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原稿 弯曲 曲折 力学性能 试验 实验 分析 研究 钻研 开题 报告 讲演 呈文 毕业论文

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毕业 论文 中 文摘要 柠条的 弯曲 力学性能试验分析与研究 摘要 ： 柠条 (适应逆境比较强的一种特种植物，近些年来，许多学者对柠条进行了多方面的研究， 并且 将柠条进一步推向农业科学的前沿 ， 本论文 试验 重点从柠条的剪切力学性能方面来研究的。 该 试验在微机控制电子万能试验机上完成，通过变换不同 弯曲 角度，对柠条进行剪切试验，从而得出柠条的 弯曲 力 位移曲线及最大 弯曲 力，为人们利用柠条用途提供了一定的参考价值，为柠条收割机的设计与研制提供了理论依据。 关键词 ： 柠条 力学性能 弯曲 试验 弯曲 力 毕业论文 英 文摘要 of is to a in in of be of to in of of of a to of . 本科生 毕业论文 (设计 ) 开题报告 题 目 学院名称 专业名称 年 级 学生姓名 学 号 指导教师 职 称 年 月 7 选题的依据及意义 （包括课题的理论价值和实践价值；国内外的研究概况等） ： 柠条是一种锦鸡儿植物，为落叶灌木，系欧亚大陆之特产，是欧 亚草原植物亚区的典型植被。全世界约有 100余种，我国现已查明有 67种，山西省约有 20种。在我国主要分布在黄河以北干燥地区，西南和西北则以西藏高原为中心，少数类种分布在长江下游及长江以南。 山 西省 柠条主要是人工林，起始于山西省西北各县，它的冠幅大，高 3 4米，最高可达 6米，可以防风，它的根系庞大。一丛 15年生的柠条，根径为 8厘米，细毛根多达 8160条，可以固沙，减小地面径流。它的叶多，可以减少蒸腾，防止水分蒸发，是耐旱的特征表现。不仅如此，柠条还可以用于编织、饲料、造纸入药、榨油、燃料等各种经营。种植柠条，可以走出一条恢复植被、治理和改善环境的灿烂之路，也能走出一条农民发展致富之路。因此，大面积种植发展柠条林既有生态价值，也有经济价值。 柠条的种植和利用在我国中西部地区日益倍受重视，种植面积已超过 2000万亩。按其经济生长期计算，必须 3前为保证生态功能，一般采取隔年、隔带轮换平茬。平茬方法为人工撅头刨、夹剪剪切 , 背负式割灌机切割平茬，虽成本低，操作简便，但生产效率低，劳动强度大，无法实现大面积生产。枝叶和种子收集困难大、损失严重，用作饲料，采取也必须及时。因此，研制柠条收获机械、实现机械化柠条平茬与收获已成为柠条产业发展突破瓶颈的关键。本论文研究柠条的 弯曲 力学性能，从而得出柠条的 弯曲 力 位移曲线及最大 弯曲 力，为人们利用柠条用途提供了一定的参考价值，为柠条收割机 ,打捆机 的设 计与研制提供了理论依据。 7 本课题研究内容 本试验在微机控制电子万能试验机上完成，通过变换不同的 弯曲 角度，对柠条 试样 进行 弯曲 试验，从而得出柠条 试样 的 弯曲 力 位移曲线及最大 弯曲 力，为人们利用柠条用途提供了一定的参考价值，为柠条收割机的设计与研制提供了理论依据、也为人们大量种植柠条林提供了 参考 。 本课题研究方案 程中采用 0 度， 30 度， 45 度的剪切角度； 研究 进度计划 试验原料的采集 试验方法的设计 试样的制作 柠条试样的 弯曲 试验 结果与数据处理及论文的完成 7 指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见 教研室主任签名： 年 月 日 院系意见 主管领导签名： 年 月 日 毕业论文（设计）成绩单 院系 专业 入学时间 学号 学生姓名 班级 周数 起止日期 指导教师 职称 论文（设计）题目 柠条的 弯曲 力学性能试验分析与研究 指 导 教 师 评 语 建议成绩 指导教师签名 年 月 日 评 阅 人 评 语 建议成绩 评阅人签名 年 月 日 答辩与评分 综合成绩 答辩小组 负责人签名 年 月 日 1 柠条的 弯曲 力学性能试验分析与研究 1 引 言 大面积种植发展柠条林既有生态价值，也有经济价值。 机械化收割是大面积推广限制条件。 弯曲 是机械化收获过程中需要完成的主要工序。 三大黄土高原土地研究所已经对柠条的耐旱性、耐热性、抗寒性 、耐沙埋性、耐贫瘠性等抗性进行了研究。山西省畜牧兽医学校的田晋梅、谢海军对柠条的经济效益、工业效益、社会效益、生态效益进行了研究。山西省农业机械化技术推广总站的马永康对柠条切割机理及收割机切割器设计进行了研究。 本论文试验是在危机控制电子万能实验机（ 设计完 成的，通过采取不同的 弯曲 角度，对柠条试样进行 弯曲 ，研究柠条的 弯曲 力学性能，为人们利用柠条用途和研制柠条收割机 ，打捆机 提供了理论依据 。 究的背景 柠条是一种锦鸡儿植物，为落叶灌木，系欧亚大陆之特产，是欧 亚草原植物亚区的典型植被。全世界约有 100 余种，我国现已查明有 67 种，山西省约有 20 种。在我国主要分布在黄河以北干燥地区，西南和西北则以西藏高原为中心，少数类种分布在长江下游及长江以南。从全世界分布范围看，自欧洲北部经高加索及中亚向东，直达苏联西伯利亚及朝鲜、日本，南至 尼泊尔、不丹、锡金及印度北部。 山 西省柠条主要是人工林，起始于山西省西北各县，据考证，在清末宣统二年（ 1910年）由内蒙古和陕西省相继传入山西省北部，以后逐步南移，栽培历史已有 70 年以上，大量种植则在 50 年代末期，西北部较多，南部较少。它的冠幅大，高 3 4 米，最高可达 6 米，可以防风，它的根系庞大。一丛 15 年生的柠条，根径为 8 厘米，细毛根多达8160 条，可以固沙，减小地面径流。它的叶多，可以减少蒸腾，防止水分蒸发，是耐旱的特征表现。不仅如此，柠条还可以用于编织、饲料、造纸入药、榨油、燃料等各种经营。种植柠条， 可以走出一条恢复植被、治理和改善环境的灿烂之路，也能走出一条农 2 民发展致富之路。因此，大面积种植发展柠条林既有生态价值，也有经济价值。 究背景 柠条为豆科锦鸡儿属灌木饲用植物的俗称，具有耐寒冷、耐高温、耐贫瘠、耐风沙和生命力极强的特点。因其枝叶、种子是营养价值很高的饲料，同时在生态保护方面特有的作用，柠条的种植和利用在我国中西部地区日益倍受重视，种植面积已 超过 2000万亩。按其经济生长期计算，必须 3进行一次平茬复壮。目前为保证生态功能，一般采取隔年、隔带轮换平茬。平茬方法为人工撅 头刨、夹剪剪切 , 背负式割灌机切割平茬，虽成本低，操作简便，但生产效率低，劳动强度大，无法实现大面积生产。枝叶和种子收集困难大、损失严重，用作饲料，采取也必须及时。因此，研制柠条收获机械、实现机械化柠条平茬与收获已成为柠条 林 产业发展突破瓶颈的关键。本论文研究 柠条的弯曲 力学性能，从而得出柠条的 弯曲 力 位移曲线及最大 弯曲 力，为人们利用柠条用途提供了一定的参考价值，为柠条收割机 ，打捆机 的设计与研制提供了理论依据。 未来发展趋势 柠条作为一种豆科锦鸡儿落叶灌木，有适合耐 干旱，乃耐寒冷，耐高温等逆境的外部形态，也有耐逆境的生理特性，无论严寒阔暑，都能生长。 柠条的根系发达，灌幅大，能够防风固沙，减少地面径；枯落物多，根系发达，能够改善土壤条件，增加土壤腐殖质的含量，增加土壤酶活性。 柠条的营养丰富，是很好的饲料原料，也是很好的工业原料，能够给农民带来很大的收入。 目前常用的柠条收割机有： 往复式切割机，切割效果高，广泛应用于小麦联合售货机、大豆收割机、割草机等。但由于柠条 树 多生长在干旱沙土环境 ， 大部分枝条切割阻力较大，工作过程中切割器磨损、损坏十分严重，往 复式切割机在柠条采收机械上的应用受到很大限制。 回转式切割机，切割速度一般大于 25m/s，最高可达到 90m/s，切割能力强，畜牧机械和玉米收割机械上采用较多。这种切割机一旦锯齿刃部磨损，其切割效率急剧下降，切割阻力明显增加，刀片寿命很短，使用成本高。 甩 刀式回转切割机，切割时对柠条枝条切口破坏比较严重 ，对于干旱地区 柠 条的复萌再生影响较大。因此通过柠条 弯曲 试验对柠条收割机 ，打捆机 的设计提供更多的理论依据。 3 来发展趋势 环境与发展是当今世界面临的两大热点话题，搞好环境保护和治理，实现社会经济的可持续发展，是我国社会主义建设的根本战略方针。柠条对土壤的要求不严，成活率高，生态适宜，对改善生态环境、增加经济效益、提高社会效益都有很大的作用，尤其是它在干旱、半干旱条件下长势良好，易栽培，易成活，是改善我国乃至全球范围沙漠化地区、黄土高原地貌、土质的一种优良灌木树种。因此，大力发展柠条林，是我国今后干旱和半干旱地区绿色环保的主体方向。 另外，在大力发展柠条林的情况下， 通过对柠条的 弯曲 力学性能的试验与研究，尽早研制出功能强、效率高的收割机 ，打捆机 也是必不可少的。 研究的目的及意义 本试验在微机控制电子万能试验机上完成，通过变换不同的 弯曲 角度，对柠条 试样进行 弯曲 试验，从而得出柠条 试样 的 弯曲 力 位移曲线及最大 弯曲 力，为人们利用柠条用途提供了一定的参考价值，为柠条收割机 ，打捆机 的 设计与研制提供了理论依据、也为人们大量种植柠条林提供 参考价值 。 见附录） ： 柠条枝：采自山西省农科院 游标卡尺：工学院生物力学实验室 钢锯：市售 柠条 加工模具 ：农大工厂造 料 的采集 及保存 2011 年 4 月中旬 由 武志明教授带领我们带 去山西省农科院 随机 采集柠条 灌木 枝条 ，采集数目 为 20 根左右， 保存外皮， 去心 ; 回到实验室冷藏于 的储藏柜中。 样的制作 及保存 用钢锯将柠条 枝 截断，每段 长为 4右试样，去皮 4 用小刀将试样削成宽 *厚 3*3 的小试样 将小试样放入学校工厂精心 加工 的小矩形 槽 中 ,再用小刀削成 宽 *厚约 3*3 将做好的 试样放入 的储藏柜中 (5)尽量保证木质纤维的完整度，剔出有节部位 验仪器 ： 微机控制电子万能实验机（ 深圳市新三思材料检测有限公司 器简介 微机控制电子万能实验机主要用于各种金属、非金属 、及复合材料试样的拉伸、 压缩、弯曲、剪切、剥离、撕裂等力学性能试验，可求出试验最大力、抗拉强度、弯曲强度、压缩强度、弹性模量、断裂延伸率、屈服强度等参数、适合于各行各业力学实验室和质量检验部门的材料力学特性试验。该机设计完成满足国标 16491子万能实验机、 228属材料 、 温室拉伸试验方法和 7314金属材料室温压缩方法的要求。 其用途广泛，功能多。高性能的负荷机架，门式力系框架、重量轻、刚度高、高速大载荷下运行平稳。动横梁位置微调，配手动控制器可以理想的完成质疑功能；先进的机械传动机构，齿形胶带式减速器配以滚珠丝杠副的传动效率高于 70%，传动平稳，噪音低于 65做 恒 负荷、恒位移、恒应变实验，全数字控制，具有负荷、位移、应变三种闭环控制方式，并能在实验过程中在三种方式之间实现无冲击平滑转换，并且任何一种控制方式下都可以进行循环和保持控制。 制参数调节操作简单。 器工作原理 电子万能试验机是专门针对高等院校、科研院所而设计的新一代 空间微机控制电子万能试验机。试验机主机与辅具的设计借鉴了日本岛津的先进技术，外形美观，操作方便，性能稳定可靠。电子式 拉力试验机 是由测量系统、驱动系统、控制系统、及电脑等结构组成。 变形的测量：通过变形测量装置来测量，它是用来测量试样在试验过程中产生的形变。该装 置上有两个夹头，经过一系列传动机构与装在测量装置顶部的光电编码器连在一起，当两 个 夹头 之间 的距离发生变化时，带动光电编码器的轴旋转，光电编码器就 5 会有脉冲信号输出。再由单片机对此信号进行处理，就可以得出试样的变形量。 横 梁 位移的测量：其原理同变形测量大致相同，都是通过测量光电编码器的输出脉冲数来获得横梁的位移量。 驱动系统：主要是用于试验机的横梁移动，其工作原理是由伺服系统控制电机，电机经过减速箱等一系列传动机构带动丝杆转动，从而达到控制横梁移动的目的。通过改变电机的转速，可以改变横梁的移动速度。 控制系统：顾名思义，就是控制试验机运作的系统，人们通过操作台可以控制试验机的运作，通过显示屏可以获知试验机的状态及各项试验参数，若该机带有电脑的话，也可以由电脑实现各项功能并进行数据处理分析、试验结果打印。试验机同电脑之间的通信一般都是使用 行通信方式，它通过计算机背后的串口 ( )进行通信，此技术比较成熟、可靠，使用方便。 电脑主机：用来采集和分析数据，进入试验界面后，电脑会不断采集各样试验数据，实时画出试验曲线，自动求出各试验参数及输出报表。 验 方法及内容 验 的 具体步骤 ： 试样的采集 试样的制作 测量试样的宽度和厚度 画线标记 输入试样及实验 数值 弯曲试验 生成曲线报告 装袋做标签 验过程 要点 料 的采集 柠条枝采自于山西省农科院，活枝，具有一定湿度。采集日期为 2011 年 4 月。柠条枝采回后，不 需 去皮， 去心。 冷藏于 温度中。试样通直，无虫害，能够进行正常的 弯曲 试验。 样的制作 用钢锯将柠条枝 截断，每段 长为 4右试样，去皮 用小刀将试样削成宽 *厚 3*3 的小试样 将小试样放入学校工厂精心 加工 的小矩形 槽 中 ,再用小刀削成 宽 *厚约 3*3 6 量柠条试样的宽度和厚度及画线标记 弯曲 前，用游标卡尺测量小柠条试样的宽度和厚度，并在中间位置画线，画线处为试验时的 弯曲 处。在电脑程序里输入柠条的宽度、厚度、 弯曲 速度及 弯曲 角度。 验 及生成报告 将量好的试样放于 弯曲 仪器上，电脑程序里输入柠条的宽度、厚度、 弯曲 速度及 弯曲 角度后， 清零后 启动程序 开始 实验。采用 弯曲 速度为 20mm/ 弯曲 角度 分别 为0、 30、 45的条件进行 弯曲 试验，每个条件试验用 5 根柠条试样，总计 15 组试验。每组试验都得出了 弯曲 力 位移的曲线图及最大 弯曲 力数值 ，最后生成报告，导出数据及曲 线。 算机详细操作过程 ： 7 8 9 从截图中可以清晰的看出计算机的操作过程：设置 弯曲 试验参数输入试样宽度厚度及 弯曲 速度角度程序运行生成曲线生成报告试验结束 3 试验结果与分析 曲 速度 20mm/弯曲 角度 0对 柠条 弯曲 力学性能的影响 标距 厚度 宽度 速度 角度 弹性模量（ E） N/ 第 1 根 40 0 性距 抗弯刚度 抗弯截面模量 抗弯强度 挠度 弯曲力 N - 位移曲线04812162024283236400 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20图一是厚度为 度为 柠条试样 弯曲 试验的生成报告 。 设定 弯曲 角度为 0， 弯曲 速度为 20m/的力 从图中可以得出最大 弯曲 抗弯 强度为 对图一分析可知，最大峰值处对应着切刀 压 断柠条试样时所需的最大 弯曲 力 。 10 从图中可以看出随着 弯曲 力的逐渐增大 ，切刀切入试样的深度逐渐增大，当 弯曲 力达到最大力 ，切刀到达试样半径深度，之后 弯曲 力逐渐减小，直到 弯曲 力趋于 0 时，试样被 弯 断。 弯曲 力达到最大即位移到达试样半径前， 弯曲 曲线呈线 抛物线 分布 。 度 20mm/弯曲 角度 30对柠条 弯曲 力学性能的影 响 标距 厚度 宽度 速度 角度 弹性模量（ E） N/ 第 1 根 40 0 30 性距 抗弯刚度 抗弯截面模量 抗弯强度 挠度 弯曲力 N - 位移曲线051015202530354045500 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30图二是厚度为 度为 柠条试样 弯曲 试验的生成报告，设定 弯曲曲 速度为 20mm/弯曲 角度为 30，从图中可以得出试验的最大 弯曲 力为 弯 强度为 与图一相比，试验二将 弯曲 角度变为 30， 挠度增大，抗弯刚度减少， 随着 弯曲 位 11 移的增大， 弯曲 力呈抛物线形状增大减小，减到 9N 后 弯曲 力大小趋于稳定。 试验中曲线出现了峰值的上下反复，其主要原因是切刀与柠条试样之间发生了相对滑动，使得试样在 弯曲 时上下弹动，导致 弯曲 力大小上下浮动 度 20mm/弯曲 角度 45对柠条 弯曲 力学性能的影响 标距 厚度 宽度 速度 角度 弹性模量（ E） N/ 第 1 根 40 0 45 性距 抗弯刚度 抗弯截面模量 抗弯强度 挠度 弯曲力 N - 位移曲线04812162024283236400 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 图三是厚度为 度为 柠条试样 弯曲 试验的生成报告，设定 弯曲 速度为 20mm/弯曲 角度为 45，从图中可以得出试验的最大 弯曲 力为 弯强度 为 试验表明， 弯曲 速度为 20mm/弯曲 角度为 45时，所需的最大 弯曲 力最小，即弯曲 试样所需的 弯曲 力 最小。这对于柠条收获机 ，打捆机 的设计与研究提供了一定的理 12 论依据。 度 20mm/数据对比 标距 厚度 宽度 速度 角度 弹性模量（ E） 惯性距 抗弯刚度 抗弯截面模量 抗弯强度 挠度 弯曲力 mm mm N/ N 第 1 根 40 0 距 厚度 宽度 速度 角度 弹性模量（ E） 惯性距 抗弯刚度 抗弯截面模量 抗弯强度 挠度 弯曲力 mm mm N/ N 第 1 根 40 0 30 距 厚度 宽度 速度 角度 弹性模量（ E） 惯性距 抗弯刚度 抗弯截面模量 抗弯强度 挠度 弯曲力 mm mm N/ N 第 1 根 40 0 45 据对比我们可以清晰看出随角度不断增大，弹性强度减小，抗弯刚度减小，抗弯强度减小，弯曲力减小，挠度 增大。 数据还表明： 速度为 20mm/度为 45 度时，试样的抗弯刚度最小， 抗弯强度最小，最大 弯曲力最小，这位柠条收获机 ，打捆机 的研制提供了理论依据。 4 角度增大，最大弯曲的变化示意图 13 角度变化挠度值变化示意图 图表表明： 速度为 20mm/度为 45 度时，试样的抗弯刚度最小， 抗弯强度最小，最大 弯曲力最小，这位柠条收获机 ，打捆机 的研制提供了理论依据 5 讨论 试样制作 方法的改进 试验前期准备中，我们进行了精心的柠条试样制作 。开始制作时，只用了小刀削柠条，导致制作出来的试样尺寸相差大，形状不规则。后来在武老师的精心 策划下，在农大工厂车了 3*3 的矩形槽，做出来的柠条试样规则、尺寸合格，能够直接进行试验。 14 6附录 度台草图和柠条加工模具 草图 15 样 图片和试验存档图片 16 7 结论 相同弯曲速度下，随着弯曲角度的不断增大，最大弯曲力逐渐减小，抗弯强度逐渐减小。 随着弯曲角度的增大，弹性模量逐渐减小，抗弯刚度也随着减小。 数据表明：速度为 20mm/度为 45 度时，试样的抗弯刚度最小，弯曲力最小，这位柠条收获机 ，打捆机 的研制提供了理论依据。 17 参考文献 1 牛西午 ,柠条研究 J ，科学出版社， 2 马永康等，柠条收割机切割器的设计与试验 N，农业机械学报， 3 贺德， 9柠条平茬机的研制与试验 D，农业装备技术， 4 陈晓峰，基于功能设计法的柠条收割机方案 D，农机使用与维修， 2003 5 fo r A W o. ,1986. 64 6 刘庆庭等，甘蔗茎在弯曲荷载下的破坏 N，农业工程学报， 7 刘庆庭等，甘蔗茎杆在扭转、压缩、拉伸载荷下的破坏试验 N，农业工程学报， 8 刘庆庭等，甘蔗茎秆在光刃刀片切割下根茬破坏实验 N ，农业工程学报 9 杨坚等，甘蔗切割器切割质量影响因素的试验研究 N ，农业工程学报， 10 张海升等， 柠条材的构造、纤维形态及化学成分的分析研究 N，内蒙古林学院学报， 月华，枯草期柠条草粉补饲滩羊的试验研究，经验交流 N， 2001 年第 3 卷第 4 期 . 11 马增旺，贺登飞，柠条生长量与生物量调查研究 J，河北林业科技， 1998 年 12 月 . 12 牛西午 ，关于在我国西北地区大力发展柠条林的建议 J，内蒙古畜牧科学 1999 年第一期 . 13 常朝阳，张明理，锦鸡儿属植物幼茎及叶的解剖结构及其生态适应性，植物研究 J， 1997，第17 卷 第 1 期 14 李玉山，黄土区土壤水分循环特征及其对陆地水分循环的影响 J，生态学报， 1983，第三卷第二 期， 91101 15 向家伟等，小型甘蔗收获机切割器试验研究 N，农业工程学报， 16 谢丽娟等，莲子机械特性的测试研究 N，农业工程学报 ， 17 廖宜涛等，收割期芦竹底部茎秆机械物理特性参数的试验研究 N，农业工程学报 ， 18 致谢 四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。 伟人、 名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师武志明老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式 感谢在场评委老师，专家，学者指导。 我还要感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。 目录 柠条的弯曲力学性能试验分析与研究 . 错误 !未定义书签。 1 引言 . 错误 !未定义书签。 究的背景 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 究背景 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 研究的目的及意义 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 附录）