玉米秸秆力学特性试验研究

【摘要】：为了探讨成熟期玉米秸秆的力学特性,采集济丰96、湘彩玉2号、豫玉23号和鄂恩3号玉米秸秆,并制备试验样本,分别对其进行拉伸、弯曲、剪切和压缩试验,研究探讨不同品种、不同节间、不同加载速率等因素对玉米秸秆的力学特性参数的影响及变化规律。试验结果如下： (1)对济丰96、湘彩玉2号和豫玉23号玉米样本进行拉伸试验,不同品种的不同节间所承受的最大拉力、抗拉强度和弹性模量均不同：济丰96的最大拉力范围是157.43-291.86N,湘彩玉2号的最大拉力范围是165.07-275.29N,豫玉23号的最大拉力范围是236.43-340.71N；济丰96的抗拉强度范围是40.79-94.99MPa,湘彩玉2号的抗拉强度范围是73.91～95.59MPa,豫玉23号的抗拉强度范围是70.65～92.59MPa；济丰96的弹性模量范围是9.57-22.32GPa,湘彩玉2号的弹性模量范围是12.14～30.33GPa,豫玉23号的弹性模量范围是8.56～20.46GPa；通过方差分析得知,节间和品种对玉米秸秆拉伸特性有着显著或极显著的影响。 (2)通过对鄂恩3号进行弯曲试验,有节时,第二节间最大载荷的均值是431.16N,抗弯强度的均值是4.97MPa,弹性模量的均值是20.73MPa；第三节间最大载荷的均值是369.92N,抗弯强度的均值是4.6MPa,弹性模量的均值是19.13MPa；第四节间最大载荷的均值是305.93N,抗弯强度的均值是4.27MPa,弹性模量的均值是20.15MPa；第五节间最大载荷的均值是260.54N,抗弯强度的均值是4.01MPa,弹性模量的均值是20.55MPa；无节时,第二节间最大载荷的均值是223.62N,抗弯强度的均值是3.41MPa,弹性模量的均值是16.05MPa；第三节间最大载荷的均值是147.89N,抗弯强度的均值是3.06MPa,弹性模量的均值是15.74MPa；第四节间最大载荷的均值是119.41N,抗弯强度的均值是2.70MPa,弹性模量的均值是20.34MPa；第五节间最大载荷的均值是96.99N,抗弯强度的均值是2.54MPa,弹性模量的均值是24.69MPa。通过数据统计分析,在节间、加载速度和标距三个因素中,加载速度对最大载荷、抗弯强度和弹性模量不产生影响,而节间对最大载荷的影响与有无节的情况有关,同时,标距对以上弯曲特性指标的影响最大。 (3)通过对鄂恩3号进行剪切试验,有节时,第二节间最大剪切力的均值是2059.47N,抗剪强度的均值是6.08MPa,切变模量的均值是2.48GPa；第三节间最大剪切力的均值是1737.88N,抗剪强度的均值是5.12MPa,切变模量的均值是1.84GPa；第四节间最大剪切力的均值是1445.18N,抗剪强度的均值是4.90MPa,切变模量的均值是1.71GPa；第五节间最大剪切力的均值是1295.97N,抗剪强度的均值是3.79MPa,切变模量的均值是1.53GPa；无节时,第二节间最大剪切力的均值是1897.44N,抗剪强度的均值是5.36MPa,切变模量的均值是2.89GPa；第三节间最大剪切力的均值是1389.66N,抗剪强度的均值是4.54MPa,切变模量的均值是2.31GPa；第四节间最大剪切力的均值是1178.97N,抗剪强度的均值是4.31MPa,切变模量的均值是2.20GPa；第五节间最大剪切力的均值是847.43N,抗剪强度的均值是3.02MPa,切变模量的均值是1.89GPa。通过试验数据统计分析,剪切特性指标随节间和有无节有所不同,节间和加载速度两个因素对玉米秸秆剪切试验的影响非常大,对最大剪切力、抗剪强度和切变模量有着显著或极显著的影响。 (4)玉米秸秆的轴向压缩和径向压缩过程不完全相同。轴向压缩时,刚开始载荷随着位移的增大而增大,然后会减小并出现一定明显的波折,压实后,载荷随着位移急速增大。径向压缩时,载荷一直随着位移的增大而增大,只是刚开始增长较慢,后期增长较快,过程中,载荷几乎没有大的波折。无论轴向压缩还是径向压缩,由于含水率较大,压缩时试样会有液体流出。在所设定的试验条件下,通过试验、数据处理和方差分析,可以看出,不同试验条件(含水率、有无节、加载速度、节间)下,各因素对压缩特性指标的影响显著性不尽相同,但可以肯定,这些因素是玉米秸秆压缩特性的重要影响因素。 【关键词】：玉米秸秆 拉伸 弯曲 剪切 压缩
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S513
【目录】：

• 目录4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 研究的目的与意义10-12
• 1.2 国内外秸秆力学特性的研究现状12-19
• 1.2.1 国外秸秆力学特性研究现状13-14
• 1.2.2 国内秸秆力学特性研究现状14-19
• 1.3 主要研究内容与技术路线19-21
• 1.3.1 主要研究内容19-20
• 1.3.2 技术路线20-21
• 2 玉米秸秆拉伸特性试验分析21-33
• 2.1 样本采集与制备21-23
• 2.2 仪器与方法23-25
• 2.3 结果与分析25-31
• 2.3.1 玉米秸秆拉伸过程分析25-26
• 2.3.2 不同节间玉米秸秆拉伸特性分析26-30
• 2.3.3 不同品种玉米秸秆拉伸特性分析30-31
• 2.4 本章小结31-33
• 3 玉米秸秆弯曲特性试验分析33-46
• 3.1 样本采集与制备33-34
• 3.2 仪器与方法34-37
• 3.3 结果与分析37-45
• 3.3.1 玉米秸秆弯曲过程分析37-38
• 3.3.2 玉米秸秆弯曲特性分析38-45
• 3.4 本章小结45-46
• 4 玉米秸秆剪切特性试验分析46-58
• 4.1 样本采集与制备46-47
• 4.2 仪器与方法47-49
• 4.3 结果与分析49-57
• 4.3.1 玉米秸秆剪切过程分析49-50
• 4.3.2 玉米秸秆剪切特性分析50-57
• 4.4 本章小结57-58
• 5 玉米秸秆压缩特性试验分析58-74
• 5.1 样本采集与制备58-59
• 5.2 仪器与方法59-61
• 5.3 结果与分析61-73
• 5.3.1 玉米秸秆压缩过程分析61-63
• 5.3.2 玉米秸秆轴向压缩特性分析63-68
• 5.3.3 玉米秸秆径向压缩特性分析68-73
• 5.4 本章小结73-74
• 6 结论与进一步研究设想74-77
• 6.1 主要研究结论74-75
• 6.2 进一步研究设想75-77
• 参考文献77-82
• 致谢82-83
• 附件83

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