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。     

棉秆力学性能试验

以创新棉958棉秆为试验材料,在万能试验机上对收割期的棉秆进行剪切、压缩、弯曲力学性能试验。试验结果表明：试样的含水率在30%～50%时,棉秆底部和中部的抗压强度、剪切强度较小,分别为1.66～3.13MPa、0.74～1.12MPa;试样的抗弯强度随含水率的升高而降低,试样底部弯曲强度为4.20～5.08MPa。在剪切、压缩、弯曲试验中,试样底部消耗的功分别为2.98～4.32N·m、2.91～4.34N·m、1.51～4.18N·m。     

木薯茎秆茎向力学特性试验研究

为研究木薯茎秆力学特性沿茎秆方向的分布规律,对其进行了压缩、剪切、弯曲试验,以加载方向、茎秆直径为试验因素,以最大承载力为响应指标。结果表明:沿径向加载时,压缩力最大,剪切力次之,弯曲力最小;沿轴向加载时剪切力最小。同时,给出各方向加载情况下受力与茎秆直径的线性方程。     

玉米根土复合体剪切性能试验

以玉米品种沈农46自然状态的根土复合体为试验材料,在电子万能试验机和自制的试样周围压力系统上进行剪切力学性能试验。试验结果表明：含水率是影响极限剪切应力的最显著自然因素,极限剪切应力基本随着含水率增加而增大;距离根茎中心约20 mm的竖直剖面极限剪切应力最大,通过根茎中心的剖面次之,对于大于20 mm的其他剖面,距离根茎中心越远,极限剪切应力越小,结合垄作规格,破茬刀在距离垄台中心40 cm左右的剖面进行作业是合理的;在该剖面地表下20~60 mm位置,玉米须根最发达,抗剪切应力最大,约为5.20~7.15 MPa,是破茬装置功率损耗最大的工作段。     

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。     

成熟期油菜茎秆力学特性试验研究

为了给高效、低耗油菜联合收割机切割装置的设计提供理论依据,以"湘杂油743"成熟期茎秆为试验材料,分别测定其弹性模量E、剪切弹性模量G、剪切力F和含水率.试验结果表明:成熟期油菜茎秆弹性模量E稳定在160MPa,剪切弹性模量G稳定在11kPa;油菜茎秆的弹性模量和剪切弹性模量随茎秆含水率的减小而增大,第1分支处的剪切力随含水率的下降而先上升后下降,最大值为115N.同时,拟合了本品种茎秆直径随沿轴线高度变化的关系方程,并得到第一分支处的平均直径为11.09mm.     

种子玉米果穗芯力学特性试验研究

为进一步缓解玉米果穗芯在脱粒、输送过程中受到脱粒装置对其挤压、弯曲作用产生断裂所引起籽粒破碎率、穗芯破裂含杂率高的问题。通过选取穗轴径为30±0.2mm、32±0.2mm和35±0.2mm的5种不同含水率(依次为10.5%、13.2%、15.7%、18.3%和22.6%)种子玉米果穗芯,借助电子力学试验机完成果穗芯的压缩与弯曲试验,获得种子玉米果穗在静态压缩、弯曲下的最小破裂载荷平均值分别在131.86~343.28N、82.92~283.70N之间。试验结果表明:在相同含水率下,种子玉米果穗芯压碎、弯曲最小破裂载荷平均值皆随着果穗芯轴径的增加而增大;当果穗芯轴径值相同时,其含水率越大,对应压缩、弯曲最小破裂载荷平均值越小。研究结果为研制高性能种子玉米脱粒装备、玉米穗芯加工处理设备提供参考与借鉴。     

水稻根茬-土壤复合体剪切特性试验

为了降低稻茬地少耕免耕过程中的阻力,提高作业质量,同时为破茬开沟装置提供设计依据,采用自制的剪切试验装置在万能材料试验机上对水稻根茬-土壤复合体进行了剪切试验,对根茬-土壤复合体含水率、土壤容重、根茬-土壤复合体的当量直径、剪切位置、剪切速度、切刃刃角、切刀刃口形状7个因素进行了单因素试验。在单因素试验的基础上选取根茬-土壤复合体含水率、剪切速度、切刃刃角3个因素进行了正交试验。单因素试验结果显示:极限剪切应力与复合体的含水率呈二次多项式函数关系,与土壤容重呈幂函数关系,与根茬-土壤复合体直径呈二次多项式函数关系,与剪切速度呈对数函数关系,剪切位置距离根茬中心越远极限剪应力越小,切刃刃角越小极限剪切应力也越小;在4种形状的刃口切刀中,凹圆弧切刃的极限剪切应力最小。正交试验结果表明:切割速度450 mm/min、含水率25%、切刃刃角15°时,极限剪切应力最小。     

木薯茎秆力学特性试验与研究

为给木薯茎秆的机械化收获和处理提供理论依据和基础技术参数,对收获期内"华南205"品种木薯茎秆的上、中、下3种不同生长部位分别进行不同含水率下的弯曲、轴向压缩、径向压缩试验,得到茎秆的最大载荷和强度,并利用SAS软件分析各因素的影响显著性。结果表明:弯曲最大载荷均值、抗弯强度均值分别为:329.50N、12.90MPa(上部),699.41N、13.59MPa(中部),1 187.78N、15.26MPa(下部);木薯茎秆的轴向压缩最大载荷均值、压缩强度均值分别为:2 187.28N、10.65MPa(上部),3 867.63N、11.97MPa(中部),5 892.03N、12.81MPa(下部);径向压缩最大载荷均值、压缩强度均值分别为345.40N、1.24MPa(上部),542.90N、1.19MPa(中部),662.97N、1.09MPa(下部)。方差分析结果表明:生长部位对木薯茎秆压缩、弯曲的最大载荷以及对抗弯强度、径向压缩强度均有极显著性的影响,含水率对弯曲最大载荷有显著性影响,含水率对轴向压缩强度有显著性影响。     

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。     

棉秸秆力学特性和拉拔阻力研究

棉秆力学特性是研究棉秆收获机械的理论基础。为此,通过采集不同时期的棉秆,测定力学性能和物理性能;通过典型相关性分析,研究棉秆的物理性能与力学特性的关系;采用线性回归模型分析棉秆起拔力、土壤紧实度、棉秆直径及棉秆含水率的关系,对模型进行优化并建立棉秆的起拔力模型。试验结果表明:抗拉强度在含水率最高为61%时达到最大值37.65MPa,当含水率在在15%～50%之间,棉秆的抗拉强度变化不大,平均抗拉强度集中在21.5～25.8MPa之间;对于抗弯强度,在含水率在为15%时达到最高值33MPa,当含水率在25%～55%之间,棉秆的抗弯强度变化不大,平均抗弯强度集中在23.5～27MPa之间;对于棉秆起拔力,在土壤紧实度为最低的3.3kg/cm时达到最小值340.7N,棉秆的起拔力随着土壤紧实度的降低而减小。通过典型相关性分析可知:棉秆的弯曲破坏载荷及拉伸破坏载荷与棉秆的直径和棉秆的含水率都有着显著的相关性,且棉秆直径对弯曲和拉伸破坏载荷的影响远大于含水率对棉秆拉伸和弯曲破坏载荷的影响;含水率与棉秆的抗拉强度呈正相关,与抗弯强度呈负相关。对棉秆的起拔力与棉秆含水率、棉秆直径及土壤紧实度进行多元回归分析,得到棉秆起拔力与棉秆直径以及土壤紧实度的模型为y=-111.73707+45.39254x_1+23.89125x_2,其拟合优度为0.81,可用于对棉秆起拔力的预测和拔棉秆机的设计研究。该研究对于推进棉秆机械化回收发展具有重要的指导意义。     

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。     

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。     

棉秆剪切力学特性的研究

以新疆棉花主要种植品种新陆早的秸秆作为试验材料,10mm/min的加载速度,在万能试验机上对收获期的棉秆进行剪切力学特性试验。试验结果表明:棉秆根部、中部、顶部的平均峰值切割力范围分别为3.16~3.55kN、1.82~2.08kN、0.70~0.88kN;影响棉秆破坏载荷的关键因素为棉秆直径;棉秆破坏载荷随含水率增加先减小后增大,含水率在17%时破坏载荷最小,由此可以确定此时进行棉秆收获或粉碎还田最适宜。     

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。      

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。     

番茄苗钵顶取式机械力学特性试验

取苗成功率和取苗质量除了与取苗机构的结构有关外,苗钵的力学特性也是重要的因素。为此,对番茄苗钵进行了顶出力和抗压性能试验,分析了不同基质含水率、顶杆直径和顶苗速度对顶出率的影响,并通过试验建立了基质苗在不同含水率下的抗压力与压缩量的变化曲线。结果表明:顶苗速度、顶杆直径和基质含水率对顶出率的显著性影响程度由大到小依次为B、C、A;随着基质含水率的上升、顶杆直径的减小,顶出率会逐渐下降;在含水率为35.09%、顶杆直径为8mm时,顶出率达到100%;在含水率为57.23%、顶杆直径为5mm时,顶出率最低,仅为81.25%;基质块抗压力随压缩量的增加呈加速上升趋势,在压缩量到达12mm时,3种含水率下的抗压力分别为48.89、43.87、35.85N。此研究结果为取苗机构的设计提供了理论依据。     

基于结构设计竞赛的纸质杆件极限承载力影响因子分析

以湖南省第七届大学生结构设计竞赛纸质模型制作为例,研究了纸质试件的截面几何特性、长细比、含水率以及制作方法对设计极限抗压承载力的影响。通过利用改装过的HC-MD60高精度铆钉拉拔仪进行试验,试验结果表明:试件极限抗压承载力在厚度一定时与内径成反比,在内径相同时与厚度呈正相关,与长细比的平方成反比;承载力随着含水率减小而增大,在1%含水率附近接近峰值,之后不再随含水率减小而出现明显变化,只在末端处涂胶的承载力更大,自重更轻。     

燕麦茎秆理化组分分析与动态力学特性研究

燕麦茎秆的机械力学特性是燕麦生长、收获、脱粒和清选工艺与装备设计的基础,也是作为一种高分子资源深加工改性的基础。考察了不同节间的燕麦茎秆理化组分和微观结构特点;试验分析了燕麦茎秆在静态加载条件下的剪切和压缩特性,结果表明含水率显著影响其剪切和压缩力学参数;利用动态力学分析仪,重点研究了不同含水率燕麦茎秆的动态机械力学特性,结果表明燕麦茎秆具有粘弹特性,含水率在15.14%时,应变最小,为0.0052。随着含水率的增加,茎秆弹性降低,粘性增加;试验获得的蠕变-恢复和应力松弛曲线分别引入Burgers模型和五元素广义Maxwell模型进行拟合,决定系数均达到0.99以上。其中,随着含水率的增加,弹性模量和平衡弹性模量呈下降趋势,应力松弛时间增大。燕麦茎秆的组分结构分析与力学特性变化规律研究,可以为燕麦收获、茎秆收集和加工机械的研制提供试验基础。     

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。