蓖麻莖稈彎曲力學(xué)特性試驗(yàn)及仿真分析

侯俊銘，白晶波，楊 勇，姚恩超

（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110866）

蓖麻為油料作物，含油量為35%～57%，經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高[1-2]。蓖麻籽油及其衍生物廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、國(guó)防等領(lǐng)域[3-4]。收獲是蓖麻生產(chǎn)加工過程重要環(huán)節(jié)。我國(guó)大部分地區(qū)依靠人工收獲，勞動(dòng)強(qiáng)度高、損失率大，嚴(yán)重影響蓖麻收獲產(chǎn)量。實(shí)現(xiàn)蓖麻機(jī)械化收獲將有助于提高蓖麻產(chǎn)量。蓖麻莖稈切割裝置是蓖麻收獲機(jī)械關(guān)鍵部件，在切割過程中，莖稈與割刀接觸區(qū)域可產(chǎn)生復(fù)雜應(yīng)力和變形，影響切割效果。

沈成等通過拉伸、壓縮、彎曲等力學(xué)試驗(yàn)，獲得苧麻莖稈力學(xué)模型全部參數(shù)[5]。Tavakoli等探討不同試驗(yàn)條件對(duì)玉米秸稈剪切強(qiáng)度和剪切能影響[6]。李小城等測(cè)定小麥莖稈彈性模量和抗彎剛度，分析剪切特性[7-8]，Chandio等對(duì)比分析不同加載速率對(duì)小麥和水稻秸稈剪切特性影響[9]。Ince等探討不同條件下向日葵秸稈彎曲和剪切特性[10]。D?ugan等在甘蔗粉碎機(jī)上模擬工作加載條件，探究甘蔗動(dòng)態(tài)力學(xué)特性[11]。王偉等對(duì)木薯莖稈上、中、下三部分作壓縮、彎曲試驗(yàn)，獲得收獲期木薯莖稈抗彎強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度[12]。黃漢東等和施印炎等利用有限元計(jì)算方法分別研究甘蔗和蘆蒿在破壞載荷下破損形態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變分布[13-14]。有限元法可分析作物莖稈內(nèi)部復(fù)雜應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域[15]。蓖麻莖稈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，利用有限元法從微觀角度研究其彎曲力學(xué)特性鮮有報(bào)道。

蓖麻莖稈在不同含水率、載荷加載部位、加載速率等條件下彎曲力學(xué)特性差異較大。為揭示各因素對(duì)莖稈抗彎強(qiáng)度影響，本文以通遼地區(qū)廣泛種植通蓖7號(hào)和通蓖17號(hào)蓖麻莖稈為研究對(duì)象，在不同試驗(yàn)組合下開展蓖麻莖稈彎曲試驗(yàn)，獲得各因素對(duì)莖稈抗彎強(qiáng)度影響規(guī)律；從莖稈微觀角度，結(jié)合有限元法分析蓖麻莖稈纖維導(dǎo)管含量（導(dǎo)管-莖稈體積比）對(duì)抗彎強(qiáng)度影響，驗(yàn)證加載部位對(duì)抗彎強(qiáng)度影響取決于該部位纖維導(dǎo)管含量。蓖麻莖稈彎曲力學(xué)特性研究，可為開發(fā)蓖麻收獲機(jī)構(gòu)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)采用通遼地區(qū)廣泛種植通蓖7號(hào)（蒴果無刺）和通蓖17號(hào)（蒴果有刺）蓖麻莖稈，取樣方法為隨機(jī)取樣，蓖麻莖稈取地表至一級(jí)蓖麻蒴果結(jié)果位置一段主莖。試驗(yàn)材料通直，無病蟲害，少分支。

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)設(shè)備主要有VHX-5000超景深顯微鏡[基恩士（中國(guó)）有限公司]、WDW-2型微機(jī)電子萬能試驗(yàn)機(jī)（美特斯工業(yè)系統(tǒng)有限公司，2000N）、101-OA型數(shù)顯示電熱恒溫干燥箱、CP423S電子天平（精度1 mg）、游標(biāo)卡尺（精度0.02 mm）、密封袋等。試驗(yàn)于2017年11月在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院實(shí)施。

1.3 試驗(yàn)方法

在已獲得蓖麻莖稈含水率及主莖高度基礎(chǔ)上，選取蓖麻莖稈含水率（%）X1、施加載荷部位（mm）X2、施加載荷速率（mm·min-1）X3為變量，以莖稈最大抗彎強(qiáng)度為試驗(yàn)指標(biāo)，采用三元二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，將各因素按其水平及取值范圍作因素編碼，加載部位定義為以蓖麻莖稈根部為坐標(biāo)軸原點(diǎn)，沿莖稈生長(zhǎng)方向建立坐標(biāo)軸，加載點(diǎn)距根部坐標(biāo)原點(diǎn)距離即為加載部位。試驗(yàn)方案如表1所示。彎曲試驗(yàn)方法參照GB/T14452-1993金屬?gòu)澢W(xué)性能試驗(yàn)方法。

選用WDW-2型微機(jī)電子萬能試驗(yàn)機(jī)（最大負(fù)載2000 N）作彎曲試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，將莖稈試樣放入工作平臺(tái)，壓頭對(duì)莖稈施加彎曲載荷。每組試驗(yàn)取3個(gè)試樣作測(cè)試，將圖1中最大值作為抗彎強(qiáng)度表征量。

1.4 彎曲破壞過程

莖稈抗彎強(qiáng)度與莖稈含水率相關(guān)，兩種蓖麻莖稈在含水率10%、15%、20%條件下作彎曲破壞測(cè)試。得出蓖麻莖稈出現(xiàn)裂紋位置主要集中在壓頭附近，且與莖稈含水率相關(guān)。當(dāng)含水率較低（10%）時(shí)，莖稈呈脆性，壓頭附近產(chǎn)生裂紋，向莖稈兩端擴(kuò)展，形成貫穿裂紋。當(dāng)含水率增加時(shí)，莖稈韌性增強(qiáng)，裂紋主要在壓頭正下方，無明顯貫穿裂紋出現(xiàn)。相同條件下彎曲試驗(yàn)，通蓖17號(hào)蓖麻莖稈抗彎強(qiáng)度小于通蓖7號(hào)，莖稈更易變形。

通蓖7號(hào)和通蓖17號(hào)蓖麻莖稈在10%、15%、20%含水率條件下得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖1。

表1 通蓖7號(hào)和通蓖17號(hào)試驗(yàn)因素編碼Table1 Coding of factorsand levelsof Tongbi7 and Tongbi17

圖1 通蓖7號(hào)和通蓖17號(hào)蓖麻莖稈應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.1 Stress-strain curves of Tongbi7(a)and Tongbi17(b)castor stem

由圖1可知，隨彎曲應(yīng)變?cè)黾樱瑑善贩N蓖麻莖稈彎曲應(yīng)力增大。當(dāng)彎曲應(yīng)變達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，彎曲應(yīng)力出現(xiàn)峰值，隨彎曲應(yīng)變繼續(xù)增加，應(yīng)力值開始減小，莖稈產(chǎn)生局部破損，直至發(fā)生斷裂。隨含水率增加，兩品種蓖麻莖稈抗彎強(qiáng)度增大。說明含水率對(duì)蓖麻莖稈抗彎強(qiáng)度影響較大。

2 結(jié)果與分析

2.1 通蓖7號(hào)回歸方程建立與顯著性分析

采用三元二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)，結(jié)果見表2。對(duì)通蓖7號(hào)蓖麻莖稈彎曲試驗(yàn)抗彎強(qiáng)度作回歸分析，求得三元二次回歸方程為：

式中，Y1-抗彎強(qiáng)度（MPa）；X1-含水率（%）；X2-加載部位（mm）；X3-加載速率（mm·min-1）。

表2 三元二次通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果（通蓖7號(hào)）Table 2 Experimental design and resultsof second general combination of rotating design(Tongbi 7)

為研究各試驗(yàn)因素對(duì)通蓖7號(hào)蓖麻莖稈抗彎強(qiáng)度影響程度，對(duì)回歸方程作顯著性檢驗(yàn)和方差分析（顯著性水平α=0.05），結(jié)果見表3。

表3 彎曲試驗(yàn)回歸方程方差分析（通蓖7號(hào)）Table 3 Varianceanalysis of bending test(Tongbi7)

由表3可知，通蓖7號(hào)蓖麻莖稈彎曲回歸方程模型P＜0.0001，回歸模型極顯著；含水率X1對(duì)莖稈抗彎強(qiáng)度影響顯著（P=0.0004＜0.05），失擬項(xiàng)P=0.1878>0.05，說明回歸方程擬合較好，可用于預(yù)測(cè)各因素對(duì)抗彎強(qiáng)度影響。通過回歸分析得出，各因素對(duì)抗彎強(qiáng)度影響主次順序?yàn)椋汉?加載部位>加載速度。交互作用中，含水率與加載部位交互作用對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響極顯著（P＜0.0001），加載部位和加載速度交互作用對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響顯著（P=0.0470＜0.05）。剔除α=0.05不顯著項(xiàng)，簡(jiǎn)化回歸方程為：

2.2 通蓖17號(hào)回歸方程建立與顯著性分析

采用三元二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)，結(jié)果見表4。對(duì)通蓖17號(hào)蓖麻莖稈彎曲試驗(yàn)抗彎強(qiáng)度回歸分析，求得三元二次回歸方程為：

式中，Y2-抗彎強(qiáng)度（MPa）；X1-含水率（%）；X2-加載部位（mm）；X3-加載速率（mm·min-1）。

在α=0.05顯著水平下，作顯著性檢驗(yàn)與方差分析，結(jié)果見表5。

表4 三元二次通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果（通蓖17號(hào)）Table4 Experimental design and resultsof second general combination of rotating design(Tongbi17)

表5 彎曲試驗(yàn)回歸方程方差分析（通蓖17號(hào)）Table5 Variance analysisof bending test(Tongbi 17)

回歸方程模型P=0.0002，回歸極顯著；含水率對(duì)莖稈抗彎強(qiáng)度影響顯著（P=0.0102＜0.05），加載部位對(duì)莖稈抗彎強(qiáng)度影響極顯著（P＜0.0001）。失擬項(xiàng)P=0.4458>0.05，說明回歸方程擬合較好，可預(yù)測(cè)各因素對(duì)抗彎強(qiáng)度影響。通過回歸分析得出，各因素對(duì)抗彎強(qiáng)度影響主次順序?yàn)椋杭虞d部位>含水率>加載速度。交互作用中，含水率與加載速度交互作用對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響顯著（P=0.0160＜0.05）。剔除α=0.05不顯著項(xiàng)，簡(jiǎn)化回歸方程為：

2.3 因素響應(yīng)面效應(yīng)分析及優(yōu)化結(jié)果

各因素對(duì)通蓖7號(hào)蓖麻莖稈最大抗彎強(qiáng)度影響見圖2，各因素對(duì)通蓖17號(hào)蓖麻莖稈最大抗彎強(qiáng)度影響結(jié)果見圖3。

圖2 各因素對(duì)通蓖7號(hào)蓖麻莖稈抗彎強(qiáng)度影響Fig.2 Effects of various factors on the bending strength of castor stem of Tongbi7

圖3 各因素對(duì)通蓖17號(hào)蓖麻莖稈抗彎強(qiáng)度影響Fig.3 Effectsof various factorson the bending strength of castor stem of Tongbi17

由圖2a可知，當(dāng)加載速率為20 mm·min-1時(shí)，在不同加載部位下，抗彎強(qiáng)度隨含水率增加呈不同變化趨勢(shì)。加載部位在60～115 mm，抗彎強(qiáng)度隨含水率增加而增加，在115～170 mm，抗彎強(qiáng)度隨含水率增加先增后減，說明含水率與加載部位交互作用對(duì)抗彎強(qiáng)度影響顯著（P＜0.0001）。由圖2b可知，當(dāng)含水率為60%時(shí)，蓖麻莖稈抗彎強(qiáng)度隨加載速率增加呈先升后降趨勢(shì)，隨加載部位升高增強(qiáng)；說明含水率與加載部位交互作用對(duì)抗彎強(qiáng)度影響顯著（P＜0.05）。

由圖3可知，當(dāng)載荷加載部位在115 mm時(shí)，蓖麻莖稈抗彎強(qiáng)度隨含水率增加變化規(guī)律不同，加載速率17～20 mm·min-1時(shí)，抗彎強(qiáng)度隨含水率增加而減小，加載速率20～23 mm·min-1時(shí)，隨含水率增加，抗彎強(qiáng)度先減后增，說明含水率和加載部位交互作用，對(duì)蓖麻莖稈抗彎強(qiáng)度影響顯著（P＜0.05）。

以莖稈抗彎強(qiáng)度為響應(yīng)值，利用Design export 8.0.6軟件設(shè)定莖稈抗彎強(qiáng)度目標(biāo)值為Minimum，得到莖稈最小抗彎強(qiáng)度預(yù)測(cè)值及各影響因素見表6，研究結(jié)果可為設(shè)計(jì)切割裝置提供參考。

表6 抗彎強(qiáng)度最小時(shí)各因素組合Table6 Combination of factorswhen the bending strength is minimized

3 纖維導(dǎo)管含量計(jì)算

3.1 蓖麻莖稈結(jié)構(gòu)

蓖麻莖稈主要由稈皮部、木質(zhì)部、髓部和纖維導(dǎo)管組成[16]。通蓖7號(hào)蓖麻莖桿各節(jié)中部截面見圖4。

圖4 蓖麻莖稈截面Fig.4 castor stem section

由圖4可知，不同生長(zhǎng)高度蓖麻莖稈內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異較大，各節(jié)纖維導(dǎo)管含量分布不均?？拷乇硖幍?節(jié)莖稈木質(zhì)部較厚，無明顯髓部和纖維導(dǎo)管。第4節(jié)處有一定數(shù)量纖維導(dǎo)管且分層狀明顯，第7節(jié)處木質(zhì)部與第4節(jié)相比無差異，但纖維導(dǎo)管數(shù)量明顯多于第4節(jié)。說明不同生長(zhǎng)高度對(duì)應(yīng)纖維導(dǎo)管含量影響蓖麻莖稈抗彎強(qiáng)度。

3.2 單束纖維導(dǎo)管截面積

采用VHX-5000超景深顯微鏡放大20倍條件下拍攝莖稈截面見圖5。單束纖維導(dǎo)管可近似為圓柱體，利用VHX-5000測(cè)量功能測(cè)得各節(jié)纖維導(dǎo)管直徑均值，計(jì)算導(dǎo)管截面積。由圖6可知，通蓖7號(hào)蓖麻莖稈在接近地表1～3節(jié)處，單束纖維導(dǎo)管截面積隨高度增加而減小。3～5節(jié)處通蓖7號(hào)單束纖維導(dǎo)管截面積增加趨勢(shì)明顯，且在第5節(jié)處出現(xiàn)最大值。

圖5 蓖麻莖稈顯微截面Fig.5 Castor stem micro section

圖6 單束纖維導(dǎo)管截面積分布規(guī)律Fig.6 Distribution ruleof cross-sectional area of fiber conduit

3.3 導(dǎo)管-莖稈體積比

為研究纖維導(dǎo)管含量沿蓖麻莖稈生長(zhǎng)方向變化規(guī)律，采用導(dǎo)管-莖稈體積比作為衡量各節(jié)纖維導(dǎo)管含量標(biāo)準(zhǔn)。由蓖麻莖稈截面顯微結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)5根通蓖7號(hào)蓖麻莖稈各節(jié)纖維導(dǎo)管，取均值。根據(jù)單束纖維導(dǎo)管截面積即可計(jì)算各節(jié)纖維導(dǎo)管面積。各節(jié)纖維導(dǎo)管平均數(shù)量分布見圖7，可見各節(jié)纖維導(dǎo)管數(shù)量差異較大。通蓖7號(hào)纖維導(dǎo)管-莖稈體積比隨生長(zhǎng)高度變化見圖8。

圖7 纖維導(dǎo)管數(shù)量分布Fig.7 Distribution number of fiber ducts

圖8 導(dǎo)管-莖稈體積比隨高度變化規(guī)律Fig.8 Density ratio of catheter to stem varies with height

由圖8可知，導(dǎo)管-莖稈體積比隨生長(zhǎng)高度變化規(guī)律近似為二次函數(shù)，通蓖7號(hào)纖維導(dǎo)管含量隨生長(zhǎng)高度增加而增加。導(dǎo)管-莖稈體積比與生長(zhǎng)高度定量關(guān)系為：

式中，V1-通蓖7號(hào)纖維導(dǎo)管含量（%）；X-生長(zhǎng)高度（mm）。

4 有限元仿真

為探討導(dǎo)管纖維體積比對(duì)莖稈抗彎強(qiáng)度影響，本文用有限元法對(duì)3種不同導(dǎo)管-莖稈體積比（3%、4%、5%）通蓖7號(hào)蓖麻莖稈作彎曲試驗(yàn)仿真分析。有限元分析過程中相關(guān)假設(shè)：①忽略稈皮部影響，蓖麻莖稈近似為圓柱體。②蓖麻莖稈各部分材料簡(jiǎn)化為：軸向同性，徑向異性。③仿真時(shí)各部位導(dǎo)管-莖稈體積比一致。④施加載荷前，蓖麻莖稈內(nèi)部應(yīng)力為零，且在仿真過程中，含水率和溫度無變化。

4.1 幾何模型建立

建立蓖麻莖稈幾何模型時(shí)，將其簡(jiǎn)化為由木質(zhì)部、纖維、髓部3部分組成圓柱體。采用游標(biāo)卡尺（精度0.02 mm）測(cè)量10株通蓖7號(hào)蓖麻莖稈（取均值）：主莖長(zhǎng)度232 mm、直徑26 mm、髓部?jī)?nèi)腔直徑3 mm，髓部壁厚9 mm。根據(jù)已測(cè)莖稈主要尺寸參數(shù)，采用三維設(shè)計(jì)軟件Solidworks創(chuàng)建蓖麻莖稈三維實(shí)體模型，如圖9所示。

4.2 網(wǎng)格劃分及材料屬性

網(wǎng)格劃分時(shí)，單元類型選取Solid186，采用自由劃分網(wǎng)格方法，網(wǎng)格精度設(shè)置2 mm。劃分網(wǎng)格之后模型見圖10。

圖10 蓖麻莖稈模型網(wǎng)格劃分Fig.10 Castor stem model grid division

3點(diǎn)彎曲試驗(yàn)測(cè)得蓖麻莖稈各部分彈性模量。測(cè)量纖維導(dǎo)管彈性模量時(shí)將莖稈桿皮部剝離，測(cè)量髓部彈性模量時(shí)將附著在稈皮內(nèi)表面上纖維導(dǎo)管剝離。

采用引伸計(jì)測(cè)得各部分在單向受壓狀態(tài)下橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變，由公式（6）確定各部分泊松比。

式中，σ-泊松比；ε1-橫向應(yīng)變；ε2-軸向應(yīng)變。

采用真實(shí)密度測(cè)試原理，通過試驗(yàn)測(cè)得蓖麻莖稈真實(shí)密度0.18 g·cm-1。

各部分材料屬性見表7，將表中材料參數(shù)輸入對(duì)應(yīng)模型。

表7 莖桿各部分材料參數(shù)Table7 Stem partsmaterial parameters

4.3 邊界條件設(shè)置

為模擬真實(shí)3點(diǎn)彎曲試驗(yàn)過程，在蓖麻莖稈幾何模型上下位置，分別創(chuàng)建壓塊與下支撐塊，下支撐塊與莖稈接觸，壓塊與莖稈之間保持一段距離。壓塊施加垂直向下速度，其值與莖稈彎曲試驗(yàn)時(shí)WDW-2型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)加載速度一致，下支撐添加固定約束。

4.4 仿真結(jié)果與分析

根據(jù)所建3種不同導(dǎo)管-莖稈體積比蓖麻莖稈有限元模型，利用ANSYS中Explicit Dynamics顯示動(dòng)力學(xué)分析模塊[17]分析求解，得到3種不同體積比下蓖麻莖稈彎曲應(yīng)力云圖，如圖11所示。

圖11 蓖麻莖稈彎曲時(shí)應(yīng)力云圖Fig.11 Equivalent stress map of castor stems when bent

由圖11可知，3種不同纖維導(dǎo)管含量條件下莖稈應(yīng)力分布規(guī)律基本一致：以壓塊與莖稈接觸位置處為中心，應(yīng)力向四周擴(kuò)散且逐漸減小，在壓塊與莖稈接觸處附近出現(xiàn)應(yīng)力峰值，最大值分別為2.7438 MPa（體積比3%）、2.9615 MPa（體積比4%）和3.7028 MPa（體積比5%）。且3種體積比條件下，莖稈最大位移處應(yīng)力分別為1.0205 MPa（體積比3%）、1.0346 MPa（體積比4%）和1.0633 MPa（體積比4%），說明隨纖維導(dǎo)管含量增加，莖稈抵抗變形能力增強(qiáng)，破壞時(shí)越不易產(chǎn)生裂紋。

壓塊與莖稈接觸損傷區(qū)域見圖12。從莖稈受損壞形式上看，在壓塊與莖稈持續(xù)接觸過程中，接觸區(qū)域網(wǎng)格質(zhì)量急劇下降，此時(shí)莖稈破裂，莖稈損傷由接觸區(qū)域向四周擴(kuò)展。隨導(dǎo)管-莖稈體積比增加，損傷面積減小。說明隨導(dǎo)管纖維含量增加，導(dǎo)管對(duì)莖稈支撐作用逐漸增強(qiáng)，莖稈抗彎強(qiáng)度增加，不易損壞。

圖12 不同體積比莖稈損傷規(guī)律Fig.12 Different volume ratios of stem damage

4.5 體積比及對(duì)應(yīng)加載部位與抗彎強(qiáng)度關(guān)系

選取3%～4.8%體積比對(duì)應(yīng)加載部位試樣，通過試驗(yàn)得到加載部位對(duì)抗彎強(qiáng)度影響擬合曲線，并對(duì)比有限元仿真結(jié)果，如圖13所示。導(dǎo)管-莖稈體積比與莖稈抗彎強(qiáng)度呈非線性遞增關(guān)系，當(dāng)體積比3%～4%時(shí)，抗彎強(qiáng)度增加速率較緩慢，當(dāng)體積比大于4%時(shí)，遞增趨勢(shì)顯著加快。

采用最小二乘法擬合數(shù)據(jù)，得到抗彎強(qiáng)度與體積比擬合方程為：

式中，y-莖稈抗彎強(qiáng)度（MPa），x-纖維導(dǎo)管含量（%）。

兩變量間相關(guān)程度可由式（8）確定，其值介于-1與1之間，當(dāng)R值越接近1時(shí)，說明兩變量間相關(guān)程度越大[18]。

式中，R-相關(guān)系數(shù)；Y1-試驗(yàn)結(jié)果；Y2-仿真結(jié)果。

計(jì)算得兩曲線相關(guān)系數(shù)R=0.9014，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果呈正相關(guān)，說明載荷加載部位對(duì)莖稈抗彎強(qiáng)度影響由加載部位點(diǎn)莖稈內(nèi)部纖維導(dǎo)管含量決定。

圖13 體積比與抗彎強(qiáng)度擬合曲線Fig.13 Volumeratio and bending strength curve

5 討論與結(jié)論

a.試驗(yàn)結(jié)果表明，各因素對(duì)通蓖7號(hào)蓖麻莖稈抗彎強(qiáng)度影響排序?yàn)椋汉?加載部位>加載速度。其中，含水率與加載部位交互作用對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響極顯著（P＜0.0001），加載部位和加載速度交互作用對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響顯著（P=0.0470＜0.05）。各因素對(duì)通蓖17號(hào)蓖麻莖稈抗彎強(qiáng)度影響主次順序?yàn)椋杭虞d部位>含水率>加載速度。其中，含水率與加載速度交互作用對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響顯著（P=0.0160＜0.05）。

b.利用Design export 8.0.6軟件優(yōu)化程序分別得出兩品種莖稈抗彎強(qiáng)度最小時(shí)最佳因素組合：當(dāng)通蓖7號(hào)含水率為59.25%，加載部位為92.03 mm，加載速度為15.56 mm·min-1時(shí)，抗彎強(qiáng)度最小，為2.774 MPa；當(dāng)通蓖17號(hào)含水率為55.97%，加載部位為150.94 mm，加載速度為24.54 mm·min-1時(shí)，抗彎強(qiáng)度最小，為0.229 MPa。試驗(yàn)結(jié)果可為蓖麻收獲機(jī)械切割裝置設(shè)計(jì)提供參考。

c.以通蓖7號(hào)蓖麻莖稈為對(duì)象，通過研究莖稈微觀結(jié)構(gòu)，分析不同生長(zhǎng)部位莖稈內(nèi)部纖維導(dǎo)管含量變化規(guī)律。借助有限元軟件分別得出纖維導(dǎo)管含量和加載部位對(duì)抗彎強(qiáng)度影響擬合曲線，兩曲線相關(guān)系數(shù)R=0.9014。研究表明，加載部位對(duì)抗彎強(qiáng)度影響實(shí)際上取決于該部位纖維導(dǎo)管含量。