玉米秸秆皮拉伸和剪切特性试验

为设计玉米秸秆皮穰叶分离机械并优化其参数,本该文对玉米秸秆皮的拉伸和剪切特性进行了二次回归正交旋转试验研究。该文通过试验研究了含水率和取样高度对玉米秸秆皮拉伸强度的影响;含水率、取样高度和剪切速度对玉米秸秆皮的剪切强度的影响。试验结果分析表明:对于抗拉强度,在含水率为30%时玉米秸秆下部秸秆皮的抗拉强度达到最大值,其值为67.2MPa。在研究抗拉强度的2个因素中,取样高度对玉米秸秆皮的拉伸强度影响较显著。对于剪切强度,在研究的3个因素中,剪切速度和含水率对玉米秸秆皮的剪切强度影响较显著,而取样高度对玉米秸秆皮的剪切强度影响不显著。     

含稻秸蔬菜育苗基质块成型工艺参数优化

为了确定黄瓜育苗块成型的最优工艺参数,以育苗基质和水稻秸秆的混合物为原料,育苗块的抗破坏强度和尺寸稳定性为成型质量检测指标,采用四元二次回归通用旋转组合试验设计结合响应面法,探讨了原料含水率、压力、秸秆长度和秸秆含量对育苗块成型的影响,建立了黄瓜育苗块成型特性参数与各因素之间的回归模型.综合分析表明,各因素对育苗块抗破坏强度的影响主次顺序为:压力＞秸秆长度＞含水率=秸秆含量,在交互作用中,含水率与秸秆含量、压力与秸秆长度、秸秆长度与秸秆含量对育苗块抗破坏强度的影响显著(P＜0.05);各因素对育苗块尺寸稳定性的影响主次顺序为:秸秆含量＞含水率＞压力＞秸秆长度,含水率与秸秆长度的交互作用对育苗块尺寸稳定性的影响较显著(P＜0.05).利用Design-Expert8.0.6软件得出理论最优工艺参数,并考虑试验的可操作性,对理论最优工艺参数进行调整及试验验证,得到最优工艺参数:含水率为21％,压力为4.5 kN,秸秆长度为10mm,秸秆质量分数为12％,该组合条件下的育苗块抗破坏强度为23.03 N,尺寸稳定性为82.83％.分析表明,优化后育苗块的理化特性符合黄瓜育苗的农艺要求.该研究可为黄瓜育苗块成型机工艺参数优化提供理论和实践依据.     

宽皮柑橘移动夹持剥皮力学特性与果皮分离特性试验研究

为了解决目前柑橘剥皮设备,果皮一次剥净率较低,且损伤率较高。需要人工二次剥皮等问题,探索宽皮柑橘剥皮方法,该文以温州蜜柑为研究对象,利用自制的试验平台开展柑橘剥皮试验,对比了不同加载条件(不同剥皮方向、剥皮宽度及剥皮速度)对温州蜜柑的果皮分离过程中拉力值以及果皮分离位移的影响规律。试验结果表明:1)柑橘的剥皮特性具有各向异性,剥皮方向对剥皮特性具有显著性影响(P0.05),沿柑橘轴向方向剥皮,剥离的果皮长度与径向相比长约15%,且剥皮过程果皮能够均匀剥离;2)柑橘果皮分离过程中大致存在3种果皮断裂形态,其中剥离的果皮形态呈对称状,剥皮过程较为平稳;而剥离的果皮形态呈偏移或是果皮边缘带锯齿状,剥皮过程均存在波动过程,果皮呈斜向撕裂,剥离的果皮长度小于正向撕裂的对称状果皮长度;3)剥皮宽度、剥皮速度对柑橘果皮分离的最大拉力值有显著影响(P0.05),对果皮分离位移影响不显著(P0.05),其对剥皮长度影响较小,根据试验指标及自身剥皮设备参数,夹持较宽(采用环割划皮)的果皮,较高的剥皮速度(300 mm/min以上),利于提高剥皮效率。该研究可为宽皮柑橘的机械剥皮加工设备提供一定的理论依据。     

三峡库区紫色土渗流—应力的耦合关系

[目的] 研究三峡库区紫色土在渗流与应力耦合作用下的渗透特性和抗剪强度特性,深入探究紫色土应力—渗流的耦合关系,为农业工程、边坡工程、水土保持等实际工程应用提供理论参考。[方法] 以三峡库区紫色土为研究对象,借助SLB-1A型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪,分析多因素耦合对紫色土抗剪强度特性和渗透性的变化。[结果] 含水率对三峡库区紫色土的黏聚力c与内摩擦角φ的影响程度不同,并在含水率为11%处取得峰值,内摩擦角随含水率增大而减小,二者变化趋势符合线性变化的特征;紫色土渗透性的变化在不同含水率梯度间存在较大的差异性,且含水率在11%～13%之间时差异性相对显著;以渗透压等于40 kPa为临界值,紫色土的渗透性降低形式不同;主应力差控制值越大,不同含水率紫色土的渗透性降低越显著。[结论] 渗透—剪切作用下,含水率和围压极大影响了紫色土的抗剪强度,其黏聚力在含水率11%处取得峰值,黏聚力和内摩擦角的变化符合线性变化;相同条件下,主应力差控制值越大,不同含水率紫色土的渗透性降低越显著,主应力差的贡献率高于含水率。各因素对影响紫色土渗透性的贡献率由高到低依次为：渗透压＞主应力差＞围压＞含水率。     

蒸汽爆破发酵棉秆饲喂绵羊效果分析

为了研究蒸汽爆破与微生物发酵联合处理的棉秆对育肥期绵羊生产性能及血液生化指标的影响。试验选取健康的5月龄的巴音布鲁克公羊30只,依据体质量进行单因素完全随机试验设计,分为蒸汽爆破发酵棉秆组、棉秆组和玉米青贮组,每组10只。试验期40 d。试验结果表明:干物质采食量在各组间差异极显著(P0.01)。蒸汽爆破发酵棉秆组的日增质量比棉秆组高49.21%(P0.05);玉米青贮组的日增质量比棉秆组高44.45%,具有显著趋势(0.05P0.1);料肉比棉秆组蒸汽爆破发酵棉秆组玉米青贮组。玉米青贮组的血液球蛋白质量浓度比蒸汽爆破棉秆组和棉秆组低17.02%和20.01%,差异显著(P0.05)。玉米青贮组的血液总蛋白质量浓度比棉秆组低11.90%(P0.01),比蒸汽爆破发酵棉秆组低7.86%(P0.05)。白蛋白与球蛋白的比值蒸汽爆破发酵棉秆组比玉米青贮组低18.68%(P0.05)。棉秆组的谷丙转氨酶比玉米青贮组和蒸汽爆破发酵棉秆组高69.80%和77.67%,差异极显著(P0.01)。玉米青贮组的血液胆固醇摩尔浓度比棉秆组低36.13%(P0.05)。低密度脂蛋白摩尔浓度玉米青贮组比棉秆组低50.00%(P0.05)。试验结果说明:棉秆经蒸汽爆破发酵后,其饲喂品质高于棉秆而低于玉米青贮,对育肥羊的安全性要优于粉碎棉秆,能减轻对绵羊机体的伤害;育肥羊的增重效果高于棉秆而接近玉米青贮,料肉比高于玉米青贮而低于棉秆。在棉花种植区,利用蒸汽爆破和微生物发酵技术联合处理棉花秸秆,可能有助于棉花秸秆的饲料化利用。     

重塑黄土抗剪强度的环剪试验研究

[目的]研究大应变条件下黄土强度的影响因素及规律,为黄土地区发生滑坡等大变形破坏提供理论依据。[方法]利用环剪仪对重塑黄土进行大剪切位移下的剪切试验,探究不同正应力及剪切方式对不同含水率的重塑黄土其残余强度的影响。[结果]正应力越大,残余强度越大,达到残余强度所需的剪切位移越小;随着含水率的增大,残余黏聚力浮动值不大,残余内摩擦角逐渐减小,并据此拟合出残余内摩擦角与含水率的参考公式;从脆性指数的角度得出所研究的重塑黄土的应变软化都不明显,且脆性指数随着正应力和含水率的增加而降低。[结论]重塑黄土的峰值强度和残余强度受含水率、正应力的影响规律相似,可通过含水率对残余强度进行估算。     

崩岗侵蚀对土壤速效养分质量分数及化学计量比的影响

为揭示崩岗侵蚀对土壤速效养分及化学计量比的影响,选取福建省长汀县黄泥坑崩岗群微度、中度和强度崩岗3处为研究对象,测定和分析了0 ～ 30 cm土层集水坡面、崩壁、崩积体以及沟道部位的土壤基本物理性质、速效养分及化学计量特征.结果表明:1)随着侵蚀强度的增加,硝态氮和速效磷质量分数表现为强度＞中度＞微度,中度侵蚀崩岗铵态氮质量分数最低,速效钾质量分数最高;从水平方向上,各速效养分质量分数表现为速效钾(AK)＞铵态氮＞硝态氮＞速效磷(AP);垂直方向上,各速效养分质量分数大致随着土层深度而降低,但同一侵蚀强度内各质量分数差异较小.2)土壤速效氮为铵态氮与硝态氮的总和(AN),AN/AP比表现为微度＞强度＞中度,微度与中度差异显著(P ＜0.05);AK/AN比为中度＞微度＞强度,中度与强度差异显著(P ＜0.05);AK/AP比为微度＞中度＞强度,微度与中度差异显著(P＜0.05).3)从集水坡面、崩壁、崩积体至沟道,3种类型崩岗的铵态氮和硝态氮平均值都呈降低的趋势,速效磷逐渐升高,速效钾在崩积体处最低,其他3个部位变化不大;土壤AN/AP、AK/AP比呈降低的趋势,AK/AN比在沟道处最高.4)速效养分化学计量比与砂粒、粉粒、pH和有机质皆密切相关,黏粒、容重和含水率对其影响相对较小.     

棉秆田间起拔力测量系统设计与试验

为探讨土壤、棉秆直径、起拔角度等因素对棉秆起拔阻力的影响,该文基于虚拟仪器技术,设计了一套棉秆田间起拔力实时测量系统并进行了棉秆起拔阻力测试试验。该系统由起拔力测量机械装置和起拔力测量软件组成,采用LabVIEW进行编程,实现了信号的采集读取、分析运算、实时显示及保存。利用万能材料试验机对该系统测量精度进行了标定,结果显示测量负载最大相对误差为0.4%。分别在土壤干基含水率26.93%、28.13%、25.44%;起拔角度30°、40°、50°;起拔线速度6..28和9.42mm/s条件下,以土壤含水率、棉秆根部直径、起拔角度、起拔线速度为影响因素,进行了田间棉秆起拔力测量单因素试验。试验结果表明,土壤含水率对棉秆起拔力存在影响,棉秆起拔力随棉秆根部直径增大而增大;对起拔角度和起拔线速度的回归分析表明,起拔角度对棉秆起拔力存在显著影响,起拔线速度对棉秆起拔力的影响受土壤条件差异影响,在土壤含水率较低（坚实度高）时,起拔线速度对起拔力影响显著;试验条件下最优起拔角度为30°,最优起拔线速度为6.28 mm/s。该系统能快速完成棉秆起拔力的测试,采集的数据可为棉秆收获机械设计提供参考;合理选择棉秆收获机械起拔角度,有利于减少动力消耗、提高生产效率。     

木薯力学特性测试

木薯力学特性参数的研究,对木薯收获机械的设计、动力学仿真、数学模型建立具有重要意义。采用物理试验方法,利用中国科学院长春科新试验仪器研究所生产的WDW3100微机控制电子万能实验机,测定了华南205木薯块根、茎秆物理力学特性参数,且对数据进行了数理统计分析,结果表明,木薯块根可视为一各向同性材料,其平均轴向拉伸强度、轴向压缩强度、径向压缩强度、轴向剪切强度、径向剪切强度、抗弯强度、轴向弹性模量、径向弹性模量分别为：0.34、0.74、0.76、0.22、0.37、2.66、7.23、7.22 MPa;木薯茎秆为一各向异性材料,其平均轴向拉伸强度、轴向压缩强度、径向压缩强度、轴向剪切强度、径向剪切强度、抗弯强度、轴向弹性模量、径向弹性模量分别为：10.23、6.26、1.43、1.86、2.53、10.80、5.24、35.36 MPa。     

土壤容重和含水率对紫色土坡耕地耕层抗剪强度的影响

土壤抗剪强度既可评价土壤侵蚀敏感性,也是反映耕层土壤耕作性能的重要参数。不同剪切方式下土壤抗剪强度指标存在一定差异,以紫色土坡耕地耕层土壤为研究对象,采用室内重塑土三轴及直剪试验方法,研究容重和含水率对紫色土坡耕地耕层土壤抗剪强度的影响,并分析了2种试验方法的差异性。结果表明:(1)紫色土坡耕地耕层土壤黏聚力(c)总体随容重(ρd)增大而增加,随含水率(w)增加而减小,三轴及直剪试验条件下黏聚力最大值均出现在容重1.4 g/cm^3、含水率10%水平下,分别为32.33,21.78 kPa。耕层土壤内摩擦角(φ)随容重增加而增大,随含水率增大而减小,三轴及直剪试验条件下内摩擦角最大值均出现在容重1.4 g/cm^3、含水率10%水平下,分别为22.67°,29.11°。(2)在同一围压下,耕层土壤最大主应力差随容重增加而增大,随含水率增加而减小;在同一容重和含水率水平下,耕层土壤的最大主应力差随着围压升高而增大。(3)耕层土壤容重、含水率的交互作用对黏聚力和内摩擦角影响显著(P<0.05),对坡耕地耕层土壤抗剪强度抵抗侵蚀作用的最优土壤容重-含水率条件为1.4 g/cm^3—10%。(4)不同剪切方式影响了土体抗剪强度指标,耕层土壤黏聚力在三轴试验条件下大于或接近直剪试验结果,而土壤内摩擦角则明显小于直剪试验结果,这主要与两种剪切试验原理差异有关。     

苎麻茎秆力学模型的试验分析

为了提供苎麻收割、剥制机械研究设计的力学参数及理论基础,论文对苎麻茎秆的几何形状进行假定,运用复合材料力学理论建立苎麻茎秆力学模型,利用微机控制万能试验机对苎麻茎秆各向(轴向、径向)及各组分(木质部、韧皮部和茎秆整体)进行拉伸、压缩、弯曲等力学试验,获得力学参数数据,并通过数据的分析计算获得苎麻茎秆力学模型的全部弹性参数。同时,试验结果表明,苎麻茎秆在轴向拉伸中表现更多为木质部的承载作用,其韧皮部与木质部的粘附力不能阻止韧皮部沿木质部表层滑移;苎麻茎秆径向弹性参数测量值和通过各组分弹性参数值计算获得的计算值接近,苎麻茎秆径向符合复合材料的特性。     

农作物秸秆特性及其重组材性能

该文通过纤维离析、显微镜观察及化学成分测定研究了棉秆、烟秆、大豆秸秆及辣椒秆的原料特性,并利用脲醛胶压制了4种秸秆的重组材,结果表明：4种秸秆均由韧皮部、木质部和髓心组成,木质部是用于重组材生产的主要部分;4种秸秆的主要化学成分与木材相似,但4种秸秆的灰分、抽出物质量分数较高;利用脲醛胶可以压制秸秆重组材,但其工艺参数需要进一步探索。     

甘蔗茎秆在扭转、压缩、拉伸荷载下的破坏试验

甘蔗茎秆物理力学特性是建立甘蔗茎秆材料模型和茎秆在各种荷载下本构关系的基础。该文以“桂林—1号”甘蔗的茎秆为试验材料,采用自制的夹具,在扭转试验机上进行扭转试验,在材料力学万能试验机上进行拉伸、压缩试验。试验结果表明：在扭转荷载下,甘蔗茎秆的破坏形式为产生轴向裂纹;在压缩荷载下的破坏形式为屈曲,并产生轴向裂纹;在拉伸荷载作用下,蔗皮、蔗芯的破坏形式为断裂。对试验用 “桂林－1号”甘蔗茎秆的基部,切变模量的平均值为10.82 MPa,最大剪切应力的平均值为0.45 MPa;基部第一、二、三节的抗压强度平均值分别为14.47 MPa、9.93 MPa和8.24 MPa。基部蔗皮轴向、径向拉伸强度平均值分别为47.02 MPa和2.57 MPa,蔗芯轴向、径向拉伸强度平均值分别为6.71 MPa和1.34 MPa。     

甘蔗茎在弯曲荷载下的破坏

研究甘蔗的物理力学特性对研究甘蔗切割过程、设计刀片具有重要意义。该文采用三点弯曲方法研究甘蔗茎在弯曲荷载下的力学特性。以“桂林—1号”甘蔗为试验材料,在日本SHIMADZU公司生产的AG-I 50 AUTOGRAPH材料力学试验机上进行了蔗茎的弯曲试验。试验结果表明：蔗茎在弯曲荷载下主要有4种破坏形式：中性层裂纹、横向裂纹、底部纵向裂纹、不规则裂纹。其中基部和尾部试样以横向裂纹为主,其他部位的试样产生中性层裂纹;“桂林-1号”甘蔗基部弹性模量的平均值为1172 N/mm²,最大抗弯强度的平均值为46.5 N/mm²;基部去掉蔗皮后,弹性模量的平均值为1514.8 N/mm²,最大抗弯强度的平均值为42 N/mm²;蔗茎基部的弹性模量在剥皮前后有显著差异,且基部蔗芯的弹性模量明显高于未剥蔗皮基部的弹性模量。蔗茎基部的抗弯强度在剥皮前后无显著差异。     

疏解棉秆的微波干燥动力学及能耗分析

为了研究疏解棉秆微波干燥过程中装载量对干燥时间、干燥速率、干燥效率以及单位能耗的影响,该试验采用微波频率为2 450 MHz,输出功率为1 k W的微波干燥设备,装载量范围在34~200 g的疏解棉秆进行干燥。结果显示:干燥过程经过一个短暂的升速后较长时间处于降速阶段;采用7种常见薄层干燥模型对干燥数据进行非线性拟合,通过比较决定系数、均方根误差、离差平方和,发现Midilli模型是表述疏解棉秆微波干燥的最优模型,干燥系数随着装载量的增加而减小;装载量从34 g增加到200 g时,干燥时间也随之从10 min增加到20 min;疏解棉秆的水分有效扩散系数随着装载量的增加而减小,其平均值介于1.8078×10-8~4.1997×10-8 m2/s,同时基于Arrhenius方程,求得平均活化能为4.82 W/g;装载量在34~200 g时,通过提高装载量能够提高微波干燥效率(7.52%~19.78%),同时降低微波干燥的单位能耗(12.49~35.90 MJ/kg)。研究结果为棉秆的干燥和工业化生产提供参考。     

工业大麻茎秆力学模型的试验分析

为了促进工业大麻产业的快速发展,为大麻收获机械的研究与设计提供物料的机械性能参数指标,作为收获机具的研究依据,该文通过综合利用复合材料力学的基础知识对工业大麻茎秆的机械物理模型进行假定,再利用 WDW-10万能试验机对工业大麻茎秆各组成部分分别进行轴向拉伸、轴向和径向压缩、径向弯曲等力学性能的试验,从而获得工业大麻茎秆的力学性能数据,再通过复合材料理论的基础知识进行综合分析与计算,获得工业大麻茎秆力学模型的性能参数,最后通过比较分析得出假定的数学模型基本可靠。通过试验得到的木质部轴向弹性模量为1343.5 MPa,韧皮层径向弹性模量为3607.5 MPa,茎秆的轴向弹性模量为1743.50 MPa,茎秆的径向压缩弹性模量为88 MPa,木质部异性面弯剪模量为33.52 MPa,茎秆异性面弯剪模量为31.99 MPa,木质部、韧皮层、茎秆的同性面泊松比为0.3。通过试验数据可以看出,大麻茎秆的各组成部分具有优异的机械性能,其中韧皮纤维的机械性能尤其突出。试验结果表明,工业大麻茎秆径向结构符合复合材料的特性。通过测量工业大麻的力学性能参数,可为优化工业大麻收获机具的强度与刚度提供参考,使机具在收获过程中的功耗最少、割茬质量最高。     

苎麻茎秆冲击断裂韧性试验与分析

为了揭示不同含水率的茎秆在冲击载荷下,韧皮部和木质部的分离断裂能分布规律,以收获期二麻为试验对象,参照GB/T 1843-2008试验标准,采用TF-2056B悬臂梁冲击试验机对不同部位和不同含水率条件下的苎麻茎秆进行了冲击断裂能量试验。试验数据表明:苎麻茎秆下端部冲击断裂韧性最大,苎麻整秆最大冲击断裂能平均值为0.5067 J;含水率为84.04%时,苎麻茎秆冲击分离效果最好,连接木质部与韧皮部的"形成层"冲击断裂分离能由下端部至梢部依次为0.3072、0.2165、0.1662 J。该研究为苎麻茎秆收割、储存、剥离时间段选择及低能耗高效率分离机构设计提供理论依据。     

HYDRUS模型与遥感集合卡尔曼滤波同化提高土壤水分监测精度

精确地估测干旱区土壤水分含量,对该区域的农业发展与水土保持具有重要意义。该文以MODIS与Landsat TM数据为数据源,利用其反演获得的条件温度植被指数(temperature-vegetation drought Index,TVDI)作为观测算子,将集合卡尔曼滤波(ensemble Kalman filter,En-KF)同化方法应用于水文模型(HYDRUS-1D),进行干旱区表层土壤水分的模拟。结果表明:遥感数据反演土壤水分所构建的二维特征空间TVDI与表层土壤水分有较好的一致性;En-KF同化方法对模型变量与观测算子的更新,与单纯使用HYDRUS模型相比,获得的表层土壤水分含量精度有了明显提高,其均方根误差缩小了1个百分点,平均误差缩小了5个百分点。可见,基于多源遥感数据对表层土壤水分的En-KF同化模拟在干旱区具有较大的潜力,是提高干旱区土壤水分含水量监测精度的有效手段。