棉花秸稈力學(xué)特性試驗研究.pdf

1、生物質(zhì)秸稈預(yù)處理是其飼料化、燃料化、肥料化等綜合利用的前提與關(guān)鍵，棉花秸稈作為重要的農(nóng)作物秸稈之一，研究棉花秸稈的力學(xué)特性對其有效利用和加工機械的研制具有重要的理論價值和指導(dǎo)意義。本研究考慮棉花秸稈的多樣性，分別采集不同產(chǎn)區(qū)、不同品種的棉花秸稈為試驗材料，利用萬能材料試驗機和自制夾具對棉花莖稈進行了剪切、彎曲特性試驗研究，得到了不同試驗條件下棉花莖稈的剪切、彎曲力學(xué)特性參數(shù)，研究了不同試驗因素對棉花莖稈的剪切、彎曲力學(xué)特性參數(shù)的影響;以

2、棉花秸稈粉末為試驗材料，得到了不同試驗條件下棉花秸稈粉末壓縮應(yīng)力松弛特性參數(shù)，探討了不同試驗因素對壓縮應(yīng)力松弛特性參數(shù)的影響，建立了棉花秸稈粉末壓縮應(yīng)力松弛本構(gòu)方程，并分析了棉花秸稈粉末壓縮應(yīng)力松弛特性參數(shù)與木質(zhì)纖維素含量之間的關(guān)聯(lián)性。研究的主要內(nèi)容與結(jié)論如下:
　　(1)以“鄂棉23號”、“湘雜棉8號”等棉花莖稈為試驗研究對象，利用萬能材料試驗機對棉花莖稈進行單側(cè)剪切試驗，分析了加載速度、取樣部位、含水率、剪切刀具角度以及剪切部

3、位等因素對棉花莖稈剪切強度τ和剪切功W的影響。研究結(jié)果表明:加載速度對棉花莖稈的剪切強度τ有顯著性影響(P＜0.05)，對剪切功W無顯著性影響(P＞0.05);取樣部位對剪切功W有顯著性影響(P＜0.05)，對剪切強度無顯著性影響(P＞0.05)，含水率對棉花莖稈的剪切強度τ和剪切功W均具有顯著性影響(P＜0.05)，刀具角度對棉花莖稈剪切強度τ和剪切功W均無顯著性影響(P＞0.05)，且刀具角度為15°的剪切功W明顯小于刀具角度為30

4、°的剪切功W。
　　(2)以“鄂棉23”、“湘雜棉8號”等棉花莖稈為試驗研究對象，利用萬能材料試驗機對棉花莖稈進行三點彎曲試驗，分析了加載速度、含水率、取樣部位以及標距等因素對棉花莖稈抗彎強度σw和彎曲彈性模量E的影響。研究結(jié)果表明:加載速度對彎曲彈性模量E和抗彎強度σw均無顯著性影響(P＞0.05);含水率對棉花莖稈彎曲彈性模量E有顯著性影響(P＜0.05)，對抗彎強度σw無顯著性影響(P＞0.05);取樣部位對抗彎強度σw和彎

5、曲彈性模量E均無顯著性影響(P＞0.05);標距對棉花莖稈抗彎強度σw和彎曲彈性模量E均有顯著性影響(P＜0.05)。
　　(3)以棉花秸稈粉末為試驗研究對象，利用萬能材料試驗機進行壓縮應(yīng)力松弛特性試驗，獲得棉花秸稈粉末應(yīng)力松弛曲線，利用Matlab軟件分別對三元件廣義Maxwell模型、五元件廣義Maxwell模型和Peleg模型參數(shù)與試驗測試數(shù)據(jù)進行擬合分析，結(jié)果表明:五元件Maxwell模型能精確完整地表征棉花秸稈粉末應(yīng)力松

6、弛特性，其擬合決定系數(shù)R2的均值達到0.999，本構(gòu)方程中平衡彈性模量Ee均值為4.477MPa，第1應(yīng)力松弛時間T1均值為4.30s，第2應(yīng)力松弛時間T2均值為48.48s。運用灰色關(guān)聯(lián)理論，分析了棉花秸稈粉末的木質(zhì)纖維素含量與應(yīng)力松弛特性參數(shù)的關(guān)聯(lián)性。結(jié)果表明，棉花秸稈中半纖維素、纖維素、木質(zhì)素、中性洗滌纖維以及酸性洗滌纖維對壓縮應(yīng)力松弛時間第一應(yīng)力松弛時間T1和第二應(yīng)力松弛時間T2均具有明顯的影響，其中，纖維素影響程度最大，對T1

7、和T2的關(guān)聯(lián)度分別為0.85和0.91;半纖維影響程度最小，對T1和T2的關(guān)聯(lián)度分別為0.75和0.80;纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、中性洗滌纖維以及酸性洗滌纖維與平衡彈性模量Ee之間的關(guān)聯(lián)度均在0.70左右，而且數(shù)值上相差不大，說明纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、中性洗滌纖維以及酸性洗滌纖維對平衡彈性模量Ee影響程度相近。
　　(4)以平衡彈性模量Ee和應(yīng)力松弛時間比率之和αm為試驗指標，利用萬能材料試驗機對棉花秸稈粉末進行壓縮應(yīng)力松弛