棉秆弯曲和拉伸力学特性试验

以"中棉所50"棉秆为试验材料,设计棉秆弯曲与拉伸试验,通过试验测定棉秆抗弯强度、抗拉强度和含水率的变化规律,并进行相应的分析。试验结果表明:棉秆试样最大弯曲破坏载荷为265.43N,最小弯曲破坏载荷为142.60N,最大抗弯强度为33.00MPa,最小抗弯强度为15.09MPa,棉秆抗弯强度与含水率总体呈负相关;棉秆试样最大拉伸破坏载荷为4 245.10N,最小拉伸破坏载荷为2 529.65N,最大抗拉强度为38.47MPa,最小抗拉强度为21.79MPa,棉秆抗拉强度与含水率总体呈正相关;同一批次的棉秆试样拉断破坏载荷是弯断破坏载荷的29.8~10.9倍,含水率越高,则相差越大。     

甘蔗尾茎力学特性试验

为获取甘蔗尾部茎秆的力学特性参数,利用精密型微控电子万能试验机对蔗尾生长点以下1~3节茎秆的拉伸、压缩力学性能进行试验。结果表明:蔗尾节位对抗拉、抗压强度的影响极其显著,抗拉、抗压强度由中部向尾部顶端生长点方向显著减小;蔗尾生长点以下1~3节抗拉强度平均值分别为1.44、2.87、4.72MPa,拉伸弹性模量平均值分别为22.02、27.60、37.09MPa。各节茎秆直径与抗拉强度呈二次函数负相关关系,随着直径的增大,抗拉强度减小。抗压强度平均值分别为4.04、5.22、6.66MPa;压缩弹性模量平均值分别为23.93、25.37、2 4.1 2 MPa;各节茎秆直径与最大压缩载荷之间呈幂函数正相关关系,随着直径的增大,最大压缩载荷增大。试验结果为甘蔗收获断尾机械的设计及建立数学模型进行动力学仿真提供了理论依据。     

甜高粱弯曲力学特性试验研究

以成熟期的甜高粱茎秆为试验对象,以节间、加载速度、标距为试验因素,弯曲强度、弹性模量和最大载荷为试验指标,利用万能试验机对茎秆的2、3、4、5节进行弯曲特性试验研究。结果表明:甜高粱秸秆有节时,最大载荷为358.20N,最大抗弯强度为3.27MPa,最大弹性模量为12.60kPa;无节时最大载荷为167.70N,最大抗弯强度为2.73MPa,最大弹性模量为8kPa;甜高粱茎秆发生弯折会伴有一定的开裂现象,有节试样的开裂程度大于无节试样;节间与最大载荷和抗弯强度呈负相关,与弯曲弹性模不相关;各因素对甜高粱秸秆弯曲特性影响的主次顺序为标距、节间、加载速度。     

芝麻茎秆及蒴果力学特性试验研究

为提高芝麻联合收获机械化水平、减少芝麻收获的损失率,对适收期芝麻茎秆和蒴果开展力学特性试验分析,测定茎秆和蒴果的含水率,探究茎秆的剪切特性及不同节位蒴果与茎秆连接处的拉伸特性。试验结果表明:收获期时茎秆的平均含水率为36.8%,蒴果的平均含水率为14.5%;剪切试验中,茎秆的最大剪切力为567.87N,抗剪强度最大为5.16MPa;拉伸试验中,上部节位蒴果的成熟度比下部节位蒴果的成熟度低,含水率高,抗拉强度较大,芝麻蒴果与茎秆连接处的最大拉伸力为18.5N,连接处的抗拉强度最大为4.79MPa。     

山药收获机械输送机构与其力学特性试验研究

针对目前山药在机械收获过程中存在高破损率等问题,研究了细毛山药的应力、应变关系和山药的抗断裂能力,为后续提升并改善收获机中各部件的空间布局、输送机构的结构等提供依据。通过利用开发的用于测试根茎类材料的夹具,利用电子万能试验机对山药根茎进行拉伸、压缩和弯曲试验。研究结果如下:细毛山药根茎的抗拉强度平均值为0.415 MPa,标准差为0.132MPa;抗压强度平均值为2.328MPa,标准差为0.774MPa;抗弯强度平均值为4.723MPa,标准差为1.172MPa。试验表明:相对其他性能,山药根茎的抗拉性能较差,因此在设计山药输送机构时应避免山药受轴向力的作用。上述数据为山药收获机械的输送机构设计提供了重要的理论基础。     

苎麻茎秆木质部力学性能试验

以苎麻茎秆木质部为试验对象,在RGT-10型微机控制电子万能试验机上进行了弯折、拉伸、压缩试验。试验结果表明：“华性14号”木质部的抗弯弹性模量为7358．69MPa,最大抗弯强度为40．77MPa;拉伸弹性模量为177．26MPa,最大抗拉强度为32．25MPa;压缩弹性模量为7．70MPa。相同部位木质部的抗弯弹性模量明显高于拉伸弹性模量,最大抗弯强度大于最大抗拉强度,木质部横向抵抗变形能力强。拉伸弹性模量与压缩弹性模量有明显差异,木质部属各向异性材料,建立力学模型应采用各向异性的本构关系。     

豌豆茎秆力学特性试验

为解决现有豌豆茎秆力学特性参数不足的问题,本试验以甘肃地区成熟期的豌豆茎秆作为研究对象,采用正交试验方法,在CMT2502型微机控制电子万能试验机上进行试验,探究不同因素对其拉伸和剪切力学特性的影响。试验结果表明:豌豆茎秆在承受拉力时无茎节处抗拉强度较大,相当于其有茎节处的1.6倍,并在10mm/min左右的加载速度下达到相对最大值10.964MPa;在承受剪切力时,豌豆茎秆距地表300~900mm中部茎段抗剪切性能更优,其抗剪强度可达到3.26MPa,且其抗剪强度随加载速度的增大而降低,随含水率的增大呈先上升后下降的趋势,在含水率为65%时可达到最大值3.11MPa。该研究为找到豌豆最佳收割时期、方式以及其相关农业机具的设计和优化提供理论依据。     

竹材的力学性能及磨料磨损性能研究

对天然竹材的力学性能以及磨料磨损性能进行了研究。竹材的拉伸强度、弹性模量、断裂延伸率和冲击韧性均在一定的范围内随纤维含量的增加而提高,顺纹拉伸强度比横纹抗拉强度大2 9倍以上,弹性模量为横纹的1.2倍以上,断裂延伸率为横纹的1 3倍以上。顺纹拉伸和冲击断口有明显的纤维拔出特征;而横纹拉伸和冲击断口具有解理断裂特征,为典型的脆性断裂断口。竹纤维具有比基体高的耐磨性,磨损表面以微犁切和微开裂为主要损伤特征。竹材的耐磨性能随竹纤维含量的升高而提高。     

麻山药根茎力学特性测试研究

利用上海衡翼精密仪器有限公司生产的微机电子万能力学试验机,对新鲜麻山药的根茎进行拉伸、压缩和弯曲试验,结果如下:麻山药中"紫药"根茎的抗拉强度平均值为0.647MPa,标准差为0.110MPa;抗压强度平均值为0.226MPa,标准差为0.050MPa;抗弯强度平均值为3.667MPa,标准差为0.944MPa。试验表明:麻山药根茎最易受压缩破碎,抗拉性比较差,抵抗弯曲破坏变形能力较强;机械化收获时,应尽量减少机械作用对根茎的压力作用和拉伸,以减少麻山药根茎的破碎率。本研究为麻山药收获机械的振动松土机构的结构参数和运动参数优化设计提供了理论依据。     

红心萝卜力学特性试验研究

利用万能试验机对红心萝卜试样进行压缩、剪切及拉伸试验,研究了加载速度、位置对红心萝卜的弹性模量及抗压强度的影响,探索了红心萝卜力学结构,得到了红心萝卜皮的弹性模量和最大抗压强度,确定了红心萝卜的剪切特性。试验表明:加速度对弹性模量及最大抗压强度的影响显著,随着加载速度的增大,红心萝卜的弹性模量逐渐增加,而最大抗压强度先增大、后减小;当加载速度为10mm/mim时,抗压强度最大,红心萝卜头部弹性模量及最大抗压强度最大,中部次之,尾部最小;红心萝卜纵向试样的弹性模量及最大抗压强度大于横向试样的数值,红心萝卜芯部弹性模量及最大抗压强度大于萝卜外部试样的数值,红心萝卜皮的弹性模量及最大抗压强度比萝卜内部的小;红心萝卜的平均剪切强度为0.058MPa,剪切力峰值与试样的横截面积呈线性相关。     

金针菇拉伸试验研究

瓶栽金针菇采摘机械的设计需要进行金针菇相关力学试验研究来提供相关参数,从而加快金针菇由人工采摘向机械化采摘模式转变的进程。依据瓶栽金针菇测量的数据结果,将金针菇的菌柄划分为上部、中部和根部三部分,对上部和中部进行拉伸试验研究,建立金针菇力学模型,计算金针菇菌柄不同部位的弹性模量和拉伸应力等相关力学参数。金针菇上部最大拉伸载荷平均值为1.89 N,弹性模量平均值为5.11 MPa,剪切模量平均值为1.96 MPa,拉伸应力平均值为0.52 MPa;中部最大拉伸载荷平均值为3.09N,弹性模量平均值为8.27 MPa,剪切模量平均值为3.18 MPa,拉伸应力平均值为1.06 MPa。结果表明单根金针菇越靠近其根部,抗拉强度越强。为采摘机械的行程设计和采摘部位的选取提供依据,促进金针菇机械化采摘和食用菌产业机械化、智能化发展。     

稻米籽粒弯曲特性的试验研究

在稻米加工与贮存时,常温下稻米的湿应力开裂是引起稻米品质降低的重要原因之一,本文对常温下影响稻米籽粒发生断裂的主要影响指标之一的稻米籽粒的抗拉强度做了研究,通过理论分析和试验证明:弯曲试验籽粒断裂总是从试样的下方发生,也说明是由于稻米的拉伸应力首先达到了籽粒的抗拉强度极限而产生,因此,可以尝试由轴向弯曲试验及弯曲理论获得籽粒的抗拉强度.本文对3个品种的稻米进行轴向弯曲试验,最终确定了稻米籽粒的抗拉强度,通过与拉伸试验所得数据进行对比,验证了由弯曲试验所得数据真实可靠,为稻米湿应力裂纹机理分析奠定基础.     

甜菜力学特性的试验研究

甜菜的力学特性是机具研发的基础。利用英国Instron-4411型万能材料试验机,对"KWS3148"甜菜不同部位的试样进行压缩试验,分别研究了取样位置、加载速率和含水率对甜菜力学特性的影响,并得到收获期甜菜的弹性模量和抗压强度。试验结果表明:甜菜没有明显的屈服极限,破裂点较为明显;甜菜的力学特性受取样位置和加载速率的影响,且尾根处抗压强度最小;载荷加载速率对甜菜的弹性模量和最大抗压强度影响极显著,载荷位置对甜菜的最大抗压强度影响显著;随着加载速率的增加,同位置试样的弹性模量逐渐增大,最大抗压强度先减小后增大;甜菜的弹性模量和最大抗压强度分别随着含水率的减小而增大;弹性模量为(12.17±2.26)MPa,抗压强度为(2.6 7±0.3)MPa。     

胡麻茎秆生物力学特性试验

为提高胡麻收获及脱粒效率,减少胡麻茎秆缠绕割台和脱粒滚筒,选取陇亚14号胡麻茎秆为试验材料,测定其含水率,并做生物力学特性试验,得出胡麻茎秆不同部位的生物力学特性参数,从而对胡麻机械化收获与脱粒提供参数支持。结果表明:当含水率为9.435%时,陇亚14号胡麻根部茎秆平均直径为2.472mm,抗拉强度最小,最大拉伸力居中,分别为49.8 MPa、148.113N;中部茎秆平均直径为2.144mm,抗拉强度和最大拉伸力均达到最大值,分别为179.6 MPa、166.362N;颈部茎秆平均直径为1.384mm,抗拉强度和最大拉伸力均小于根部和中部;而抗压强度、抗弯强度和剪切强度以及最大压缩力、最大弯曲力和剪切最大载荷由根部、中部、颈部的顺序依次减小;相比较而言,颈部与果穗连接处的各参数均为最小值。由此可见陇亚14号胡麻茎秆机械化收获、脱粒时根部、中部茎秆对脱粒滚筒、割刀及割台提出更高的要求,该试验为提高胡麻收获和脱粒效率,以及胡麻机械化收获、脱粒等机具的研发提供一些参考。     

籽用西葫芦和打瓜物料特性试验与对比研究

为提高籽瓜联合收获机对不同品种籽瓜收获的适应性,选取新疆广泛种植的籽用西葫芦、打瓜黑大片进行物料特性试验及对比研究。首先,观察和测定其外形尺寸、成熟度、含籽率;然后,运用RGM-4002电子万能试验机对瓜皮进行拉伸试验;最后,模仿籽瓜收获机扎齿式捡拾籽瓜方式,在设定加载速度为50mm/min条件下,选择头部直径6mm的扎齿对两种籽瓜品种进行刺穿试验,结合Hertz接触理论测定两种籽瓜品种的弹性模量和应变能,探究其抗挤压能力与力学性能。结果表明:籽用西葫芦和打瓜的含籽率分别为3.89%、4.61%,瓜籽成熟度分别为97.83%,97.21%,瓜皮最大拉伸载荷分别为91.35、62.65N,断裂伸长率分别为5.31%、7.58%。刺穿试验表明:籽用西葫芦和打瓜的刺穿力分别为92.27、65.39N,形变量分别为6.06、8.41mm,弹性模量分别为2.44、1.12MPa;压缩破裂时的应变能分别为279.58、274.97mJ。     

高粱秸秆力学特性的试验

为研究和了解高粱秸秆的相关物理机械特性,为高粱相关机械的研发提供相关数据,将高粱秸秆按两米的高度分为五部分,利用万能试验机对高粱秸秆进行压缩、弯曲、剪切等试验测试。分别选择压缩弹性模量、抗压强度、压缩功、抗剪强度、抗弯强度等为试验指标,以含水率、加载部位和有无节为因素进行试验和分析,分别进行不同部位之间的力学性能对比和有节处与无节处之间的力学性能对比。试验结果表明无节处的剪切功是3.75~5.33N·m;有节处的剪切功是4.86~9.79N·m。有节处的弯曲功是1.50~2.44N·m;无节处的弯曲功是0.69~1.25N·m。可以为高效、节能的高粱收获机械的设计提供参考。     

冬季覆盖地膜的拉伸试验及有限元仿真分析

通过对冬季覆盖厚度为0.006mm的聚乙烯残地膜纵向、横向和直角撕裂拉伸负荷,以及断裂伸长率等力学性能的测试,获得了残地膜力学本构特性。利用有限元软件ANSYS对拾膜杆齿捡膜时地膜的变形和应力应变情况进行仿真和分析。结果表明:冬季覆盖地膜纵向的拉伸强度大于横向的拉伸强度和直角撕裂的拉伸强度;拾膜时,杆齿端部的地膜变形最大,应力应变最大值都发生在与杆齿中部接触的地膜处。     

大葱力学特性试验研究

大葱的高效收获对于提高地区经济发展水平有着重要的意义,但葱在机械收获时,对葱的力学特性缺少考虑,收获过程造成葱的损坏。以香葱和分葱为试验材料,在CTM6502精密型微控电子万能试验机上进行拉伸试验。通过分析葱受拉时的力学特性曲线,建立其对应力学模型,获得香葱试样被拉伸时的弹性模量为18.369 12 MPa,分葱试样被拉伸时的弹性模量为50.905 53 Mpa;香葱弹性极限强度为0.253 78 MPa,分葱弹性极限强度为0.164 46 MPa;香葱的屈服极限为0.643 07 MPa,分葱的屈服极限为0.358 16 MPa。上述力学数据结论可为大葱收获机械的夹持机构设计及工作参数确定提供理论依据。     

青稞芒的生物力学特性试验研究

为提高对青稞机械化联合收获和脱粒的效率、芒草分离率和碎芒率,减少含芒率,以及提高对青稞芒做饲料用的利用率,对甘肃,青海种植较广的昆仑14号、肚里黄、北青23号3种不同品种的青稞芒进行拉伸及剪切的生物力学特性试验,得出青稞芒的弹性模量、拉伸最大力、抗拉强度、剪切最大载荷、及剪切强度等各生物力学特性参数的大小,优选出适宜机械化联合收获和脱粒的青稞品种。结果表明:昆仑14号平均弹性模量为2 037.786MPa,拉伸最大力为2.828N,抗拉强度为14.2MPa,剪切最大载荷为4.669N,剪切强度为0.030MPa。与肚里黄、北青23号相比,昆仑14号各项生物力学特性参数数值较小,适宜机械化联合收获、脱粒和碎芒,为青稞机械化联合收获、脱粒及碎芒提供技术参考。     

甘蔗根部蔗芯工程弹性常数的试验研究

为测试甘蔗根部蔗芯弹性工程常数,采用多功能组合试验机、静态电阻应变测试仪和扭转试验机,对甘蔗根部蔗芯进行单轴压缩和扭转试验,用电测法和扭转法测试出蔗芯12个弹性工程常数,并对数据进行了独立样本t检验。结果表明:蔗芯X方向(纤维方向)与Y、Z方向(垂直纤维方向)力学性能存在显著差异,Y、Z方向间无显著差异。由此认为甘蔗蔗芯单向复合材料模型合理,并据此对12个常数进行修订,最终得到7个独立弹性工程常数,即:E_x=813MPa;E_y=152.5MPa;μ_(xy)=0.53,μ_(yx)=0.105,μ_(yz)=0.265;G_(yz)=17.75MPa,G_(zx)=1.14MPa。试验结果为建立甘蔗材料有限元模型,对复杂工况下切割器与甘蔗相互作用的动力学过程进行计算机仿真分析,揭示刀盘切割甘蔗时各种因素对甘蔗宿根破头影响机理提供了初步理论依据。