【摘 要】
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水稻是我国主要的粮食作物。随着我国城市化进程的加快和从事农业的人口减少,实现水稻种植机械化是提高水稻种植效率和降低种植劳动强度的重要举措,而抛秧机械化是水稻种植机械化的实现方式之一。本文主要针对秧苗离盘形式为茎秆拔起式的抛秧机,在其工作过程中,涉及到秧苗夹持拔取过程,所以有必要研究穴盘水稻秧苗茎秆的材料力学特性,包括其常规拉伸、拉伸蠕变和应力松弛特性,为秧苗拔取的损伤评估和相关仿真分析提供理论基础
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（项目编号:31471418）； 广东省公益研究与能力建设项目（项目编号:2014A020208105,2014A020208018）；
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水稻是我国主要的粮食作物。随着我国城市化进程的加快和从事农业的人口减少,实现水稻种植机械化是提高水稻种植效率和降低种植劳动强度的重要举措,而抛秧机械化是水稻种植机械化的实现方式之一。本文主要针对秧苗离盘形式为茎秆拔起式的抛秧机,在其工作过程中,涉及到秧苗夹持拔取过程,所以有必要研究穴盘水稻秧苗茎秆的材料力学特性,包括其常规拉伸、拉伸蠕变和应力松弛特性,为秧苗拔取的损伤评估和相关仿真分析提供理论基础。本文主要采用理论研究、试验研究和仿真分析相结合的方法,对穴盘水稻秧苗茎秆进行力学特性试验与分析。主要研究内容和结果如下:（1）穴盘水稻秧苗茎秆常规拉伸的试验研究结果表明:常规拉伸一般有2次断裂;1次断裂前,应力-应变为线性关系,没有明显的屈服过程;且平均断裂应力、断裂应变和弹性模量大小均随加载速率的增加而呈线性增加趋势;秧苗茎秆弹性范围的应变上限值为5.2%～9.6%。（2）穴盘水稻秧苗茎秆拉伸蠕变和应力松弛特性的试验研究结果表明:拉伸蠕变和应力松弛过程分别利用伯格斯四元件模型和麦克斯韦五元件模型进行描述;蠕变和应力松弛过程都是弹性动力与黏滞阻力之间彼此牵制的过程;蠕变过程产生与蠕变时间和初始应力呈正相关的塑性应变,应力松弛过程导致茎秆大分子链发生变化,均对秧苗茎秆造成一定损伤;秧苗茎秆内部含有柔嫩与粗壮2种组织结构。（3）应力水平对穴盘水稻秧苗茎秆拉伸蠕变特性影响的试验研究结果表明:初始应变和蠕变量均随着保持应力的增大而线性增大,可用y=ax+b进行拟合;弹性模量是秧苗茎秆的恒定属性,各应力水平下的延迟弹性模量Ek和瞬时弹性模量Ek0基本保持不变,其平均值分别为7.463 MPa和0.8026 MPa;而延迟黏性系数ηm和延迟时间Tk均随着应力值的增大而呈增长率逐渐减小的非线性增大趋势,黏性系数ηkv却随之呈下降率逐渐减小的非线性减小趋势,均可用y=xa+b进行拟合;平均弹性应变、黏弹性应变、塑性应变和蠕变总应变与应力水平之间均存在差异显著的线性正相关关系,可用y=ax+b进行拟合;在各应力水平下,弹性应变占总应变的比例最大,达到82%以上,而塑性应变占比最小,只有2%～9%。（4）应变水平对穴盘水稻秧苗茎秆拉伸应力松弛特性影响的试验研究结果表明:初始应力和应力松弛量均随着保持应变的增大而线性增大,可用y=ax+b进行拟合;弹性模量是秧苗茎秆的恒定属性,各应变水平下的衰减弹性模量Em1、Em2和瞬时弹性模量Em0基本保持不变,其平均值分别为0.104 MPa、0.0965 MPa和0.427 MPa;延迟黏性系数ηm1与应变水平关系不大,而延迟黏性系数ηm2和松弛时间Tm1、Tm2均随着保持应变的增大而呈增长率逐渐减小的非线性增大趋势,均可用y=xa+b进行拟合;第1麦克斯韦体、第2麦克斯韦体、弹性体和应力松弛模型受到的零时应力和最终应力均随着保持应变的增大而呈增长率逐渐增大的非线性增大趋势,均可用y=a?eb x进行拟合。（5）基于Adams对穴盘水稻秧苗茎秆蠕变和应力松弛过程的仿真结果表明:所建立的基于Adams的秧苗茎秆蠕变与应力松弛仿真模型均具有较强的合理性和较高的可靠性;在蠕变过程中,开尔文体弹簧力逐渐增大,而开尔文体阻尼力则逐渐减小;在应力松弛过程中,麦克斯韦体中的弹簧元件为逐渐延展,而阻尼元件则为逐渐回缩。
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