玉米秸秆力学性能研究及割刀有限元分析

【摘要】：本文以玉米秸秆收获技术为研究背景，研究玉米秸秆的力学模型、机械力学特性和秸秆切割刀具，为玉米秸秆的收获提供技术支持。主要研究内容及成果如下： （1）玉米秸秆主要由皮、髓、节等部分组成，且各部分有不同的物理特性和力学特性。本文以玉米秸秆为研究对象将其抽象为带皮的玉米秸秆和髓两部分，且皮与髓均为横观各向同性材料。建立了玉米秸秆整秆和整髓的不同材料复合而成的横观各向同性力学模型，并且利用复合材料力学理论、弹性力学理论对该模型进行了理论分析，得出了用位移表示的平衡方程。通过对比三种偏微分方程解法，确定有限元法为最佳解法。 （2）从复合材料理论力学出发，通过传统工程材料试验方法，对玉米秸秆整秆和整髓进行了拉伸、压缩以及剪切等力学特性试验，得出了其载荷-位移曲线。利用spss处理软件处理所得数据，得出了玉米秸秆整秆和髓的抗拉弹性模量、抗压弹性模量、抗剪弹性模量、最大抗拉强度、最大抗压强度以及最大抗剪强度等弹性参数的平均值和标准差。通过比拟法得出无法测定的横观各向同性材料的弹性常数，确定了玉米秸秆及髓的部分弹性常数。 （3）根据玉米秸秆平均几何尺寸建立髓和整秆的几何模型，在扭矩作用下进行ANSYS有限元模拟，得出了髓与整秆的有限元的等效应力云图和位移云图，模拟云图与试验一致：秸秆中部的纤维位移分量最大，最先发生破坏。 （4）在现有的设备、加工条件以及技术经验下对刀片进行了设计。通过试验台切割试验，确定刀具片数以及选取30°、45°以及60°滑切角进行切割试验，最终确定了切割刀具的长度为268mm、宽度为100mm、厚度为3.5mm、刃角为30°、切割滑切角为30°。 【关键词】：玉米秸秆 力学模型 力学性能 ANSYS 切割刀具
【学位授予单位】：新疆农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S225.51
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-7
• 第1章 绪论7-14
• 1.1 课题研究的目的及意义7-8
• 1.2 秸秆资源综合利用现状及构成8
• 1.3 秸秆研究现状8-9
• 1.4 玉米秸秆特性研究9-11
• 1.5 本论文研究内容11-13
• 1.6 技术路线13-14
• 第2章 玉米秆力学模型的建立14-24
• 2.1 玉米秸秆的组织结构14-15
• 2.2 横观各向同性材料的柔度矩阵与工程常数之间的关系15-17
• 2.3 玉米秸秆弹性力学分析17-20
• 2.4 横观各向同性体的弹性力学解法讨论20-24
• 第3章 玉米秸秆力学性能试验研究24-52
• 3.1 试验材料和仪器24-27
• 3.2 玉米秸秆含水率试验研究27-28
• 3.3 玉米秸秆拉伸试验研究28-32
• 3.4 玉米秸秆压缩力学性能试验研究32-36
• 3.5 玉米秸秆剪切力学性能试验研究36-42
• 3.6 玉米秸秆剪切力学性能对比试验研究42-43
• 3.7 玉米秸秆髓、整秆本构关系参数确定43-45
• 3.8 正交各向异性材料强度理论概述45-48
• 3.9 玉米秸秆的微观力学分析48-51
• 3.10 本章小结51-52
• 第4章 秸秆剪切特性的有限元数值模拟52-59
• 4.1 有限元方法理论52-54
• 4.2 玉米秸秆髓扭转有限元分析54-56
• 4.3 玉米秸秆整秆扭转有限元分析56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 秸秆收获机的刀具有限元分析59-66
• 5.1 刀具试验59-61
• 5.2 有限元建模61-62
• 5.3 模型计算62-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第6章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-70
• 致谢70-71
• 作者简历71

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