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1、苧麻莖稈主要由韌皮纖維、木質(zhì)部等組成。隨著市場(chǎng)對(duì)苧麻纖維需求的增加,實(shí)現(xiàn)苧麻莖稈韌皮纖維與木質(zhì)部的剝離一直是研究重點(diǎn)。研究苧麻韌皮纖維與木質(zhì)部的剝離必須深入了解苧麻莖稈、韌皮纖維和木質(zhì)部的力學(xué)性能及其差異,建立相應(yīng)的力學(xué)模型。以期探討在外載荷作用下其應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律,為苧麻莖稈韌皮纖維與木質(zhì)部剝離機(jī)械設(shè)計(jì)提供一定的理論指導(dǎo)。 研究農(nóng)業(yè)物料的力學(xué)特性完全用理論分析和計(jì)算方法是比較困難的。本文在了解國(guó)內(nèi)外物料的物理特性和力學(xué)特性的相
2、關(guān)研究基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究了莖稈、韌皮纖維、木質(zhì)部三者的力學(xué)特性及外載荷作用下的應(yīng)力應(yīng)變變化。提出了三者的力學(xué)建模方法。假定苧麻莖稈是由韌皮纖維、木質(zhì)部?jī)煞N異質(zhì)材料復(fù)合而成的復(fù)合材料,不考慮它們的性能差別。其表現(xiàn)性能是均質(zhì)、線彈性,具有橫觀各向同性的本構(gòu)關(guān)系。同時(shí)假定其組份韌皮纖維、木質(zhì)部是線彈性、均質(zhì),具有橫觀各向同性的本構(gòu)關(guān)系。并在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行了苧麻莖稈、韌皮纖維、木質(zhì)部的拉伸、壓縮、彎折試驗(yàn),獲取了相關(guān)工程常數(shù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析
3、,得出其最大值、平均值和最小值。以工程常數(shù)的平均值建立了相應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系。 以試驗(yàn)獲取平均幾何尺寸、平均工程常數(shù),將苧麻莖稈、韌皮纖維、木質(zhì)部抽象為空心圓柱體分析模型。利用有限元軟件對(duì)苧麻莖稈進(jìn)行了橫向均布靜載荷作用下的模擬仿真分析。以反拉式剝麻機(jī)的滾筒幾何尺寸和材料屬性為依椐,模擬了苧麻莖稈的動(dòng)載擊打過程中應(yīng)力、壓力、打擊深度的變化。主要研究成果如下: (1) 確立了莖稈、木質(zhì)部、韌皮纖維為橫觀各向同性的本構(gòu)關(guān)系,以此為
4、基礎(chǔ)建立了彈性力學(xué)分析模型,推導(dǎo)其解析解的形式,求解滿足邊界條件精確解非常困難,選擇有限單元法求出數(shù)值解。 (2) 以苧麻莖稈的木質(zhì)部、韌皮纖維、莖稈為試驗(yàn)對(duì)象,進(jìn)行了拉伸、壓縮、彎折試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:木質(zhì)部的楊氏彈性模量平均值為 177.26MPa,最大抗拉強(qiáng)度平均值為32.25 MPa;韌皮纖維的楊氏彈性模量平均值為1909.08 MPa,最大抗拉強(qiáng)度平均值為82.51 MPa;莖稈的楊氏彈性模量的平均值為118.88 M
5、Pa。選擇確定了木質(zhì)部、韌皮纖維、莖稈橫觀各向同性本構(gòu)關(guān)系中的參數(shù)。 (3) 模擬分析了不同載荷作用下,木質(zhì)部、韌皮纖維應(yīng)力應(yīng)變的變化規(guī)律。載荷為117.15N和254.29N時(shí)變形出現(xiàn)明顯由韌皮纖維向木質(zhì)部的過渡。 (4) 模擬分析了在同一載荷作用下改變橫向彈性模量時(shí),木質(zhì)部、韌皮纖維應(yīng)力應(yīng)變的變化規(guī)律。彈性模量取最大值時(shí),最大變形區(qū)域位移變形發(fā)生韌皮纖維層;彈性模量為平均值時(shí),最大變形發(fā)生在接觸面;彈性模量為最小值時(shí)
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