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。     

苹果损伤力学特性

为了减少采摘机器人在采摘苹果的过程中对苹果果皮造成挤压和碰撞等机械损伤，对苹果机械损伤规律进行研究。以成熟红富士苹果为试验材料，采用CMT6502型精密型微控电子万能试验机进行压缩试验。通过分析苹果方块受压时的力学特性，建立其受压力学模型，计算得到苹果的抗压弹性模量为2.091 MPa，受压时的最大弹性限度0.130 MPa，苹果方块受压时的弹性模量变化基本保持在5~7 MPa。当苹果方块受到的应力值达到其下屈服极限0.125 MPa时，苹果方块形变加快。此研究可为苹果的机械损伤做出较为合理的预判。      

典型萝卜力学特性的对比试验研究

利用万能试验机对白萝卜和青萝卜进行试验,确定了萝卜皮的拉伸力学特性及萝卜的剪切力学特性,并研究了不同含水率对萝卜力学特性的影响。试验结果表明:含水率对萝卜的力学特性影响比较大。随着含水率的增大,萝卜的抗压性能好,且弹性模量、最大抗压强度及最大载荷逐渐增大;白萝卜皮的抗拉力学特性略大于青萝卜皮,且弹性模量小于萝卜内部;白萝卜与青萝卜的剪切面积与萝卜的最大剪切力呈线性正相关;白萝卜的剪切强度为(0.066±0.024)MPa,青萝卜的剪切强度为(0.082±0.02)MPa,白萝卜的抗剪切能力略小于青萝卜,且萝卜的抗剪切能力远远小于萝卜的抗压能力。     

西红柿力学性能试验

结合国内西红柿采摘方式仍比较单一,大多处于人工采摘的现状,对西红柿采摘技术进行研究,从西红柿本身入手,对西红柿的受力进行力学分析,采用带有藤的西红柿作为试验材料,使用精密型微控电子万能试验机进行剪切和压缩试验。采用统计软件对西红柿以及藤的每个阶段力学特性参数进行数据分析,得出西红柿最大抗压弹性强度为0.017 MPa,其弹性模量为8.33 MPa;西红柿藤被剪断的力最小值为233.05 N。西红柿的抗压性能以及西红柿藤受剪切时的参数为西红柿采摘机设计提供参考依据。      

苹果两向异性力学特性和跌落试验研究

压缩和冲击力学特性是与农业物料的损伤密切相关的物理特性。为了确定苹果的力学特性,利用万能试验机对苹果果肉和果皮进行了力学试验,并分析了苹果果肉的压缩特性和果皮的拉伸特性。针对苹果的冲击力学特性,选择冲击材料、冲击材料的水平速度和苹果跌落方向3个因素设计跌落试验。压缩试验表明:苹果果肉径向和轴向的弹性模量分别为(2.81±0.37)、(3.96±0.69)MPa,两向的弹性模量和屈服强度都具有显著性差异,而果皮的横向和纵向在弹性模量上有显著性差异(p<0.05)。跌落试验表明:果实的轴向抗损伤能力强于径向,果实损伤量随着冲击材料的水平速度增大而减小,且冲击材料的表面粗糙度会影响果实损伤量。本研究可为深入理解果实压缩特性和冲击损伤机理提供帮助,并为建立更准确的果实模型提供基础依据。     

葱白力学特性参数的试验研究

收获期大葱葱白的结构尺寸及含水率等影响大葱收获方案、夹持位置和铺放流程的设计,掌握葱白的力学特性,可为大葱的夹送收获方式及收获过程仿真研究提供支持。为此,借助Design-Expert12软件的四因素三水平方案,确定含水率、位置、直径、加载速度对葱白抗压强度及剪切强度的影响规律,且位置对抗压强度及剪切强度的影响显著。通过葱白力学参数测定数据的统计分析,确定葱白各部分的力学特性差异不大,主要受葱白组织结构的影响,且中部的抗压强度及剪切强度较弱,上部和下部相近。试验结果表明:葱白上部抗压强度平均值为0.33MPa,弹性模量平均值为2.44MPa;葱白中部抗压强度平均值为0.37MPa,弹性模量平均值为2.76MPa;葱白下部抗压强度平均值为0.39MPa,弹性模量平均值为2.56MPa;葱白上部剪切强度平均值为0.207MPa,葱白中部剪切强度平均值为0.19MPa,葱白下部剪切强度平均值为0.21MPa。由此可见,大葱葱白力学特性差异不大可视为匀质体,被夹持位置应尽量夹在上部与下部,从而减少大葱的收获损伤。     

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。     

黄金榕枝干物理力学特性参数研究

为给黄金榕切割机构设计提供一定的理论依据及建立黄金榕有限元力学模型,需要研究黄金榕力学性能参数。以黄金榕枝干为试验材料,测量其含水率,并对其进行径向压缩、轴向压缩、三点抗弯和抗剪试验。结果表明:枝干稍部、上部和中部的径向平均抗压弹性模量依次为65.27、80.01和118.30 MPa;枝干轴向平均抗压弹性模量依次为20.64、22.78和26.72 MPa;枝干平均抗弯弹性模量依次为120.10、180.34和221.56 MPa;枝干中部最小抗剪强度为5.60 MPa,最大抗剪强度为16.95 MPa。研究发现,同一部位的枝干所能承受的最大载荷随含水率增加而减小,因此在设计绿篱机时可增设洒水装置,或在黄金榕具有一定湿度时进行修剪。      

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。     

甘薯成熟期秧蔓的机械物理特性参数研究

为了给甘薯秧切割机构的设计及切割动力学分析提供甘薯秧的力学性能参数,以成熟期品种商薯19号甘薯秧为试验材料,在WDW-5E微机控制电子万能试验机上对甘薯秧进行了拉伸、压缩和弯曲试验,得到其拉伸弹性模量为179.77MPa,压缩弹性模量为15.34MPa,弯剪弹性模量为71.79MPa。运用材料力学及弹性力学理论,确定同性面横向剪切模量为6.00MPa,同性面泊松比为0.28,异性面泊松比为0.03。研究结果表明:甘薯秧的拉伸弹性模量与压缩弹性模量存在显著差异,甘薯秧表现为各向异性弹性材料模型。试验结果为建立甘薯秧蔓的力学模型进行甘薯秧蔓的切割研究提供了理论依据,对甘薯秧处理回收机切割装置的结构设计及作业参数确定等具有一定的指导和实际意义。     

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。     

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。     

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。     

生姜力学特性的试验研究

为解决生姜机械化收获损伤率高等问题，探讨了生姜的物理及力学特性。通过试验，测定了收获期生姜含水率为89%～93%,且中部最高、上部次之、下部最低。通过弯曲试验，确定子姜从母姜断裂时的抗弯强度为(1.067±0.033)MPa。借助Design-Expert 12软件，确定了生姜取样位置、取样角度对抗压强度显著，取样位置对抗剪强度显著。通过测定生姜抗压强度试验及抗剪强度，结果表明：生姜上部抗压强度平均值为0.77MPa,弹性模量平均值为2.74MPa,剪切强度平均值为0.47MPa;生姜中部抗压强度平均值为0.82MPa,弹性模量平均值为3.01MPa,剪切强度平均值为0.53MPa;生姜下部抗压强度平均值为0.74MPa,弹性模量平均值为2.95MPa,剪切强度平均值为0.46MPa。由此可见，在收获、运输等环节应尽量避免对生姜子姜上部、下部施加较大力，降低生姜损失。     

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。     

烟秆弯曲与压缩特性试验

为设计烟秆拔取、切割、粉碎和夹持机构,需知道烟秆的某些物理特性,为设计提供设计参数。以收获期烟秆为试验对象,在SANS-CMT6104微机控制电子万能试验机上进行了弯曲、压缩试验。试验结果表明:烟秆抗弯模量平均值64.74MPa,标准差为3.49MPa;最大抗弯强度平均值40.77MPa,标准差1.33MPa;压缩弹性模量平均值为10.41MPa,标准差为4.53MPa。烟秆的最大抗弯力为1668.51N,最大抗压力为2366.87N,最大抗压应力对应的应变值为16.09mm。     

基于三维激光扫描的大麦籽粒力学建模与试验

为研究大麦籽粒在收获、脱粒、贮藏及运输等作业过程的机械损伤,对大麦籽粒进行加载压缩试验和有限元力学仿真。针对目前非规则形状农业物料常规建模方法将其近似处理为规则体,存在测量难度高、数据误差大、仿真精度低等问题,提出了一种基于三维激光扫描的大麦籽粒建模及其力学特性研究方法。以5种含水率、3种加载方式的大麦籽粒为研究对象,利用万能材料试验机对其弹性模量、破碎负载等力学参数进行了测定,结果分别是：大麦籽粒的弹性模量为87.39～167.84MPa,破碎负载为70.40～157.32N,屈服强度为0.85～2.12MPa,最大应变为0.26%～1.15%。结果表明：随着含水率的增加,3种加载方式下大麦籽粒的弹性模量、破碎负载和屈服强度均明显下降;相同含水率条件下,侧放加载时破碎负载最大,立放加载时破碎负载最小。基于三维激光扫描技术获取了大麦籽粒点云数据,利用Geomagic Studio和Pro/E对其进行点云处理、去噪和逆向建模,得到与真实大麦籽粒形态高度相近的几何模型并进行有限元力学仿真。对比3种加载方式下的试验值和仿真值,两者最大偏差为7.2%,表明了基于三维激光扫描的大麦籽粒建模方法的有效性和精确性。     

荔枝果核力学特性分析及试验

针对荔枝果核的物理机械特性,运用Hertz弹性接触理论,建立果核压缩过程力学模型.通过对荔枝果核的压缩试验,测得其理学特性参数,结果表明:荔枝果核在压缩过程中主要为弹性变形,达到破坏极限时,果核产生应力裂纹或破碎而破坏;果核的弹性模量在20～50MPa之间,最大值出现在压缩开始阶段,并逐渐减小,趋于稳定.上述结果为荔枝去核理论的发展及相关机械的设计等提供了必要的参考.     

棉秆有限元模型构建及切割参数标定

为了给棉花打顶机械设计提供参数,利用复合材料力学知识建立了打顶时期棉秆的力学模型,获得其力学参数,并按不同方向进行了压缩和弯曲力学试验。采用HY-0580微型机电子万能力学试验机进行了不同组分的试验,所有机械弹性参数应用复合材料理论分析计算,确定了打顶时期顶部棉秆轴向压缩弹性模量:E_Z=11.25MPa,径向压缩弹性模量E_X=E_Y=3.81MPa,异性面弯剪模量G_(XZ)=G_(YZ)=0.605MPa,同性面弯剪模量G_(XY)=4.32MPa。利用三维实体建模软件建立切割棉秆模型,导入有限元分析软件ANSYS中进行显示动力学分析,采用Box-Behnken模型试验法对影响切割功耗因素进行优化试验研究,建立了切割功耗与刀片刃角、刀片转速与前进速度的二次回归模型。对模型响应曲面分析寻优,得到最佳结构及作业参数,即在刀片刃角31°、转速3394.6r/min、前进速度1.8km/h时,切割功耗为1.6kW。     

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。