棉秆力学性能的研究
新疆是我国三大棉花生产基地之一,每年有大量的棉花秸秆剩余,因此与棉花秸秆产业有关的农业机械需求量大,而我国棉花秸秆收获机械化水平低,长期引进国外的机械设备,导致与中国国情脱节.因此研究棉花秸秆的力学特性对棉秆收获和加工机械的设计具有重要的指导意义和理论价值.本文以棉秆为研究对象,利用电子万能材料试验机和自制夹具分别进行了棉花茎秆压缩(顺纹、横纹)、剪切、弯曲等力学特性试验;揭示了不同试验因素对棉花茎秆的压缩、剪切、弯曲力学特性参数的影响及其变化规律,建立多个因素(含水率、取样部位、加载速度)与纵横向压缩强度、剪切强度、弯曲强度之间的关系模型;建立了棉花茎秆几何结构模型,对棉花茎秆压缩力学特性试验进行有限元模拟分析,主要研究内容与结论如下:(1)建立的含水率、取样部位和加载速度单因素及交互效应作用对棉秆顺纹和横纹压缩强度的影响模型,其中在单因素效应中,含水率和取样部位对棉秆顺纹、横纹压缩强度具有显著影响,而加载速度对棉秆顺纹、横纹压缩强度影响不显著;在双因素效应中,含水率和取样部位的交互作用对棉秆顺纹、横纹压缩强度具有显著影响;而其他交互项对棉秆顺纹、横纹压缩强度作用影响不显著.(2)由棉秆顺纹压缩试验分析可得,顺纹压缩强度随着棉秆取样部位的变化(由底部到顶部)及含水率增加呈现为先降低后增加的变化趋势;由棉秆横纹压缩试验分析可得,横纹压缩强度随着棉秆取样部位的变化(由底部到顶部)及含水率增加呈先增加然后降低的变化趋势.两者变化的不同,很可能由于棉秆直径及内部组织结构随着取样部位的不同所导致.(3)由棉秆剪切试验回归模型分析可得,加载速度对棉秆剪切强度影响不显著,含水率和取样部位对棉秆剪切强度影响极显著,当含水率为30%,棉秆取样部位在中下部位置时,棉秆剪切强度达到最大值为8.69MPa;由棉秆弯曲试验回归模型分析可得,含水率和取样高度的二次项对棉秆弯曲强度影响较显著,随着取样部位的逐渐增加,棉秆弯曲强度呈现整体上升的变化趋势;采用正交旋转组合方法,建立棉秆剪切强度与含水率、取样部位和加载速度的回归模型和棉秆弯曲强度与含水率和取样部位的回归模型,所得模型与实际拟合效果较好,为棉秆切割、收获机械的设计与参数优化进提供技术支持.(4)通过对棉秆进行有限元(ANSYS)模拟分析,棉花秸秆有限元模拟压缩与实际压缩后的变形基本一致,试验变形过程中轴向位移都是施加到某一固定值时,接近棉花秸秆底部出现开裂,并向外扩张,整株棉秆为横向变形,其横向变形量较小,结果表明:棉花秸秆计算模型是有效的.
- 作者：
- 秦翠兰
- 学位授予单位：
- 塔里木大学
- 专业名称：
- 农业生物环境与能源工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 周岭
- 中图分类号：
- S225.912
- 关键词：
- 棉花秸秆；力学性能；力学模型；ANSYS
- cotton stalks； mechanical properties； mechanical model； ANSYS