高粱秸秆自干后的材料力学性质研究

高粱秸秆直接还田或沤肥是很好的有机肥料,也是生物质能源转化利用的重要资源。在相关应用中需要进行粉碎、切段、压榨等加工,针对加工参数的优化需要研究其力学性质。本文试验研究了越冬后自然干燥的高粱秸秆的弯曲强度、剪切强度、拉伸强度、弹性模量、穿刺强度等力学性质指标,以及茎秆不同节间力学性质的变化等材料力学特性,为相关加工设备设计及工艺参数优化提供了参考依据。     

基于茎秆生物力学特性的油菜抗倒调控机制研究

为了应用生物力学特性指标对茎秆抗倒性进行评价,进而指导油菜抗倒栽培,以华杂62和金油杂158为试验材料,基于不同栽培因素下油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度、剪切强度及抗倒性,分析了栽培因素对油菜茎秆力学特性指标的影响及其与抗倒性的相关性。结果表明：油菜抗倒性与茎秆的弹性模量、弯曲强度、剪切强度呈显著负相关;随着播期推迟,油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度分别减小15.31%、29.16%和13.88%,倒伏指数增大32.18%;随着播种密度增大,油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度均呈先增大后减小趋势,而倒伏指数先减小后增大;随着施氮量增加,油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度均逐渐减小,而倒伏指数逐渐增大,与施氮量120 kg·hm^-2处理相比,在施氮量为360 kg·hm^-2下,油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度分别减小39.43%、19.40%和16.63%,倒伏指数增大16.36%。因此,播期提前、适当增加播种密度、控制氮肥投入,有助于提高油菜茎秆的力学特性强度,从而增强油菜的抗倒伏能力。研究结果可为油菜抗倒栽培调控提供理论依据。     

基于茎秆生物力学特性的油菜抗倒调控机制研究

为了应用生物力学特性指标对茎秆抗倒性进行评价，进而指导油菜抗倒栽培，以华杂62和金油杂158为试验材料，基于不同栽培因素下油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度、剪切强度及抗倒性，分析了栽培因素对油菜茎秆力学特性指标的影响及其与抗倒性的相关性。结果表明：油菜抗倒性与茎秆的弹性模量、弯曲强度、剪切强度呈显著负相关；随着播期推迟，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度分别减小15.31%、29.16%和13.88%，倒伏指数增大32.18%；随着播种密度增大，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度均呈先增大后减小趋势，而倒伏指数先减小后增大；随着施氮量增加，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度均逐渐减小，而倒伏指数逐渐增大，与施氮量120 kg·hm^-2处理相比，在施氮量为360 kg·hm^-2下，油菜茎秆的弹性模量、弯曲强度及剪切强度分别减小39.43%、19.40%和16.63%，倒伏指数增大16.36%。因此，播期提前、适当增加播种密度、控制氮肥投入，有助于提高油菜茎秆的力学特性强度，从而增强油菜的抗倒伏能力。研究结果可为油菜抗倒栽培调控提供理论依据。     

与机具设计相关的作物茎秆生物力学性质试验

在机具设计及作业工艺实施中,研究作物的生物力学性质,可为相关作物机械化生产作业装备提供设计参数。选取玉米、高粱等茎秆作物作为研究对象,分别在不同的生长期对其进行剪切、破碎等力学试验,研究不同生长期、不同节间位置作物茎秆的生物力学性质的差异。结果表明,作物的剪切强度随含水率的减小而增大;茎秆不同部位的剪切强度自上而下依次增大;玉米、高粱等作物,其茎秆径向破碎强度均明显大于轴向破碎强度。因此,在设计收获机具时,应以茎秆下部的测试数据作为主要设计参数,而植株含水率、茎秆部位、横截面积等与其力学性能也有一定的关系,设计机具时应予以综合考虑。     

小麦茎秆弯曲特性与密度间的关系

[目的]研究小麦茎秆弯曲特性与密度间的关系。[方法]取郑麦9023和豫麦25茎杆基部第2节间,去掉叶鞘,做弯曲试验以及密度测定试验。利用微机控制非金属材料万能试验机,采用三点弯曲法对去鞘茎秆做弯曲试验。加载前,用游标卡尺测定茎秆外径及节间长度。采用非接触式光学应变引申仪测定变形量,加载速率为10mm／min。当茎秆发生明显的曲折时,停止加载。根据荷载挠度曲线,计算弯曲强度值、弹性模量值、抗弯刚度值。密度测定试验：用电子天平测定茎秆第2节问的重量,根据茎秆的外径、壁厚以及节间长,计算其体积,重量／体积即为密度值。[结果]在小麦灌浆期,茎秆基部弹性模量、惯性矩、抗弯刚度及密度在品种间存在显著差异（P〈0．05）,弯曲强度及含水率在品种间无显著差异（P〉0．05）;且其基部第2节间的弹性模量、弯曲强度、抗弯刚度与密度呈正相关关系,与含水率呈负相关关系。茎秆密度值越大、含水率越低,抗弯刚度值、弯曲强度值越大,茎秆越不易倒伏。[结论]该研究结果为小麦的高产栽培、抗倒伏研究提供了参考依据。     

小麦茎秆截面椭圆化影响因素研究

以郑麦9023为材料,在小麦灌浆期测试第2节间去鞘茎秆的弯曲强度,并对测试数据进行了回归分析;建立了小麦茎秆模型,利用力学理论分析了小麦茎秆截面椭圆化的影响因素。理论分析、试验测试结果一致表明,壁厚与外径比值越大,弹性模量越大,小麦茎秆截面越不易椭圆化。因此,提高茎秆节间的弹性模量,增大壁厚与外径比值,可以增强抗倒伏能力,避免小麦茎秆弯折倒伏。     

小麦秸秆剪切力学性能的测试

为分析小麦茎秆在剪切过程中力的变化规律,以及不同加载速率对剪切强度和剪切功的影响,选择成熟期自然状态下风干的宜宾1号、矮抗58、周麦22和豫麦7号4个品种小麦茎秆的第2～4节间为研究对象,采用美国FTC公司生产的TMS-PRO型质构仪在茎秆节间中心进行横纹剪切试验,测定不同加载速率下不同品种不同节间的最大剪切力、剪切强度以及剪切功。结果表明:小麦茎秆在剪切过程中力的变化规律是先上升再减小,然后上升直至切断最后卸载的变化过程,4个品种小麦茎秆不同节间的硬度为37.3～191.0N,剪切强度为4.2～9.8MPa,剪切功为43.53～432.23mJ;同一小麦品种不同节间的剪切强度和剪切功均为第2节间最大,第3节间次之,第4节间最小。运用SPSS软件对不同加载速率对剪切强度和剪切功进行显著性检验,分析结果表明不同加载速率对剪切强度和剪切功均无显著影响。     

小麦茎秆弯曲特性与密度间的关系研究

[目的]研究小麦茎秆弯曲特性与密度间的关系。[方法]测定郑麦9023和豫麦25茎秆基部第二节问的弹性模量、弯曲强度、抗弯刚度、密度及含水率。[结果]结果表明,在小麦灌浆期,茎秆基部弹性模量、惯性矩、抗弯刚度及密度在品种间存在显著差异（P〈0．05）,弯曲强度及含水率在品种间无显著差异（P〉O．05）;且其基部第二节间的弹性模量、弯曲强度、抗弯刚度与密度成正相关关系,与含水率成负相关关系。[结论]该研究结果为小麦的高产栽培、抗倒伏研究提供了参考依据。     

水稻茎秆节间弹性模量和拉伸强度极限的研究

在齐穗后15 d和成熟期,分别测量了4个不同水稻品种(系)茎秆3个不同节间的弹性模量、拉伸强度极限,以及节间横截实面积、节间茎粗、节间茎壁厚,并作了差异显著性测验和相关性分析。发现同一水稻茎秆不同节间弹性模量、拉伸强度极限都随茎秆的成熟而增大,大小顺序一般为:第2节间>第3节间>第4节间,它们的差异显著性与水稻品种(系)、发育时期有关;不同的品种(系)茎秆同一节间的弹性模量和拉伸强度极限存在差异,差异显著性受品种(系)的遗传特性、节间位置和发育时期影响;节间横截面积、节间茎粗、节间茎壁厚与节间拉伸强度极限、弹性模量存在负相关。     

农艺措施对谷子产量及抗倒伏力学性能的影响

【目的】明晰栽培条件互作对谷子叶片光合特性、茎秆生物力学性质指标的耦合影响,为运用谷子茎秆生物力学性质进行抗倒伏特性评价,为优化谷子种植栽培条件及抗倒伏优种筛选提供合理农艺措施和理论支持。【方法】采用裂区试验设计方法,主区选取4个在生产中具有代表性的谷子品种,副区为基于不同的播种密度与施肥量、播种密度与水分、水分与施肥量互作处理栽培条件,系统研究了栽培措施对谷子生长发育以及茎秆抗倒伏生物力学性质的影响。【结果】（1）除水分对谷子茎秆节平均直径影响不显著外,谷子品种、施肥量、播种密度及水分4个因素对谷子的产量、光合生理特性及茎秆形态特性均有极显著影响（P＜0.001）;（2）谷子的千粒重、产量均随施肥量和水分的增加而增加;随播种密度的增加,千粒重呈下降趋势,产量呈现先上升后下降趋势;谷子旗叶SPAD值及最大荧光值（Fm）开花期显著高于灌浆期,开花期旗叶SPAD值、灌浆期旗叶Fm可作为谷子育种的目标性状;（3）播种密度对谷子田间倒伏率的影响最大,其次是水分、品种,施肥量的影响最小;（4）谷子茎秆倒数第二节的抗拉倒力与株高、节平均长度及茎秆节含水率显著负相关,与节平均直径显著正相关。【结论】不同农艺措施互作栽培条件下,单因子对谷子的产量、植株光合生理特性及茎秆力学性能影响最大;选择优良品种、合理密植（≤70万株/hm²）、适当水肥是提升谷子籽粒品质、增加产量、减少田间倒伏率的有效措施。