植物莖稈力學(xué)特性如何研究

　　從壓縮、剪切、彎曲等不同力學(xué)試驗類型入手，對目前農(nóng)作物莖稈力學(xué)性能研究進(jìn)程進(jìn)行探究，在今后研究中，應(yīng)注重試驗方法的探究，不斷加大對農(nóng)作物莖稈力學(xué)性能研究力度，接下來小編簡單介紹一篇優(yōu)秀農(nóng)作物植物論文。

　　隨著科技的發(fā)展，農(nóng)作物機(jī)械化生產(chǎn)已經(jīng)成為一種趨勢，通過力學(xué)實驗獲取農(nóng)作物莖稈的力學(xué)參數(shù)，為農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的研制提供理論支撐。李玉道等[1]通過對不同含水率、不同時期內(nèi)棉花莖稈剪切強(qiáng)度與剪切功的變化規(guī)律探進(jìn)行探究，獲取了棉花莖稈收獲的最佳時期，晏科滿等[2]通過對苧麻莖稈的沖擊斷裂能進(jìn)行探究，得知沖擊斷裂能在莖稈下部達(dá)到最大值，為后期苧麻莖稈分離機(jī)械的研制提供理論支撐。陳燕等[3]指出峰值切割力和切割強(qiáng)度與刀片切割速度以及切割角度存在密切關(guān)系，凹刃和凸刃的峰值切割力和切割強(qiáng)度都比平刃小。為后期荔枝采摘機(jī)器人切割機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。薛忠等[4]通過對木薯莖稈力學(xué)性能進(jìn)行探究，獲取了木薯莖桿軸向以及徑向力學(xué)性能的變化規(guī)律，為后期設(shè)計木薯收獲機(jī)械提供理論支撐;X.Mou等[5]采用WDE-500N精密型電子萬能試驗機(jī)對甘蔗葉鞘力學(xué)性能進(jìn)行探究。獲取葉鞘最大縱向抗拉強(qiáng)度、最大橫向抗拉強(qiáng)度和最大剪切強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)，并給出了甘蔗葉鞘破壞準(zhǔn)則，提出合理有效的甘蔗葉鞘破壞形式，研制出甘蔗葉鞘剝離機(jī)械，剝?nèi)~效果良好。

　　1力學(xué)實驗的研究進(jìn)展

　　1.1壓縮實驗

　　壓縮實驗對于農(nóng)作物機(jī)械化收割過程中降低作物破損率和研究農(nóng)作物的抗倒伏性能具有重要意義。目前，在對植物莖稈進(jìn)行壓縮性能探究時，主要分為不同方向壓縮實驗和不同部位壓縮實驗兩種形式。1.1.1不同方向的壓縮實驗薛忠等[6]和楊望[7]分別對木薯做了軸向和徑向的壓縮實驗，得知莖稈軸向抗壓強(qiáng)度大于徑向;吳良軍等[8]在荔枝樹枝壓縮性能試驗探究中得知，荔枝樹枝順紋抗壓強(qiáng)度明顯高于橫紋抗壓強(qiáng)度。陳燕等[9]通過對荔枝整果壓縮性能進(jìn)行試驗探究，得出水平方向所能承受的壓力和變形均低于垂直方向。1.1.2不同部位壓縮實驗莖稈不同部位材料的木質(zhì)化程度、直徑、含水率不同，導(dǎo)致力學(xué)性能存在差異。王偉等[10]通過對不同部位木薯莖稈進(jìn)行壓縮試驗得知：生長部位對木薯軸向壓縮性能有極顯著影響，對木薯莖稈徑向力學(xué)性能無顯著影響;何曉麗等[11]研究發(fā)現(xiàn)，大豆莖稈的最大承載能力隨著高度的增加而不斷的減少，抗壓強(qiáng)度沿高度變化趨勢總體不大。杜先軍[12]等通過順紋壓縮實驗，得知棉花莖稈底部壓縮功最大。Heidari 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，百合屬莖稈上部單位壓縮能量和壓縮強(qiáng)度最小，莖稈底部最大。通過對莖稈軸向和徑向，順紋和橫紋進(jìn)行壓縮試驗，可為后期莖稈采摘裝置的設(shè)計，本構(gòu)關(guān)系建立以及動力學(xué)仿真提供依據(jù)。而通過對莖稈不同部位力學(xué)性能的研究，對于莖稈整體力學(xué)性能的探究將起到積極的促進(jìn)作用。

　　1.2剪切試驗

　　農(nóng)作物的機(jī)械化采摘一般通過莖稈的剪切實現(xiàn)。剪切實驗的建立對于農(nóng)作物在收割過程中剪切功的降低具有重要的意義，目前雙面剪切和單面剪切是兩種較為常用的剪切實驗形式。1.2.1雙面剪切實驗作物莖稈剪切特性受成熟期、莖稈直徑、品種、含水率和微觀結(jié)構(gòu)等多種因素的影響[14]。李玉道等[1]通過對棉花秸稈剪切實驗發(fā)現(xiàn)，含水率是引起棉花秸稈剪切強(qiáng)度變化的重要因素。薛忠等[6]對木薯莖稈不同部位、不同方向的力學(xué)性能進(jìn)行探究，指出木薯莖稈同一部位軸向剪切強(qiáng)度值明顯低于徑向剪切強(qiáng)度值;木薯莖稈同一方向下部剪切強(qiáng)度值高于中部與上部;王軍等[15]在豌豆莖稈力學(xué)性能探究中得知莖稈抗剪強(qiáng)度較強(qiáng)的部位為莖稈中部。吳良軍等[16]通過對龍眼樹枝進(jìn)行切割實驗，得出在切割力最小時，切割速度 、切割間隙 、動刀刃角的具體數(shù)值。李小城等[17]通過對不同品種小麥莖稈進(jìn)行剪切試驗，探究出小麥莖稈受剪切載荷時力值變化趨勢。1.2.2單面剪切實驗Johnson等[18]通過對奇崗莖稈的剪切性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)60°斜角時單位剪切能較低。鄧玲黎等[19]通過自制的圓盤式玉米莖稈切割試驗臺，對影響切割過程的切割角度以及切割速度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過單因素和組合設(shè)計試驗，探尋了最優(yōu)的切割組合。趙春花等[20]通過對不同品種豆禾牧草進(jìn)行砍切、斜切、滑切等探究性試驗，得出切割速度一定時，砍切的切割阻力高于斜切。為后期牧草收獲機(jī)械的設(shè)計提供了理論支撐。在對植物莖稈剪切性能的分析量化層面，雙面剪切優(yōu)于單面剪切，但是通過對植物莖稈進(jìn)行單面剪切力學(xué)試驗，可以根據(jù)莖稈實際的受力情況，對現(xiàn)有的切割形式、刀具形式進(jìn)行優(yōu)化。

　　1.3彎曲試驗

　　彎曲試驗包含三點彎曲與四點彎曲。三點彎曲有一個加載點，加載方式簡單，但彎矩分布不均勻。四點彎曲實驗與三點彎曲實驗相比，結(jié)果較為準(zhǔn)確，但是存在兩個加載點，裝夾復(fù)雜。1.3.1三點彎曲試驗姚珺等[21]通過對不同品種芒草莖稈彎曲性能進(jìn)行探究，指出在收割機(jī)械研制的進(jìn)程中，應(yīng)以湘雜芒 2 號第 1 莖稈部位的最大應(yīng)力平均值作為設(shè)計參數(shù)。楊望[7]通過對木薯塊根、莖稈進(jìn)行彎曲試驗，測定了抗彎強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)特性參數(shù);李小城等[22]通過對不同部位小麥莖稈彎曲性能進(jìn)行探究，指出小麥莖稈抗彎剛度與加載速率、莖稈含水率等因素間存在密切聯(lián)系。劉兆朋[23]等通過對苧麻莖稈進(jìn)行三點彎曲力試驗，獲取了莖稈剪切模量數(shù)值。1.3.2四點彎曲試驗Obataya 等[24]通過對楠竹彎曲性能進(jìn)行探究，獲得楠竹柔韌性是由于內(nèi)層木質(zhì)部能允許較大壓縮變形與外層竹纖維能承受拉應(yīng)力的共同作用。胡婷等[25-26]通過四點彎曲試驗，獲得小麥莖稈彎曲強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)。羅燕等[27]通過對小麥莖稈力學(xué)性能進(jìn)行探究，指出外徑、壁厚、機(jī)械組織厚、維管束等在小麥不同生長時期，對小麥莖稈抗倒伏能力的影響效果不同;孫露露等[28]在玉米莖稈力學(xué)試驗中指出，在對不同樣本縱向彈性模量的差異進(jìn)行分析時，通常采用四點彎曲實驗。

　　2結(jié)論

　　(1)目前在對莖稈的力學(xué)性能進(jìn)行研究時，主要仍以工程材料中的力學(xué)參數(shù)為主，由于莖稈材料自身的特殊性，其自身的材料特性并不能得到良好的反映。(2)在對莖稈力學(xué)性能進(jìn)行探究時，試驗方法、試樣處理方式等還缺乏有效的參考依據(jù)，對實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性造成不利影響。因此后期應(yīng)注重試驗方法的研究，逐漸實現(xiàn)莖稈力學(xué)測定的分類標(biāo)準(zhǔn)化。(3)目前，莖稈力學(xué)實驗的測定仍以基本力學(xué)參數(shù)測定為主，需進(jìn)一步對莖稈材料的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行深入研究,更好的滿足建立莖稈材料力學(xué)模型以及仿真量化計算的需要，以便于后期運用仿真技術(shù)減少農(nóng)作物收獲機(jī)械研發(fā)周期。

　　閱讀期刊：植物保護(hù)

　　《植物保護(hù)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1963年，是由中國植物保護(hù)學(xué)會和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所共同主辦，中國科協(xié)主管的植保專業(yè)科技期刊。主要報道農(nóng)作物、果樹、園林、蔬菜、花卉、中草藥和牧草的病、蟲、草、鼠害的發(fā)生與防治，新農(nóng)藥、械應(yīng)用技術(shù)及現(xiàn)代植�？茖W(xué)的基礎(chǔ)理論研究和發(fā)展新動向等內(nèi)容。本刊曾多次榮獲全國優(yōu)秀科技期刊，中國科協(xié)優(yōu)秀學(xué)術(shù)期刊獎，2003年榮獲國家期刊獎提名獎，已被國內(nèi)外多個重要數(shù)據(jù)庫全文收錄。