苜蓿茎秆压扁过程力学特性仿真与试验

针对苜蓿机械化收获压扁环节缺乏离散元仿真参数的问题,基于离散元法建立了苜蓿空心茎秆模型,采用力学试验与虚拟仿真试验相结合的方法,对粘结模型进行了参数标定与校核。结果表明,苜蓿茎秆最大临界压缩、剪切载荷分别为113.6 N、55.2 N,法向刚度系数、切向刚度系数、临界法向应力、临界切向应力及粘结半径分别为3.45e+08 N/m^(3)、3.15e+08 N/m^(3)、2.32e+06 Pa、7.16e+06 Pa、0.54 mm。通过压缩、剪切试验与仿真试验对比验证了离散元模型可靠性,基于EDEM对苜蓿茎秆的压扁过程进行了仿真,分析了粘结键及茎秆受力的变化情况,研究结果可为苜蓿秸秆的离散仿真研究和相关机械的设计优化提供参考。

紫花苜蓿茎秆在常压热风干燥中的传质模拟研究

根据斐克定律和质量守恒原理,建立了可以预测干燥过程中苜蓿茎秆内部水分分布的常压热风干燥的传质数学模型。通过对扩散模型边界条件的处理,结合紫花苜蓿茎秆内部水分扩散的干燥试验结果,采用数值模拟方法确定了干燥苜蓿茎秆的传质系数。结果表明,干燥苜蓿样本的含水率与模拟分析含水率的决定系数为R2=0.927,模拟分析具有较高的准确度。在此基础上进行的苜蓿茎秆内部水分分布的模拟计算保证了与苜蓿非稳态干燥过程的一致性。

提高苜蓿茎秆干燥速率的试验研究

对初花期苜蓿茎秆进行不同的处理,通过单因素试验分析苜蓿茎秆在未处理、压扁、弯折和去蜡质层等形态下的干燥特性。结果表明,未经处理的苜蓿茎秆所需的干燥时间是其叶子的2倍左右,经过压扁、去蜡质层后的苜蓿茎秆所需的干燥时间仅是叶子的1.2倍左右,而弯折茎秆所需的干燥时间却是叶子的1.5倍。该研究可为牧草收获机械主要工作部件的改进提供理论依据。

不同刈割期低纤维苜蓿茎秆生物力学试验研究

本文以北方多年生豆科牧草低纤维苜蓿和甘农三号、绿宝石小冠花(对照品种)初花期、结荚期茎秆为研究对象,测试了茎秆的主要力学性能及在不同状态下主要化学成分含量。结果表明:三种牧草刈割处茎秆应力与应变曲线近似呈线性关系;结荚期茎秆抗拉强度大于初花期;初花期刈割处茎秆平均抗拉强度分别是24.62MPa、24.82MPa、15.96MPa;三种牧草茎秆随含水率的降低(或初花期到结荚期的变化),纤维素、木质素、蛋白质含量均增高;低纤维苜蓿平均蛋白质含量介于绿宝石小冠花和甘农3号之间。考虑蛋白质含量、消化率及机械化收获难易,新品系低纤维苜蓿具有更广阔发展前景。此研究为指导牧草优种筛选和选育,设计开发新机具、新工艺提供理论依据。

苜蓿茎秆的拉伸力学特性试验

本研究对低含水率的苜蓿茎秆不同部位进行了拉伸力学特性试验。结果表明,同一植株不同位置的拉断载荷从顶部到根部呈明显增加趋势,一般根部的拉断载荷是顶部的2～4倍;抗拉强度变化趋势不明显;苜蓿茎秆试样上部、中部和下部的平均直径分别是1.72mm、2.03mm和2.21mm,平均壁厚分别是0.18mm、0.22mm和0.31mm,平均抗拉强度分别为77.06594MPa、96.24907MPa和75.27600MPa,平均载荷分别是59.50628N、105.68330N和121.33230N;验证分析表明,苜蓿茎秆中部和下部的抗拉强度与截面积的相关性较好,上部茎秆的相关性稍差。

苜蓿现蕾期茎秆离散元模型建立与参数标定

针对目前牧草收获、粉碎加工设备输送和切割等机构研究过程中离散元仿真缺乏准确模型的问题,以含水率高、物理力学特性较为复杂的苜蓿现蕾期茎秆为研究对象,借助EDEM仿真软件,分别基于Hertz-Mindlin(no slip)和Hertz-Mindlin with bonding接触模型对物理参数和粘结参数进行标定。以休止角和剪切试验为基础,通过Plackett-Burman试验、Steepest ascent试验和Box-Behnken试验确定了苜蓿茎秆的泊松比、剪切模量、碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数等物理参数和法向接触刚度、切向接触刚度、临界法向应力、临界切向应力、粘结半径等粘结参数。以确定的物理参数进行休止角仿真试验,结果表明,仿真休止角与物理试验休止角相对误差为0.52%;以确定的粘结参数进行剪切仿真试验,结果表明,仿真剪切破坏力与物理试验仿真破坏力相对误差为0.86%,说明所标定的参数能够真实反映苜蓿现蕾期茎秆的物理和力学特性。

苜蓿不同部位干燥和质量特性研究(英文)

研究了几种干燥条件（干燥温度：100～200℃，表现速度：0．15～0．45m／s）对苜蓿各部位的干燥特性和品质指标的影响规律。收割后的苜蓿被分成茎秆、压扁茎秆、带叶的压扁茎秆和叶片。苜蓿的品质指标包括茎叶水分差异、粗蛋白质和粗纤维。随着干燥温度和表现速度的增加，苜蓿的干燥速度也增加，其中叶片干燥速度最高，未压扁的茎秆速度最低，并且叶片和茎秆的水分差异也增大。当干燥温度低于160℃时，苜蓿叶片中的蛋白质没有显著变化，同时绿度（同时表现速度不大于0．3m／s）增加。在本研究中，干燥温度为160℃和表现速度0．3m／s的干燥条件可以同时保证干燥速度和干燥后的苜蓿品质。

干燥参数对苜蓿各含水率阶段干燥特性及能耗的影响

针对苜蓿在干燥过程中高能耗、控制粗放的问题,以干燥难度最大的苜蓿茎秆为研究对象,以物料参数和干燥过程参数为研究因素,测定了不同含水率阶段的干燥特性.研究了影响能耗和效率的因素,确定不同干燥阶段的优选方案.结果表明:在不同干燥参数下,苜蓿的干燥速率均经历了加速和降速阶段,与田间晾晒差异较大.对干燥能耗的影响从强到弱依次为风速、茎秆直径、干燥温度、压扁程度.对干燥效率的影响从强到弱依次为干燥温度、茎杆直径、压扁程度、风速.茎秆直径对能耗、效率的影响都显著,因此苜蓿的长势和产量不同时需合理改变干燥参数.以降低能耗为目标的干燥策略是风速保持1.0 m·s-1,干燥温度开始高、中期低、末期再回升.以提高效率为目标的干燥策略是压扁系数90%,干燥温度以先高后低的波浪式变化.各干燥阶段以降低能耗为目标的最优干燥温度总是低于以提高效率为目标的干燥温度.