水稻机插秧过程流固耦合数值模拟研究
发布时间：2022-01-17 17:55
水稻毯状小苗机插技术源于日本,经过本土化改进后迅速发展,但我国地形复杂、种植制度多样,在稻麦、稻油、双季稻等多熟制种植地区,水稻生育期延迟造成上下茬口衔接紧张,易出现下茬作物等田现象;在因地形、水资源限制插秧前大田灌水较深地区以及稻渔综合种养区,水稻毯状小苗机插秧技术难以推广和应用。水稻大苗植株营养体大,具有较强的抗逆性,机插后返青发根快,机插水稻长秧龄大苗可以有效缓解小苗机插秧技术存在的这些问题。目前的水稻插秧机难以满足大苗的生产需求,通常存在“搭桥、推秧、伤秧”现象,但其机理尚不明确。因此,本文针对机插大苗立秧差、伤秧重的问题,研究水稻秧苗的物理力学特性,并对秧苗和分插机构进行动力学分析,在此基础上采用数值模拟技术明确秧苗、机械、水田土壤之间相互作用机理,主要内容和结论如下:（1）对水稻秧苗的微观结构、宏观物理特性及力学特性进行了测定和试验研究,分析了微观结构和宏观物理特性与力学特性之间的相关性。结果表明,水稻秧苗茎秆横截面微观结构为多层筛孔状叶片组织包裹的类椭圆形,在秧龄15～35d内,各品种水稻茎杆剪切强度、剪切模量、压缩能均随秧龄先增大后减小,弹性模量随秧龄先减小后增大,剪切...
【文章来源】：安徽农业大学安徽省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一次性灌水较多区
2（a）稻鱼共作（b）稻虾共作（c）稻蟹共作图1-2稻渔综合种养区Fig.1-2Riceandfishcomprehensivebreedingarea因此，研究水稻大苗移栽机械是目前发展有机水稻生产，解决水资源匮乏地区和稻渔共作区水稻机械移栽的一个重点和难点，而水稻秧苗物理力学特性和水稻机插秧过程流固耦合多体互作机理的研究是设计大苗移栽机械的重要突破口，目前关于机械-土壤和机械-植物的相互作用的研究较多，但尚未形成系统，对机械-植物-水田土壤之间相互作用的研究尚未有报道。探明水稻植株的机械损伤特性及机插秧过程多体互作机理可为水稻长秧龄大苗移栽机构的设计提供理论基矗1.2国内外研究现状1.2.1水稻秧苗物理力学研究现状在农业机械领域新技术研究应用中，茎杆类作物的物理力学特性是机械化作业装备设计和研究的基本依据，对解决机械生产作业过程中存在的技术问题有着重要的指导意义。国内外专家学者针对小麦、玉米、高粱和大豆等茎秆作物生物力学性能作了许多研究，揭示了生物的物性本质和抗倒伏特性[1-8]。水稻作为茎杆类作物，属于典型的生物复合材料，是复杂的多层组合结构，水稻茎杆特殊的生理结构赋予其优良的力学性能[9,10]。在水稻机械移栽过程中，秧苗会受到栽植机构的夹持力和推秧力作用，由于夹持位置的不确定性和不稳定性，秧苗易受机械损伤且立苗度难以保证，严重制约了水稻机插秧技术的推广应用。因此，水稻秧苗的物理力学特性是进一步研究低损伤水稻插秧机的重要理论基矗宋建农等[11]利用万能材料试验机对不同秧龄的秧苗茎秆进行了抗拉断力试验，获取了抗拉断力与秧龄、秧苗高度、夹秧高度相互间的关系，且试验表明：对秧龄20d以上，秧苗高度大于100mm，单株秧苗的最小抗拉断力大于4N；在秧苗营养钵相对湿度为40%～60%，秧苗?
92.1.2试验仪器试验采用英国SMS公司生产的TA.XT.plus型物性测试仪，如图2-1所示，选取与其配备的HDP/BWS型剪切探头、P36型压缩探头，试验时设定采样频率10HZ，触发力10g；JC101型电热鼓风干燥箱，如图2-2所示；量程为0～150mm电子数显游标卡尺，精度为0.01mm；量程为0～200g电子分析天平，精度为0.001g，如图2-3所示；量程为0～500mm直尺，精度1mm。(b)剪切探头(c)压缩探头(a)物性测试仪图2-1物性测试仪及探头Fig.2-1Analyzerforphysicalpropertyandprobe图2-2电热鼓风干燥箱Fig.2-2Draughtdryingcabinet图2-3电子分析天平Fig.2-3Electronicanalyticalbalance
【参考文献】：
期刊论文
[1]流固耦合作用下水田刀切割碎土的数值模拟与试验[J]. 任金波,谢宇,黄煌辉,张翔,施火结. 中国农机化学报. 2019(09)
[2]水稻长秧龄大苗同步开沟插秧机试验成功[J]. 农业机械. 2019(08)
[3]水稻插秧机分插机构优化设计与仿真分析[J]. 文昌俊,王虹量,王冕,张恒. 湖北工业大学学报. 2019(02)
[4]基于多相流的船式拖拉机减阻性能分析[J]. 戚得众,陈龙,周明刚,龚宇,刘明勇. 农机化研究. 2019(12)
[5]行星轮系滑道式钵苗栽植机构设计与参数优化[J]. 姬江涛,杨林辉,金鑫,高颂,庞靖,王景林. 农业工程学报. 2018(18)
[6]穴盘水稻秧苗茎秆蠕变与应力松弛特性的试验研究[J]. 马瑞峻,萧金庆,郑普峰,张亚丽,陈瑜,邱志. 农业工程学报. 2018(13)
[7]砂质海床中船锚运动全过程数值模拟[J]. 池寅,时豫川,吴海洋,卢秋如. 武汉大学学报(工学版). 2017(06)
[8]黄淮海地区大豆茎秆力学特性的多品种对比试验研究[J]. 刘基,金诚谦,梁苏宁,倪有亮,王昕,李泽峰. 农机化研究. 2018(06)
[9]CFD技术在航空工程领域的应用、挑战与发展[J]. 周铸,黄江涛,黄勇,刘刚,陈作斌,王运涛,江雄. 航空学报. 2017(03)
[10]转动副间隙对曲柄摇杆式分插机构性能的影响分析与试验[J]. 刘发鑫,武传宇,孙良. 农业工程学报. 2016(15)
博士论文
[1]航空发动机压气机叶片流固耦合振动的动力学特性研究[D]. 王丹.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]踩踏式除草机器人结构优化与除草性能评价[D]. 王凯.华南理工大学 2019
[2]水田船型拖拉机船体结构与工作参数优化试验[D]. 何焯亮.浙江大学 2018
[3]基于CFD/CSD耦合的飞行器动导数数值模拟[D]. 缪程珠.南京航空航天大学 2018
[4]不同非圆齿轮旋转式分插机构的动力学分析[D]. 杜旭坤.浙江理工大学 2018
[5]高速水稻插秧机分插机构的仿真分析与优化设计[D]. 陈丽果.江苏大学 2016
[6]田间水稻秧苗和稗草力学特性研究[D]. 刘永军.东北农业大学 2014
[7]喷砂除锈工艺流场分析及有限元研究[D]. 杨刚.北京化工大学 2013
本文编号：3595178
【文章来源】：安徽农业大学安徽省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一次性灌水较多区
2（a）稻鱼共作（b）稻虾共作（c）稻蟹共作图1-2稻渔综合种养区Fig.1-2Riceandfishcomprehensivebreedingarea因此，研究水稻大苗移栽机械是目前发展有机水稻生产，解决水资源匮乏地区和稻渔共作区水稻机械移栽的一个重点和难点，而水稻秧苗物理力学特性和水稻机插秧过程流固耦合多体互作机理的研究是设计大苗移栽机械的重要突破口，目前关于机械-土壤和机械-植物的相互作用的研究较多，但尚未形成系统，对机械-植物-水田土壤之间相互作用的研究尚未有报道。探明水稻植株的机械损伤特性及机插秧过程多体互作机理可为水稻长秧龄大苗移栽机构的设计提供理论基矗1.2国内外研究现状1.2.1水稻秧苗物理力学研究现状在农业机械领域新技术研究应用中，茎杆类作物的物理力学特性是机械化作业装备设计和研究的基本依据，对解决机械生产作业过程中存在的技术问题有着重要的指导意义。国内外专家学者针对小麦、玉米、高粱和大豆等茎秆作物生物力学性能作了许多研究，揭示了生物的物性本质和抗倒伏特性[1-8]。水稻作为茎杆类作物，属于典型的生物复合材料，是复杂的多层组合结构，水稻茎杆特殊的生理结构赋予其优良的力学性能[9,10]。在水稻机械移栽过程中，秧苗会受到栽植机构的夹持力和推秧力作用，由于夹持位置的不确定性和不稳定性，秧苗易受机械损伤且立苗度难以保证，严重制约了水稻机插秧技术的推广应用。因此，水稻秧苗的物理力学特性是进一步研究低损伤水稻插秧机的重要理论基矗宋建农等[11]利用万能材料试验机对不同秧龄的秧苗茎秆进行了抗拉断力试验，获取了抗拉断力与秧龄、秧苗高度、夹秧高度相互间的关系，且试验表明：对秧龄20d以上，秧苗高度大于100mm，单株秧苗的最小抗拉断力大于4N；在秧苗营养钵相对湿度为40%～60%，秧苗?
92.1.2试验仪器试验采用英国SMS公司生产的TA.XT.plus型物性测试仪，如图2-1所示，选取与其配备的HDP/BWS型剪切探头、P36型压缩探头，试验时设定采样频率10HZ，触发力10g；JC101型电热鼓风干燥箱，如图2-2所示；量程为0～150mm电子数显游标卡尺，精度为0.01mm；量程为0～200g电子分析天平，精度为0.001g，如图2-3所示；量程为0～500mm直尺，精度1mm。(b)剪切探头(c)压缩探头(a)物性测试仪图2-1物性测试仪及探头Fig.2-1Analyzerforphysicalpropertyandprobe图2-2电热鼓风干燥箱Fig.2-2Draughtdryingcabinet图2-3电子分析天平Fig.2-3Electronicanalyticalbalance
【参考文献】：
期刊论文
[1]流固耦合作用下水田刀切割碎土的数值模拟与试验[J]. 任金波,谢宇,黄煌辉,张翔,施火结. 中国农机化学报. 2019(09)
[2]水稻长秧龄大苗同步开沟插秧机试验成功[J]. 农业机械. 2019(08)
[3]水稻插秧机分插机构优化设计与仿真分析[J]. 文昌俊,王虹量,王冕,张恒. 湖北工业大学学报. 2019(02)
[4]基于多相流的船式拖拉机减阻性能分析[J]. 戚得众,陈龙,周明刚,龚宇,刘明勇. 农机化研究. 2019(12)
[5]行星轮系滑道式钵苗栽植机构设计与参数优化[J]. 姬江涛,杨林辉,金鑫,高颂,庞靖,王景林. 农业工程学报. 2018(18)
[6]穴盘水稻秧苗茎秆蠕变与应力松弛特性的试验研究[J]. 马瑞峻,萧金庆,郑普峰,张亚丽,陈瑜,邱志. 农业工程学报. 2018(13)
[7]砂质海床中船锚运动全过程数值模拟[J]. 池寅,时豫川,吴海洋,卢秋如. 武汉大学学报(工学版). 2017(06)
[8]黄淮海地区大豆茎秆力学特性的多品种对比试验研究[J]. 刘基,金诚谦,梁苏宁,倪有亮,王昕,李泽峰. 农机化研究. 2018(06)
[9]CFD技术在航空工程领域的应用、挑战与发展[J]. 周铸,黄江涛,黄勇,刘刚,陈作斌,王运涛,江雄. 航空学报. 2017(03)
[10]转动副间隙对曲柄摇杆式分插机构性能的影响分析与试验[J]. 刘发鑫,武传宇,孙良. 农业工程学报. 2016(15)
博士论文
[1]航空发动机压气机叶片流固耦合振动的动力学特性研究[D]. 王丹.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]踩踏式除草机器人结构优化与除草性能评价[D]. 王凯.华南理工大学 2019
[2]水田船型拖拉机船体结构与工作参数优化试验[D]. 何焯亮.浙江大学 2018
[3]基于CFD/CSD耦合的飞行器动导数数值模拟[D]. 缪程珠.南京航空航天大学 2018
[4]不同非圆齿轮旋转式分插机构的动力学分析[D]. 杜旭坤.浙江理工大学 2018
[5]高速水稻插秧机分插机构的仿真分析与优化设计[D]. 陈丽果.江苏大学 2016
[6]田间水稻秧苗和稗草力学特性研究[D]. 刘永军.东北农业大学 2014
[7]喷砂除锈工艺流场分析及有限元研究[D]. 杨刚.北京化工大学 2013
本文编号：3595178
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