4种植物生长旺盛期根系易受损的外力类型研究

在植物生长旺盛期,采用材料试验机测定3~4年生柠条、沙柳、沙棘、白沙蒿在1~4mm径级范围内的侧根分支处、相邻上级直根的抗拉力与抗折力,研究4种植物根系易受损的外力类型。结果表明:同径级条件下,柠条和沙柳的侧根分支处、相邻直根均表现为抗拉力小于抗折力,而沙棘和白沙蒿侧根分支处和相邻直根均表现为抗拉力大于抗折力。侧根分支处抗拉强度和抗折强度分别为:柠条(23.70±3.97)(33.66±7.74)MPa,沙柳(14.86±1.28)(17.31±1.91)MPa,沙棘(10.61±2.40)(3.97±1.23)MPa,白沙蒿(5.07±1.25)(2.18±0.39)MPa;相邻直根的抗拉强度和抗折强度分别为:柠条(28.02±4.40)(47.06±4.41)MPa,沙柳(20.33±1.76)(27.54±3.82)MPa,沙棘(15.86±3.90)(8.75±1.71)MPa,白沙蒿(8.80±1.74)(6.15±1.01)MPa。在生长旺盛期,造成柠条和沙柳根系易损的外力类型为轴向拉力,造成沙棘和白沙蒿根系易损的外力类型为径向折力。同一径级下,4种植物根系的抗拉强度、抗折强度均为侧根分支处小于相邻上级直根。4种植物根系抗拉强度和抗折强度的种间差异均为柠条沙柳沙棘白沙蒿。在4种植物根系固土作用中,1~1.5mm范围内的细根起主导作用。     

4种植物直根抗折力和抗折强度的研究

以柠条(Caragana microphylla)、沙棘(Hippophae rhamnoides)、沙柳(Salix psammophila)和白沙蒿(Artemisia sphaerocep)的直根为研究对象,采用TY-8000伺服式强力机进行两端固定式折断试验,研究了土体内的根系受到径向折断力作用时,不同径级直根的抗折力和抗折强度。结果表明:在1~6mm径级范围内,4种植物直根抗折力随根径的增加均呈幂函数增长趋势,抗折强度随根径的增加呈幂函数减小趋势;在a=0.05的显著水平下,4种植物直根平均抗折力、抗折强度种间差异性均显著。随着径级的增加,柠条、沙柳、沙棘和白沙蒿4种植物直根平均抗折力范围分别为(79±5.8)~(1 119±104.46),(32±6.12)~(410±36.1),(12±1.5)~(141±6.2),(8±1.2)~(100±2.56)N,直根平均抗折强度范围分别为(62±9.68)~(43±4.01),(25±3.82)~(15±1.42),(8±1.01)~(6±1.29),(6±0.61)~(4±0.14)MPa。1~6mm径级范围内,4种植物种内径级间平均最大折断变形量差异性不大,平均最大折断变形量排序为柠条(16.77mm)沙柳(14.7mm)沙棘(11.22mm)白沙蒿(8.68mm)。     

反复施加拉剪组合力对小叶锦鸡儿直根材料力学特性的影响

以1～5 mm小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)直根为研究对象,采用TY 8000伺服式强力机研究50次加载(荷载为试验根极限抗拉剪组合力的70%)对其材料力学特性的影响。结果表明:承受50次加载后,试验根极限力—径向位移曲线斜率大于对照根;试验根极限抗拉剪组合力及其强度显著高于对照根(p0.05)。反复加载后试验根抗拉剪组合力—根径的函数关系、抗拉剪组合强度—根径的函数关系均与对照根相似,仍分别呈幂函数正相关、幂函数负相关。随着根径由1～2 mm增至4～5 mm,试验根极限抗拉剪组合力由对照根的1.26倍增至1.34倍。随着加载次数的增加,试验根径向位移增量减小。     

半干旱地区3种植物根系的抗弯力特征

[目的]研究内蒙古中西部3种典型水土保持植物柠条(Caragana korshinskii)、沙棘(Hippophae rhamnoides)、紫花苜蓿(Medicago sativa)的根节点与相邻直根在不同直径下抗弯力和抗弯强度,为植物根系网络固土内在机理的研究提供科学依据。[方法]通过悬臂梁弯曲试验的方法,对3种植物的根节点与相邻直根进行抗弯试验。[结果]在测试根径1~5mm范围内,3种植物根节点和相邻直根的抗弯力与直径均呈幂函数正相关,3种植物根节点和相邻上级直根平均抗弯力的种间大小顺序一致,为柠条紫花苜蓿沙棘。在测试根径2~5mm范围内3种植物根节点的平均抗弯强度均小于各自相邻上级直根的平均抗弯强度,且种间大小顺序为柠条(21.87,24.33 MPa)紫花苜蓿(10.69,17.02 MPa)沙棘(4.81,4.95MPa)。[结论]3种植物中柠条根系抵抗弯曲变形的能力最大。沙棘根节点与其相邻直根抗弯强度差值最小,其各级根系间共同作用抵抗变形的能力最好,有利于根系网中各级根系间的固结,更加有助于根系网发挥其固持土体的作用。     

黑沙蒿根系抗拉特性及其与化学成分的关联性

[目的] 探讨根系抗拉特性与主要化学成分含量的关联性,以期充实根系固土力学特性研究以及提供矿区生态恢复和植物保护的理论支持。[方法] 以神东矿区广泛分布的多年生灌木黑沙蒿（Artemisia ordosica）为研究对象,利用TY8000伺服式强力机,研究1~4 mm径级直根段、含侧根分支处根段抗拉材料的力学特性并测定各径级的纤维素、半纤维素和木质素,研究根系材料力学及其与化学成分的关联性。[结果] ①随着根系直径增加,黑沙蒿直根段、含侧根分支处根段抗拉力增加,而抗拉强度和杨氏模量减小,且抗拉力、抗拉强度和杨氏模量都与根系直径呈幂函数关系。②直根段、含侧根分支处根段化学成分含量差异显著（p<0.05）,平均化学成分含量为：半纤维素（31.69%,32.18%） > 木质素（28.42%,25.30%） > 纤维素（15.50%,15.35%）。③随着根系直径增加,直根段纤维素含量减小,半纤维素和木质素含量增加,而含侧根分支处根段纤维素含量减小,半纤维素和木质素含量无变化。④直根段抗拉强度、杨氏模量与纤维素极显著正相关（p<0.01）,与半纤维素、木质素极显著负相关（p<0.01）。含侧根分支处根段抗拉强度、杨氏模量与纤维素极显著正相关（p<0.01）,与半纤维素、木质素无相关性。[结论] 黑沙蒿根系抗拉特性与化学成分表现出一定的相关性,且纤维素是影响灌木根系材料力学特性的主要化学组分。     

大型水库消落带2种典型耐淹草本植物单根抗拉力学特性

研究水库消落带2种典型固土护坡草本的单根抗拉力学特性,可为明确草本根系固土护坡的力学机制提供依据。以狗牙根(Cynodon dactylon)、苍耳(Xanthium sibiricum)2种草本植物为对象,通过室内单根拉伸试验,对比观测了不同根径级别条件下单根的抗拉力、抗拉强度、极限延伸率和弹性模量,分析了各力学特性指标与根径间的拟合关系,并探讨了单根拉伸试验过程中的应力—应变特征。结果表明:(1)狗牙根单根抗拉力平均值大于苍耳,在0.30～0.50 mm和0.90～1.00 mm根径范围内两者达到显著性差异(p0.05),狗牙根单根抗拉力分别比苍耳的大28.06%和9.95%;(2)狗牙根单根抗拉强度平均值是苍耳的1.08倍,在0.40～0.50 mm和0.90～1.00 mm根径范围内两者达到显著性差异(p0.05),狗牙根单根抗拉强度分别比苍耳大24.10%和18.72%;(3) 2种草本单根抗拉力和单根抗拉强度随着根径增大,分别呈幂函数增长和幂函数降低关系;(4) 2种草本单根均呈弹塑性材料特征,单根拉伸过程中的应力—应变关系表现为弹性变形、弹塑性变形、塑性变形和突然断裂4个变化阶段,单根弹性变形阶段的极限拉应力约占极限抗拉强度的50%～70%;(5)狗牙根单根极限延伸率显著大于苍耳(p0.05),分别为(23.59±0.44)%和(14.54±0.38)%,与之相反,狗牙根单根弹性模量显著小于苍耳(p0.05),分别为(474.79±13.82)MPa和(540.77±14.21)MPa。整体来看,草本单根抗拉力学特性与植物类型、根径大小密切相关,狗牙根单根抗拉力和单根抗拉强度均大于苍耳,其单根抵抗外界拉伸作用的能力强于苍耳,说明狗牙根具有更强的固土护坡能力。     

黄土丘陵区不同植物根系抗拉力学特性

植被对于黄土丘陵区的生态修复和物源稳定具有重要意义,其中植物根系抗拉力学特性是影响植物护坡的主要因素。为了研究黄土丘陵区植物根系抗拉特性,以黄土丘陵区3种典型植物种群[狼牙刺(Sophora viciifolia)、铁杆蒿(Artemisia gmelinii)、苔草(Carex lanceolata Boott)]为研究对象,采用野外采样、室内试验与实验分析相结合的方法,探究了3种植物根系抗拉力学特性。研究表明:(1)根长一定时,3种植物的最大抗拉力随着根径的增加而增加,单根极限抗拉强度随着根径的增大而减小;而根径一定时,根系的最大抗拉力和极限抗拉强度随根长的增大而减少;弹性模量值随着根径和根长增长呈下降趋势。(2) 3种植物根系平均最大抗拉力关系为狼牙刺(12.135 N)苔草(11.194 N)铁杆蒿(9.168 N);平均极限抗拉强度为铁杆蒿(15.718 MPa)苔草(15.486 MPa)狼牙刺(6.457 MPa);平均弹性模量分别为铁杆蒿(2.900 N/mm)狼牙刺(1.698 N/mm)苔草(1.003 N/mm)。结果表明这3种植物中铁杆蒿根系的固土能力最好,在选择最为适宜的水土保持物种时可以优先考虑。研究结果可为黄土丘陵区水土保持研究提供一定的科学依据。     

西宁盆地黄土区典型草本植物单根抗拉力学特性试验

为进一步探讨西宁盆地黄土区草本植物根系固土护坡力学效应,该项研究以种植于西宁盆地自建试验区生长期为150 d的垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、细茎冰草(Agropyron trachycaulum Linn.Gaertn.)及紫花苜蓿(Medicago sativa L.)3种草本植物作为试验供试种,通过单根拉伸试验对比分析了3种草本植物在不同根径级别条件下,单根抗拉力、单根抗拉强度以及单根极限延伸率的差异性及其与根径之间的关系,同时进一步分析了3种草本植物单根在拉伸过程中表现出的应力-应变特征。试验结果表明:3种草本植物根径在(0.10,0.20]、(0.20,0.30]、(0.30,0.40]、(0.40,0.50]及(0.50,0.60]mm 5个根径级别条件下,紫花苜蓿单根抗拉力和单根抗拉强度较垂穗披碱草平均高1.32倍、1.30倍,较细茎冰草平均高1.26倍、1.31倍;垂穗披碱草单根极限延伸率较细茎冰草和紫花苜蓿平均高1.13倍和2.16倍。进一步研究表明,在根径为0.10~0.60 mm条件下,3种草本植物单根抗拉力和单根抗拉强度随着根径的增加,分别呈幂函数增长和幂函数降低关系;3种草本植物单根极限延伸率随着根径的增加呈逐渐增大变化趋势。单根拉伸试验过程中,3种草本植物单根应力-应变关系曲线表现出弹性变形、弹塑性变形、应变硬化及断裂破坏4个阶段,其中垂穗披碱草和细茎冰草的应力-应变关系曲线具有双峰值现象。研究结果表明,紫花苜蓿根系增强边坡土体抗剪强度的作用相对较为显著,其次为细茎冰草和垂穗披碱草。该项研究成果对于科学有效防治研究区高寒干旱环境条件下,坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象的发生,具有理论研究价值和实际指导意义。     

黄河源区4种植物根系力学特性及根-土复合体抗剪强度研究

为研究黄河源区高寒草地植物根系力学特性及其增强土体抗剪强度效应,选取黄河源区不同退化类型区的4种优势种草本植物(小蒿草、紫花针茅、矮火绒草、细叶亚菊)开展单根拉伸、剪切试验和根-土复合体直剪试验,结果表明:区内4种草本植物的单根抗拉强度和抗剪强度与根径之间呈幂函数关系,其中紫花针茅的平均单根抗拉强度(46.81 MPa)和平均单根抗剪强度(39.34 MPa)均为最大;4种植物根-土复合体重塑试样及素土试样按黏聚力大小排序为小嵩草(14.16 kPa)紫花针茅(13.25 kPa)矮火绒草(10.89 kPa)细叶亚菊(9.32 kPa)素土(6.07 kPa)。此外,进一步研究表明,区内4种草本植物的平均单根抗拉、抗剪强度与其相对应的根-土复合体黏聚力间存在一定程度的关联性。     

油松根系的固土力学机制

为深入了解林木根系固土力学机制,探讨不同条件下的根系固土作用,对油松根系进行了拉伸、拔出和根土复合体三轴试验。结果表明,油松根系的抗拉力随根系直径的增大成幂函数关系增加,而抗拉强度随直径的增大无明显变化规律;根系受拉的应力—应变曲线特征参数不同,以二次多项式模型拟合效果最好,均为单峰曲线,具有弹塑性材料的特征,极限应力和极限延伸率的大小与根系直径无明显的关系;根土界面最大摩擦力随着根径的增加呈现出近似线性的增长趋势。根径越大,根系越深,根土界面摩擦力就越大,进而对土壤的摩擦锚固作用就越强。相同根径时,根土复合体的抗剪强度随围压的增加而增大。相同围压下,根土复合体的抗剪强度随着根径的增加而增大。相同的根径和围压下,垂直埋根方式的根土复合体抗剪效果好于水平埋根方式。     

水田叶轮单轮叶动力性能的试验研究

通过对水田叶轮单轮叶动力性能的大量测试结果,分析了轮叶产生的推进力、支承力和驱动效率受轮叶倾角、陷深、滑转率的影响和随轮叶转角位置的变化规律。轮叶产生最大推进力和支承力所对应的转角分别在90°和75°附近,支承力由正值变为零为零所对应的转角在100°左右。在95°轮叶转角附近轮叶的驱动效率最高,在80°至110°转角范围内有较高的驱动效率。但作旋轮线轨迹运动的单个轮叶,在滑转率10％～15％时最高驱动效率达75％,随着陷深和滑转率的增大驱动效率的平均值明显下降。     

农机具牵引力电子测试系统的设计

介绍了农机具牵引力传感器的结构与原理,以及悬挂农机具电子测试系统的组成和原理。该系统可以为农机具研究与开发、产品鉴定及引进动力匹配与节能研究、农机教学与科研等提供较先进的测试手段和技术,具有一定科研和技术服务价值。     

气液两相离心泵受力特性研究

离心泵在气液两相流工况运行时,叶轮内部流动极不稳定,为了研究叶轮在该工况下的受力情况,该文采用计算流体动力学的方法对某一气液两相离心泵进行了研究。基于欧拉-欧拉非均相流模型及SST湍流模型求解气液两相流离心泵的三维湍流流场,并将数值模拟结果与试验数据对比,两者吻合较好。通过对不同含气率工况下的离心泵瞬态特性进行分析发现,叶轮所受轴向力的大小随着时间的变化而波动,进口含气率达到3%时,轴向力脉动出现明显的峰值,这些峰值所对应的频率均为叶轮转频,随着进口含气率的增加,出现了2个及以上的峰值,进口含气率为7%工况的轴向力脉动峰值是3%工况的3倍,是5%工况的2倍;叶轮所受径向力大小及径向力脉动幅值均随进口含气率的增加呈先增加后减小的趋势,各工况下径向力脉动峰值所对应的频率均为叶片转频的倍数;通过分析进口含气率分别为1%、3%及7%工况下叶轮中间截面的含气率分布、涡量分布以及静压分布可得,叶轮内含气率较高区域的涡量也较大,而该区域的压力分布也不均匀,由此可见,叶轮内气液分布不均导致了叶轮内的压力分布不均,从而使叶轮受力不均。     

稻谷带柄的影响因素分析

针对稻谷机械脱粒后的带柄问题，在农业物料特性检测装置上利用专用夹具对稻谷穗头谷粒与粒柄、粒柄与枝梗以及枝梗与主茎秆之间不同受力角度下的连接力进行了研究与测定。试验结果表明，稻谷品种、生长部位、受力角度对连接力的大小均有影响，其中受力角度的改变对连接力的影响最显著，沿轴线方向连接力较大，逆轴线方向连接力较小。分析表明，稻谷机械化收获过程中脱粒元件对水稻穗头打击力沿穗轴方向时带柄率较低。     

甘蔗茎秆切割力试验

切割力试验是研究甘蔗茎秆切割机理的重要手段。该文在自制的单刀切割试验台上，通过对滑切角、刀盘倾角和切割速度进行三因素三水平正交试验，研究各因素对单位切割力和最大切割力的影响，在此基础上，进行切割速度单因素试验。试验表明：对单位切割力影响的主次顺序为切割速度－滑切角－刀盘倾角；对最大切割力影响的主次顺序为切割速度、刀盘倾角、滑切角。刀盘倾角对最大切割力影响较显著，而对单位切割力影响不显著。进行作物粗茎秆切割力试验时，以单位切割力为试验指标比较合理。单位切割力与切割速度之间呈线性关系，切割速度越大，单位切割力也越大。     

蒙脱石纳米颗粒聚集中的离子特异性效应

原子力显微镜(AFM)是一种研究颗粒聚集与黏附力比较直观的显微工具。运用原子力显微镜观察测定了几种碱金属氯化盐溶液处理的蒙脱石颗粒在风干条件下的形貌图和黏附力。结果发现,蒙脱石颗粒聚集存在明显的离子特异性效应。在50 mmol L~(-1)的高浓度条件下,CsCl体系中蒙脱石颗粒聚集的高度、直径以及针尖与颗粒的黏附力均存在离子特异性效应,其序列满足LiClNaClKClRbClCsCl。在10 mmol L~(-1)的低浓度条件下,除Cs~+处理蒙脱石高度为2~10 nm,其余高度均为1~2 nm的单粒,离子特异性效应不明显。影响颗粒聚集中的离子特异性效应的主要因素为离子体积和量子涨落效应,在低浓度下量子涨落和体积效应作用弱,因此聚集行为差异不明显;在高浓度下离子体积和量子涨落贡献大,导致了不同离子体系下颗粒聚集体以及与针尖的黏附力差异增大。     

活动苗盘脱苗力学分析及粘附力影响因素试验研究

为解决钵苗移栽过程中,因苗钵与苗盘间粘附力导致取苗过程中苗钵破损,进而影响取苗成功率及栽后幼苗长势的问题,对活动苗盘开启脱苗时苗钵和苗盘侧板进行受力分析并对苗钵与侧板间粘附力影响因素进行研究。发现苗钵粘附力与苗盘开启峰值力之间存在正相关关系,苗盘侧板倾角与苗钵粘附力呈负相关关系,苗盘开启部件速度和基质含水率与苗钵粘附力呈正相关关系。为进一步研究各因素对苗钵粘附力的影响规律,以苗盘开启峰值力表征苗钵粘附力作为优化指标,以苗盘侧板倾角、苗盘开启部件速度和基质含水率为试验因素,利用响应曲面方法进行优化试验设计,同时测算各试验组合中苗钵基质损失率。当苗盘侧板倾角为9.24°、基质含水率为55%、苗盘开启部件速度为7.98 mm/s时,苗盘开启峰值力可以达到最小值6.97N,即苗钵与侧板间粘附力达到最小值;应用优化后调整的参数进行的验证试验表明:苗盘脱苗开启峰值力最小值为7.12 N,相对预测值误差为2.1%,苗钵基质损失率为3.14%,相较于优化前最低4.39%的基质损失率,基质损失率明显降低,证明了粘附力变化影响苗钵基质损失率。该研究结果可为进一步研究钵苗移栽过程中基质损失机理提供理论支撑。     

车辆前轮前束值与外倾角合理匹配算法的商讨

前轮定位参数仍然是困扰运输机械生产的难题。该文在总结前人研究成果的基础上，基于前轮侧滑机理，考虑轮胎特性和车辆结构参数推导了前束值与外倾角合理匹配关系。并且用YZK1026B型皮卡车的侧滑试验验证该算法的正确性，为车辆在改进设计过程中前束值与外倾角合理匹配提供参考。同时，提出了前束侧偏力概念供商讨。