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°。
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