加载速度对萝卜力学特性影响的试验研究

果蔬的力学特性是设计收获、分级和加工系统的重要理论依据之一。衡量果蔬力学特性的指标有弹性模量、破坏应力、破坏应变、破坏能、滞后能、弹性度等,而果蔬的力学特性又与试验的加载速度有关。本文通过单轴压缩试验研究了加载速度对萝卜力学特性的影响,为加工装置的设计及安全运输的管理提供理论依据。     

玉米秸秆散粒体颗粒Burgers接触模型参数的确定方法

为建立玉米秸秆散粒体成型离散元模型,以不同压缩参数进行成型试验,利用离散元仿真软件基于内置Burgers模型对压缩过程建立仿真模型,并利用控制变量法针对模型参数设计了5组对照试验,分析颗粒模型微观参数对模型宏观力学行为影响规律。仿真试验结果表明:Maxwell体弹性系数增大时,加载至目标载荷所需位移增加,仿真结束时残余应力增加;Maxwell体黏性系数增大时,加载结束后残余应力增加。Kelvin体弹性系数增大时加载至目标载荷所需的位移减小,仿真结束时残余应力减少。Kelvin体黏性系数增大时加载结束时应力突降值增大,但仿真结束时残余应力减小。摩擦系数主要影响加载至目标载荷所需位移,摩擦系数越大,加载至目标载荷位移越小。依此规律,通过调试微观参数,确定适用于描述样品玉米秸秆散粒体物料的仿真模型参数:Maxwell体弹性系数Em为1.75×105N·m-1,黏性系数ηm为2.6×107N·s·m-1;Kelvin体弹性系数Ek为1.8×104N·m-1,黏性系数ηk为0.7×104N·s·m-1,摩擦系数f为0.5。该参数下仿真模型压缩过程力学曲线与实验室物料压缩试验所得力学曲线吻合;物料填充阶段,力链强度受物料自重影响,载荷开始施加后,强力链主要集中于加载面附近,当施加应力达到0.92MPa时,强力链在成型腔内趋于均匀分布。压缩结束后力链分布特征与实验室物料压缩样品特征吻合,证明了所建立的仿真模型的合理性及模型参数确定方法的可行性,为后续生物质物料成型研究提供了参考。     

香蕉秸秆力学特性试验

为合理利用香蕉秸秆,研究其力学特性,采用正交试验法,以香蕉秸秆为对象,对不同含水率、不同部位的秸秆在电子万能试验机上以不同的加载速度进行拉伸试验,测得不同条件下香蕉秸秆拉伸的最大载荷以及破坏力对香蕉秸秆的影响.试验结果表明:香蕉秸杆拉断力的主要影响因素依次为含水率、加载速度、加载部位.随着香蕉秸杆根部含水率的增加,拉断力逐渐减少,并呈现平缓趋势.随着香蕉秸杆根部和中部试样加载速度的增加,拉断力逐渐增大,达到最大数值之后呈现下降趋势.同样的加载速度情况下,根部断裂所需要的力比中部小.     

棉花钵苗和钵体的力学特性试验

以棉花品种鄂抗棉-10和铜杂411为研究对象,对棉花幼苗进行不同加载速度下的剪切和弯曲试验,并对钵体进行压缩试验。结果表明:不同品种棉花幼苗的剪切强度和弯曲强度都随加载速度的增大而增大;在相同加载速度下,鄂抗棉-10的剪切强度和弯曲强度均大于铜杂411;对剪切强度和弯曲强度进行可重复双因素方差分析,结果表明加载速度和品种对棉花幼苗的剪切强度和弯曲强度均有显著影响,两者的交互作用对剪切强度和弯曲强度无显著影响。钵体在径向和轴向压缩方式下的破裂力分别为73.3~110.5N和100.3~192.3N,钵体的抗挤压能力具有各向异性。     

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.     

猕猴桃压缩力学行为及蠕变特性的试验研究

为研究猕猴桃压缩力学行为,对其进行了压缩试验,得到了力-变形曲线,分析了压缩过程中的变形行为。结果表明,不同的加载速率影响破裂栽荷的大小和变形特征;随着加载速率的增加,破裂载荷有所增大;在力～变形曲线上有明显的锯齿流变现象,锯齿频率和应力变化幅度受应变率的影响。同时通过压缩试验对猕猴桃的蠕变行为进行了分析,给出了蠕变一时间曲线。该研究可为猕猴桃的运输、加工、贮藏等提供重要的力学参数。     

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。     

基于缩比模型的骨架型钻铤结构力学分析

随钻测量仪器的钻铤在高温、高压环境作业过程中承受拉伸、压缩、弯曲、扭转等多种载荷,其力学性能的优劣关系到随钻测量仪器测量功能的可靠性、仪器的使用寿命以及井下作业的安全性,因此开展随钻测量仪器的钻铤的力学分析研究十分必要。以骨架型钻铤结构为研究对象,采用缩比方法,基于相似理论,采用同种材料建立钻铤结构的1∶2缩比模型,对拉伸、压缩、弯曲、扭转4种单载荷工况进行力学性能试验,并通过建立钻铤结构的有限元模型对4种单载荷工况进行了有限元分析。力学试验与有限元仿真对比分析表明,试验结果与仿真结果变化趋势相同,数值相符,相对误差在10%以内。该研究可为全尺寸模型的力学分析提供科学依据,同时为类似结构的工程设计及试验提供参考。     

不同收获期玉米秸秆挤压力的试验研究

研究玉米秸秆的挤压力学性能,可为研制玉米秸秆饲草化联合收获机及其他秸秆加工设备提供不可或缺的基本技术参数。本文利用万能试验机测试了玉米秸秆的挤压力学性能,并分析了挤压速度、取样位置和收获期等因素对挤压力的影响。试验结果表明,挤压力随着挤压速度的提高呈下降趋势;随着收获期的延迟挤压力成增大趋势;根部秸秆挤压力最大,上部秸秆挤压力最小。     

稻草秸秆力学特性研究

为进一步开发利用稻草秸秆资源,在万能试验机上对干稻草秸秆的压缩、剪切、弯曲力学特性进行了试验研究,用数理统计的方法分析得出了稻草秸秆力学指标与湿度的多元线性回归方程。     

基于X-ray CT的载荷作用下木材内部形变研究

[目的]木材是重要的室内装饰和建筑用工程材料,具有易加工,强重比高等优点.作为生物质多孔材料,载荷作用下木材内部结构易发生变化,进而对其力学性能产生重要影响.研究载荷作用下木材内部结构变形可为理解其力学行为提供基础理论支撑.[方法]为探索压缩载荷作用下木材内部空间结构的演变规律,使用微型加载设备对实体木材(花旗松)和胶...     

玉米秸秆的可压缩性试验研究

揉碎玉米秸秆的可压缩性对压缩设备的设计、优化以及压缩工艺的选择等均有重要影响。本文通过对揉碎后玉米秸秆可压缩性的试验研究,发现了在含水率、压缩速度一定的条件下,不同喂入量(初始密度)时揉碎玉米秸秆的可压缩特性,获得了体积模量与压缩量(压缩密度)关系曲线,并进行了对比分析。研究结果表明:对揉碎玉米秸秆进行压块处理时,其可压缩性随压缩量(压缩密度)成指数曲线变化规律,曲线中存在明显的拐点;揉碎玉米秸秆在含水率为20%、模孔形状为32mm×32mm×135mm(长×宽×高)、压缩速度为200mm/min时,其最佳压缩密度在240kg/m3左右。     

不同含水率对四倍体刺槐抗弯强度及弹性模量的影响

为研究四倍体刺槐在弯曲负荷作用下破裂或折弯的变化规律,用数理统计的方法在万能力学试验机上对不同含水率的四倍体刺槐枝条的弯曲力学特性进行了研究。结果表明,4种含水率水平下,四倍体刺槐在弯曲载荷作用下的抗弯强度为54.12～94.42 MPa、弹性模量为4.81～9.30GPa。四倍体刺槐枝条的最大载荷在各个含水率水平下均随枝条直径的增大呈线性提高。四倍体刺槐的抗弯强度及弹性模量与含水率水平成一元线性相关关系,随含水率水平的降低四倍体刺槐的抗弯强度及弹性模量呈线性增大。     

压缩速度对农业物料压缩过程影响的试验研究

以改造后的9KG-350型液压式高密度捆草机为试验装置,利用变频控制和测试技术,将摘穗后含水率为60%的玉米秸秆进行压缩试验研究。根据试验数据,分析在一个压缩过程中压缩速度的变化、压缩速度对压缩过程各参量的影响,以此确定在一个压缩过程中合理压缩速度的变化规律,为压缩理论的充实和压缩设备的优化设计提供理论依据。     

基于茎秆生物力学特性的油菜抗倒调控机制研究

为了应用生物力学特性指标对茎秆抗倒性进行评价,进而指导油菜抗倒栽培,以华杂62和金油杂158为试验材料,基于不同栽培因素下油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度、剪切强度及抗倒性,分析了栽培因素对油菜茎秆力学特性指标的影响及其与抗倒性的相关性。结果表明：油菜抗倒性与茎秆的弹性模量、弯曲强度、剪切强度呈显著负相关;随着播期推迟,油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度分别减小15.31%、29.16%和13.88%,倒伏指数增大32.18%;随着播种密度增大,油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度均呈先增大后减小趋势,而倒伏指数先减小后增大;随着施氮量增加,油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度均逐渐减小,而倒伏指数逐渐增大,与施氮量120 kg·hm^-2处理相比,在施氮量为360 kg·hm^-2下,油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度分别减小39.43%、19.40%和16.63%,倒伏指数增大16.36%。因此,播期提前、适当增加播种密度、控制氮肥投入,有助于提高油菜茎秆的力学特性强度,从而增强油菜的抗倒伏能力。研究结果可为油菜抗倒栽培调控提供理论依据。     

高粱籽粒压缩力学特性研究

为探索高粱籽粒在播种、收获、储运及加工过程中的机械损伤规律,研究了高粱籽粒的压缩力学特性。选取晋杂34号、辽杂37号、兴湘梁2号3个高粱品种的籽粒为研究对象,研究品种、含水率、压缩方向对压缩变形量、屈服载荷、破坏能等指标的影响规律。结果表明：品种、含水率、压缩方向对高粱籽粒的压缩变形量、屈服载荷、破坏能的影响显著（P<0.000 1）;随着含水率的升高,屈服载荷呈下降趋势,压缩变形量和破坏能呈先减小后增大的趋势;相同含水率下,3个高粱品种籽粒的Z轴方向对应的压缩变形量、屈服载荷、破坏能均最大,Y轴方向次之,X轴方向最小。该研究结果为高粱播种、收获及储运等装备的研制优化提供理论参考。     

裸燕麦籽粒压缩力学性能试验及破裂生成规律分析

为降低裸燕麦籽粒在机械收获、播种、干燥、运输及加工等过程中的机械损伤,掌握裸燕麦籽粒压缩力学特性及其破裂生成规律,以白燕2号裸燕麦为研究对象,在CTM2050型微机控制电子万能材料试验机上,对其籽粒进行了压缩力学性能试验,测得6个含水率下的裸燕麦籽粒在X轴、Y轴及Z轴三个方位加载下的屈服载荷,并观察籽粒在受压过程中破裂的生成规律。试验结果表明:沿同一方位压缩时,屈服载荷随含水率的升高而降低,如沿X轴方位对籽粒压缩时,籽粒含水率由11.97%升高至26.97%,而籽粒的屈服载荷则由29.33N降低至18.80N;在同一含水率下,沿X轴方位对籽粒进行压缩时屈服载荷最大,Z轴压缩时次之,Y轴压缩时最小,如籽粒含水率为11.97%,沿X轴方位对籽粒进行压缩时屈服载荷为29.33N,沿Z轴压缩时为28.02N,沿Y轴压缩时为13.72N;压缩方位相同,裸燕麦籽粒受到压缩力作用产生破裂的基本规律大致相同;压缩方位不同,裸燕麦籽粒破裂方向一致,均沿长度(L)方向破裂,但是破裂位置不同。沿X轴方位压缩,破裂位置出现在背面以及腹面边缘处;沿Y轴方位压缩,破裂位置出现在腹沟线处;沿Z轴方位压缩,破裂位置出现在腹沟线及背面边缘处。研究结果为裸燕麦机械化收获、播种及相关加工机械的设计、开发、参数优化提供理论依据。     

芋头压缩和剪切特性试验研究

【目的】降低芋头在收获和运输过程中的损坏.【方法】以山东小芋头‘8520’品种为试验材料,用快速卤素水分测定仪测芋头的含水率,利用TMS-PRO质构仪对芋头样品进行压缩,分析计算得出芋头的弹性模量参数,利用微机控制电子万能试验机,对整块芋头在4种不同加载速率下,进行不同加载方向的压缩和剪切试验,测得加载力-位移曲线,运用SPSS软件分析力学特性变化规律.【结果】湿基含水率为77.73%的芋头,弹性模量为3.78 MPa,整块芋头在压缩状态下,加载方向和加载速率对芋头破裂力有极显著影响,芋头损伤的最小破裂力为433.7 N;整块芋头在剪切状态下,加载方向和加载速率对剪断力无显著性影响,芋头损伤的最小切断力为328.4 N.【结论】试验分析结果可为芋头的机械化收获、运输等提供理论依据.     

基于茎秆生物力学特性的油菜抗倒调控机制研究

为了应用生物力学特性指标对茎秆抗倒性进行评价，进而指导油菜抗倒栽培，以华杂62和金油杂158为试验材料，基于不同栽培因素下油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度、剪切强度及抗倒性，分析了栽培因素对油菜茎秆力学特性指标的影响及其与抗倒性的相关性。结果表明：油菜抗倒性与茎秆的弹性模量、弯曲强度、剪切强度呈显著负相关；随着播期推迟，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度分别减小15.31%、29.16%和13.88%，倒伏指数增大32.18%；随着播种密度增大，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度均呈先增大后减小趋势，而倒伏指数先减小后增大；随着施氮量增加，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度均逐渐减小，而倒伏指数逐渐增大，与施氮量120 kg·hm^-2处理相比，在施氮量为360 kg·hm^-2下，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度分别减小39.43%、19.40%和16.63%，倒伏指数增大16.36%。因此，播期提前、适当增加播种密度、控制氮肥投入，有助于提高油菜茎秆的力学特性强度，从而增强油菜的抗倒伏能力。研究结果可为油菜抗倒栽培调控提供理论依据。     

碎玉米秸秆青贮打捆试验研究

碎玉米秸秆的压缩特性对压缩工艺的优化、压缩设备的研制等均有重要影响。采用青贮圆捆机对碎玉米秸秆进行卷压试验,研究了不同含水率、喂入量、挤草辊转速对压缩特性的影响,对卷压力与卷压密度的关系进行了分析,建立了碎玉米秸秆卷压过程的压缩模型,为卷压工艺的深入研究和圆捆机的优化设计提供依据。