血酸和黄酮含量显著高于果肉和种子;猕猴桃食用部位果肉组织抗坏血酸和黄酮总量以毛花最高,红阳次之,二者是保健价值较好的品种。     

鲜香菇菇柄力学特性试验研究

为探究香菇菇柄破坏规律,获得力学参数,为菇柄加工设备的研究提供基础。以香菇808为试验材料,利用UTM 6503电子万能试验机分别进行香菇菇柄轴向拉伸和径向剪切试验。结果表明:香菇菇柄由无数纤维丝排列组成,试验中香菇菇柄先发生内部滑移破坏纤维丝之间的连接,然后纤维丝独立受力并逐一断裂。香菇菇柄轴向拉伸弹性模量平均值2.986 Mpa,标准差1.759,最大抗拉强度平均值0.925 Mpa,标准差0.347;香菇菇柄径向最大剪切力平均值4.638 N,标准差0.992,最大抗剪切强度平均值0.042 Mpa,标准差0.009。香菇菇柄弹性模量、抗拉强度和剪切强度的标准差均较大,说明不同香菇菇柄之间的力学特性具有较大差异。同一香菇菇柄上不同纤维丝的力学特性也具有较大差异。     

秋伐期桑条力学性能试验

本文利用万能试验机对秋伐期桑条剪切、压缩、弯曲、拉伸,研究了取样位置、直径、品种对桑条力学特性的影响。结果发现,取样位置对各目标值均有显著影响,除皮的最大拉伸力与抗拉强度随取样位置自下往上增加,其余均随取样位置自下往上减小;品种为湖桑32号的桑条,其单位直径最大剪切力和剪切强度的最大平均值分别为80.65±1.39 N/mm、7.03±0.17 MPa,最大轴向压力和轴向抗压强度的最大平均值分别为3.31±0.15 k N、19.12±0.36 MPa,最大径向压力和径向抗压强度的最大平均值分别为0.96±0.05 k N、8.84±0.15 MPa,最大弯曲力和抗弯强度的最大平均值分别为0.21±0.01 k N、43.93±0.17 MPa,最大拉伸力和抗拉强度的最大平均值分别为1.71±0.12 k N、79.00±3.72MPa,皮最大拉伸力与皮拉伸强度的最大平均值分别为0.21±0.05 k N、98.35±13.21 MPa;直径仅对剪切强度有影响(0.01P0.05),最大值出现在直径小于10 mm处,为10.20±1.25 MPa;品种对桑条剪切强度、轴向抗压强度与抗弯强度、抗拉强度有显著影响,最大剪切强度发生在7946下部,为8.47±0.52 MPa,下部轴向抗压强度、抗弯强度、抗拉强度的最大值出现在农桑14号,分别为22.40±0.87 MPa、46.82±1.16 MPa、63.57±5.18 MPa。     

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。     

预切式蔗种的基本参数试验测定与研究

本文通过对预切式青皮甘蔗种块的基本物理参数以及力学性质的试验研究,得出甘蔗种块材料在各种载荷作用下极限强度,为预切式甘蔗播种机设计时的甘蔗种基本物理参数需求和蔗种在播种机中的动力学机理研究提供参考。希望能够对甘蔗的机械化精量播种作业方式研究起到一定促进作用。试验测定的结果为:基本物理参数:甘蔗种块长度为55～65 mm的平均重量为10.96 g;直径32.21 mm;密度1.05 g/mm3;含水率75.35%;力学特性参数:蔗皮、蔗芯轴向、径向拉伸强度为43.9、1.2、1.2、0.3 MPa;甘蔗秆轴向、径向压缩强度分别为5.6、1.6 MPa;甘蔗秆轴向、径向剪切强度分别为1.0、0.7 MPa;茎秆弯曲强度8.7 Mpa。滑动摩擦角平均值为30°～35°。     

柑橘机器人夹持损伤有限元预测及试验验证

【目的】研究作业机器人不同夹持条件下柑橘的内部应力变化,预测并分析柑橘的夹持损伤。【方法】测定柑橘各组分的力学参数;根据柑橘结构建立其所对应的有限元模型,模拟机器人不同指面夹持柑橘的过程;利用自行设计的末端夹持平台对柑橘实物进行夹持验证试验。【结果】柑橘的纵向果皮和果肉的弹性模量分别为11.408和0.277 MPa,极限应力分别为1.250和0.048 MPa。模拟试验中,得到柑橘果皮和果肉的等效应力分布图;柑橘果皮应力大于果肉;由于果肉的极限应力小于果皮,果肉的损伤先于果皮;相同夹持力下,弧指比平指对柑橘果皮和果肉作用应力小;平指夹持力为23 N时,果肉出现损伤,但弧指夹持力为45 N时,果肉才出现损伤;当夹持力分别为12、23、34、45、56、67 N时,平指比弧指夹持的柑橘果肉损伤率分别大0、10%、30%、40%、20%、20%。夹持试验结果验证了模拟预测试验。【结论】可实现柑橘夹持损伤预测和评估,可为柑橘作业机器人的减损结构设计提供依据。     

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.     

烟秆力学特性试验研究

为获得烟秆力学参数变化规律,运用复合材料力学理论建立了烟秆的力学模型。采用微机控制电子万能试验机对烟秆进行有节轴向压缩、无节轴向压缩及弯曲等力学试验,得出相应载荷-位移曲线,并利用MATLAB软件拟合了有节与无节烟秆抗压力的离散点变化规律曲线。结果表明,烟秆最大抗压力为5 230.00 N,压缩弹性模量平均值为150.00 MPa,抗压强度平均值为4.42 MPa,标准差为0.29 MPa,最大抗弯力为1 780.00 N,弯曲模量平均值为21.81 MPa,抗弯强度平均值为7.96 MPa,标准差为0.82 MPa。该结果可为合理设计烟秆收获及粉碎设备提供数据参考。     

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。     

三七种苗的物理机械特性试验

对不同等级三七种苗的质量、根长和根直径、密度、含水率、压缩特性和剪切特性进行试验研究。结果表明,质量、根长和根直径、密度、含水率都与三七种苗的等级呈正相关,其最大轴向压缩应力、径向压缩应力、轴向剪切应力、径向剪切应力分别为1.82、0.41、0.51、1.14 Mpa,平均轴向压缩弹性模量、径向压缩弹性模量、轴向剪切模量、径向剪切模量分别为0.051、0.008、0.011和0.032 Mpa。通过研究三七种苗的物理机械特性,为其移栽和采挖机械设计提供理论基础。     

四川蓝桉幼龄材物理力学性质研究

【目的】分析四川产蓝桉幼龄材的物理力学性质及密度变异规律,为提高其利用效率、扩展其利用方式提供参考。【方法】参照木材物理力学性质测试国家标准,对5年生蓝桉的物理力学性质(气干径向干缩率、弦向干缩率、体积干缩率,全干径向干缩率、弦向干缩率、体积干缩率,气干密度、绝干密度和基本密度,顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗剪强度和端面、径面和弦面硬度等)进行了测定,并分析了其木材密度变异特性。【结果】5年幼龄四川蓝桉用材的气干径向、弦向、体积干缩率分别为2.38%,4.01%,6.75%;全干径向、弦向、体积干缩率分别为3.71%,5.65%,9.14%;气干密度、全干密度和基本密度分别为0.46,0.41,0.38g/cm3,3种密度在径向上均呈现出先减小后增大的变异规律,而在在轴向上,从基部到2m处基本保持不变,到4m处下降到最小,且下降幅度较大,4m以上随着树高的增加而增加;木材顺纹抗压强度为24.80 MPa,抗弯强度为58.26 MPa,抗弯弹性模量为6 444.24 MPa,顺纹抗剪强度为2.31 MPa,端面、径面和弦面硬度平均值分别为3.10,2.20,1.96kN。四川蓝桉5年幼龄材的综合强度为83.06 MPa,综合强度较小。【结论】蓝桉幼龄材物理力学性质较小,密度变异规律显著。     

基于离散元法玉米秸秆双层粘结模型力学特性研究

针对玉米秸秆外表皮与内穰力学特性存在显著差异问题,建立离散元玉米秸秆双层粘结双峰分布模型,通过力学试验与虚拟仿真试验对比,标定玉米秸秆外表皮和内穰力学参数,校正离散元模型,探究玉米秸秆力学特性.结果表明,采用离散元Hertz-Mindlin with bonding颗粒接触方法可建立玉米秸秆双层粘结双峰分布模型.完善DEM方法建立玉米秸秆颗粒粒度随机分布的双层粘结模型方法.通过力学试验得出青贮玉米秸秆外表皮弹性模量和剪切模量分别为982.52和387.58 MPa,青贮玉米秸秆内穰弹性模量和剪切模量分别为28.64和8.13 MPa,外表皮木质部与内穰纤维部力学特性差异显著.计算得出外表皮-外表皮、外表皮-内穰、内穰-内穰之间粘结参数.通过单轴压缩试验,剪切与虚拟仿真试验对比验证离散元模型可靠性.文章所建立玉米秸秆双层粘结双峰分布离散元模型表征两者力学特性差异,为青贮玉米饲料数值化研究提供理论依据.     

甘蔗尾茎弯曲的力学性能

甘蔗尾茎的物理力学特性对于解决甘蔗断尾位置难以控制、断尾误差大这一关键技术难点具有重要意义,促进了甘蔗收获机械化的发展。利用自制的夹具,采用悬臂梁弯曲方法研究甘蔗尾茎在弯曲载荷下的力学特性。试验结果表明,蔗尾节位对抗弯强度、弯曲弹性模量的影响极显著,抗弯强度、弯曲弹性模量均随节位数值的增大而增大,由中部向尾部顶端生长点方向减小,呈二次曲线高度正相关关系;蔗尾生长点以下1~5节与6~9节的抗弯强度差异极显著,在1~5节处施加弯曲载荷,蔗茎容易断裂,断面光滑整齐;蔗尾生长点以下第5节处的抗弯强度平均值为9.40 MPa,标准误差为0.46 MPa,弯曲弹性模量平均值为55.85 MPa,标准误差为4.86 MPa。     

青菜头缩短茎物理力学特性的试验研究

以"涪杂2号"青菜头为试验材料,采用WDW3100型微机控制电子式万能试验机对青菜头缩短茎径向和轴向的抗压强度、屈服强度、弹性模量等力学特性进行了试验研究,并基于斜面法采用高速摄像测定了青菜头缩短茎的动摩擦系数和静摩擦系数.研究可为青菜头收获和加工机器系统的研发提供基础理论依据.     

漠河产兴安落叶松弹性模量分级与力学性能

以漠河产落叶松原木为材料,将其制作成锯材,利用FFT测试并按照弹性模量将锯材分等后,参照国家标准(GB/T 1927~1943-2009)对3个等级落叶松锯材清材小试样的气干密度、顺纹抗压强度、抗弯弹性模量和抗弯强度等主要物理力学性质进行比较研究,分析3个不同加载方向下抗弯弹性模量的差异。结果表明,利用FFT测试并分等漠河兴安落叶松具有可行性,分等后ME16等级的落叶松其气干密度、顺纹抗压强度、抗弯弹性模量、抗弯强度的平均值比较大,分别为0.795g·cm~(-3)、66.8MPa、19 311MPa、127.9MPa;漠河产兴安落叶松3个加载方向(T、R1、R2)下的抗弯弹性模量间无显著性差异。     

柳杉木材物理力学性质研究

对20和30年生的柳杉木材物理力学性质进行了测定和分析,测定指标主要包括密度、干缩性、湿胀性、吸水性、顺纹抗压强度、横纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量和冲击韧性。结果表明,柳杉木材的基本密度、气干密度、全干密度、生材密度分别为0.408 0、0.503 0、0.464 0和1.002 0 g/cm3,属小级别;其差异干缩为1.688 0,中等级别;顺纹抗压强度为43.200 MPa,横纹径向和弦向全部抗压强度分别为0.408和0.565 MPa,抗弯强度和抗弯弹性模量分别为88.200和9 505.0 MPa,冲击韧性为41.000 kJ/m2,除横纹抗压强度较低外,其余力学强度指标均属低级别;木材综合品质系数为3 221×105 Pa,品质系数较高,属高等级材。     

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。     

基于有限单元法的芦蒿茎秆力学特性分析

【目的】建立芦蒿Artemisia selengensis茎秆柔性体模型。【方法】根据芦蒿茎秆的物性参数,通过ANSYS有限元分析软件建立茎秆力学模型,对芦蒿茎秆在不同生长部位的轴向、径向压缩力学特性进行研究,分析比较模型计算值和试验测试值。【结果】模型计算值和试验测试值最大偏差为14.46%。芦蒿茎秆具有各向异性特征,其轴向压缩力学特性远大于径向;在3种不同位置段,径向压缩时,茎秆破碎出现在加载面的两端边缘位置,轴向压缩时,茎秆破碎出现在加载面,且应力由接近加载区域向周围逐渐减弱。【结论】可以运用模型仿真分析芦蒿茎秆力学特性,结果可为减少芦蒿在收获、运输、加工、储藏过程中的机械损伤和芦蒿收获机具的研制提供理论依据和参考。     

玉米挤压特性与ANSYS仿真分析

玉米的挤压力学特性决定着玉米含水率检测装置的精度设计,为了合理设计检测装置碾压双辊的结构以及匹配含水率检测工艺,有必要对玉米进行挤压力学特性试验研究。以冀单20号玉米为样品,运用万能试验机进行了整粒压缩试验,以考察其抗压强度、弹性模量和变形能的变化;基于三维尺寸建立玉米仿真力学模型,应用ANSYS模拟试验施加载荷获得玉米整粒挤压受力云图。试验结果表明,湿基含水率为15.5%的玉米,其抗压强度平均值为1.74 MPa,弹性模量平均值为27.69 MPa,变形能平均值为92.18 N·mm,运用SPSS软件对挤压力值与变形能进行曲线回归拟合,得知其呈三次多项式关系。将试验结果与仿真结果进行对比,两者破裂位置与方向一致,误差在1.72%以内,表明仿真模型能有效模拟玉米受力变形。ANSYS仿真分析为研究玉米干燥装置设计提供了基础模型。