红心萝卜种植农艺及物理力学特性研究

研究红心萝卜的种植农艺,归纳红心萝卜的种植特点。通过对收获期红心萝卜植株的外形尺寸测定,得出红心萝卜几何尺寸的主要分布区间和变化范围。借助万能试验机的压缩加载试验,研究红心萝卜不同位置、加载速度及含水率对红心萝卜的力学特性的影响,并采用origin软件得到红心萝卜压缩试验的拟合曲线,得到收获期红心萝卜的弹性模量和最大抗压强度,为红心萝卜的收获、加工提供必要的理论依据。研究结果表明:红心萝卜多采用垄作和平作两种种植模式,播种及收获是红心萝卜生产种植的关键环节;红心萝卜头部的弹性模量及最大抗压强度最大,尾部的弹性模量及最大抗压强度最小;加载速度对弹性模量及最大抗压强度影响极显著;红心萝卜取样位置对弹性模量影响极显著,而对最大抗压强度影响不显著;随着含水率的增大,红心萝卜所能承受的最大载荷、弹性模量及最大抗压强度逐渐增大,且脆性越好。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

棉秆压缩力学特性的研究

通过对棉秆的轴向压缩试验研究,得出其试验结果表明:棉秆在相同加载速率、不同节间、不同含水率条件下,其轴向弹性模量与抗压强度不同。棉秆的节间位置、含水率是影响弹性模量和抗压强度的重要因素。干棉秆的弹性模量与轴向抗压强度明显高于湿棉秆,而弹性模量与轴向抗压强度受节间影响,其平均值在节间2时最大。     

萝卜物理及压缩特性的试验研究

通过对白萝卜和青萝卜块根外形尺寸的测量,得出萝卜的物理几何模型,并确定了基本尺寸的变化区间及分布规律。利用万能试验机对萝卜试样进行压缩试验,分别研究加载位置、加载速度对两种典型萝卜的影响。研究结果表明:白萝卜和青萝卜的横截面近似为圆形,几何模型为圆柱体与圆锥体的结合体;萝卜的弹性模量和最大抗压强度受加载位置与速度的影响较大;白萝卜头部的弹性模量及最大抗压强度最大,尾部次之,中部最小;青萝卜尾部的弹性模量及最大抗压强度最大,头部次之,中部最小。随着加载速度的增加,萝卜弹性模量及最大抗压强度逐渐增加。萝卜环状维系结构的受载力学特性存在差异,纵向抗压能力大于横向抗压能力,外部的弹性模量与最大抗压强度分别小于芯部的(差值大于5%),且青萝卜抵抗弹性变形及抗压能力大于白萝卜。     

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。     

玉米秸秆取样条件对其弹性模量的影响研究

弹性模量是研究玉米秸秆机械特性的关键指标之一。本文利用二次正交旋转组合试验设计方案,通过秸秆样品三点弯曲试验研究了含水率、叶鞘位置和取样位置3个玉米秸秆取样因素对玉米秸秆弹性模量的影响。试验表明,各因素的一次项中,只有含水率对玉米秸秆弹性模量的影响极显著;然而3个取样因素的二次项对玉米秸秆弹性模量的影响均显著;此外,含水率和叶鞘位置的交互作用,以及含水率和取样位置的交互作用,对玉米秸秆弹性模量的影响均为极显著。这一结果说明,玉米秸秆弹性模量随取样位置和叶鞘位置的不同而变化的规律,还会受到含水率的交互影响。这些因素对弹性模量的影响很可能是由于玉米秸秆的内部组织结构的不均匀性所导致的。