蘋果枝條剪切力學(xué)特性研究

蔡文龍 周艷 賈首星 韓會敏

摘要以新疆農(nóng)墾科學(xué)院試驗田的蘋果枝條作為試驗材料，15mm/min的加載速度，在萬能試驗機(jī)上對3個批次蘋果枝條試樣進(jìn)行剪切力學(xué)特性分析。對不同直徑、含水率的蘋果枝條進(jìn)行剪切力學(xué)特性試驗。結(jié)果表明：峰值剪切力隨直徑的增大而增大，影響蘋果枝條破壞載荷的關(guān)鍵因素在于直徑的大小。蘋果試樣的峰值剪切力隨含水率先增加后減小，并且隨著剪切位移的變化趨勢也是先增大后減小，在剪切位移大于19mm時，試樣基本斷裂，剪切力逐漸減小。

關(guān)鍵詞蘋果枝條;剪切;力學(xué)性能

中圖分類號S224文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611（2019）01-0221-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.01.065

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

我國是世界第一大果品生產(chǎn)國，其中蘋果的栽培模式深受日本精細(xì)化管理的影響，如套袋、轉(zhuǎn)果、摘葉、鋪反光膜等，這些技術(shù)的采用雖然提高了果品外觀，卻耗費了大量人工，目前果樹管理用工嚴(yán)重短缺，人工費用不斷上漲。從世界果樹產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢來看，省力化栽培是未來蘋果業(yè)發(fā)展的潮流。蘋果枝條的整形修剪是關(guān)鍵因素[1]，每年要剪掉衰老枝或者背下枝。合理的整形修剪是提高蘋果產(chǎn)量的重要舉措，這就必然離不開蘋果枝條剪切力學(xué)特性的研究[2]。

1試驗材料、設(shè)備與方法

1.1試驗材料

試驗樣本為蘋果枝條，如圖1所示，取自新疆石河子市新疆農(nóng)墾科學(xué)院果樹示范田，試樣采集于蘋果收獲后，總共分為3個批次，時間分別為2018年5月20日、6月18日、7月2日。每個批次抽取植株7個，試樣直徑為5～15mm，長度為100mm，編號批次如表1。試樣采取隨機(jī)取樣，選取新鮮、無病蟲害、生長旺盛的蘋果枝條，并且莖桿通直，沒有彎曲和破損的痕跡。手工去掉葉子和側(cè)枝，放入真空袋中并放回實驗室，在通風(fēng)良好的環(huán)境中保存，等待試驗[3]。分別測量3批試樣直徑，結(jié)果如表2所示。

1.2試驗設(shè)備

試驗設(shè)備主要有：萬能試驗機(jī)、電子秤（測量精度0.0001g，JY/YP30002上海越平科學(xué)儀器有限公司）、電熱鼓風(fēng)干燥箱（溫度范圍10～250℃、DHG-9070A上海一恒科學(xué)儀器有限公司）手鋸、游標(biāo)卡尺、培養(yǎng)皿等。

圖1蘋果枝條試樣

Fig.1Samplesofapplebranches

1.3試驗方法

用手鋸分別鋸下所要的3批試驗樣本，用游標(biāo)卡尺測量試樣枝條的直徑，多次測量后取平均值。該次試驗按GB1937—1991的規(guī)定進(jìn)行，將測量好的試驗樣本放到萬能試驗機(jī)上，如圖2所示，使夾具夾塊的中心對準(zhǔn)萬能試驗機(jī)壓頭中心位置，試驗機(jī)以15mm/min勻速加載荷，在2min以內(nèi)使樣本破壞，然后記錄下峰值剪切力和剪切強(qiáng)度，并觀察變化趨勢。枝條含水率的測定在電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)進(jìn)行，如圖3所示，采用烘干法測定含水率[4]。將蘋果枝條放入干燥箱內(nèi)保持105℃，24h以后取出樣本進(jìn)行稱重。

并每隔1h稱重1次，直到2次稱重相差小于0.001g，這時可以認(rèn)定蘋果枝條達(dá)到全干。然后計算含水率，蘋果含水率計算公式如下：

w=m1-m0m0×100%

式中，w為蘋果試樣含水率（%）;

m1為蘋果試樣試驗時的質(zhì)量（g）;

m0為蘋果試樣全干時的質(zhì)量（g）。

2結(jié)果與分析

2.1峰值剪切力隨直徑的變化

蘋果試樣的峰值剪切力隨直徑變化的試驗結(jié)果如表3、圖4所示。

由圖4可知，該樣本的峰值剪切力隨直徑的增大而增大。因此，峰值剪切力與樣本直徑呈線性正相關(guān)[5]。

2.2剪切力隨含水率的變化

對蘋果試樣3批的含水率進(jìn)行計算，結(jié)果如表3所示。蘋果試樣峰值剪切力隨含水率變化如圖5所示。

由圖5可知，蘋果試樣的峰值剪切力隨含水率的增大先增大后減小，在含水率小于51%時，蘋果試樣呈塑性材料，當(dāng)含水率大于51%時，蘋果試樣呈脆性材料[6-8]。

2.3蘋果試樣剪切力隨位移的變化

蘋果試樣剪切力隨位移變化曲線如圖6所示，結(jié)果表明，該樣本在位移為19mm時，存在峰值剪切力，峰值剪切力為510N，當(dāng)位移大于19mm時，蘋果枝條基本斷裂，并且隨位移的增大而減小[9]。

3結(jié)論

（1）隨蘋果枝條直徑的增加，峰值剪切力逐漸增大，并且影響蘋果枝條峰值剪切力的關(guān)鍵因素是直徑的大小。

（2）蘋果枝條樣本直徑與峰值剪切力呈線性正相關(guān)關(guān)系。

（3）峰值剪切力隨位移的增大而增大，當(dāng)位移大于19mm時，該樣本剪切力隨位移的增大而減小。

47卷1期蔡文龍等蘋果枝條剪切力學(xué)特性研究

參考文獻(xiàn)

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