油用牡丹茎秆切割本构方程及其参数测定

【目的】油用牡丹是我国特有的木本油料树种,属于多年生小灌木,其果实采收可以采用茎秆切割的方式,而灌木茎秆切割机理研究一直是林业生产中的难点问题之一。研究灌木茎秆在不同应变率下的动态力学性能并建立其本构模型对茎秆切割有着重要意义。【方法】通过准静态拉伸试验和动态拉伸试验,研究茎秆塑性变形特点,并提出以JohnsonCook模型作为本构模型,根据模型参数的物理意义,试验拟合得到模型参数。采用ANSYS/LS-DYNA软件模拟分析了油用牡丹茎秆切割过程,并对仿真结果与试验结果进行了相关性分析。【结果】准静态拉伸试验结果表明茎秆断裂过程存在明显的应变硬化现象;动态拉伸试验结果说明茎秆断裂存在显著的应变率效应,拉伸强度随应变率增加而增加;基于试验结果拟合得到了Johnson-Cook模型作为茎秆本构方程时的材料参数值;应用这些参数的模型在茎秆切割仿真中,切割力与切割能量与试验结果对比均无显著性差异,验证了本构方程及参数测定的准确性。【结论】基于Johnson-Cook模型建立了油用牡丹茎秆切割本构方程并验证了其可靠性,为油用牡丹茎秆切割性能的数值模拟研究及采摘机割刀设计提供了依据。