[發明專利]一種氣流作用下植株莖葉動態彎曲計算方法

有效

• 申請號: 201811616566.1
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109657389B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 劉雪美;武民慶;劉興華;宋來其;李揚
• 申請（專利權）人: 山東農業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種氣流作用下植株莖葉動態彎曲計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)風載作用下植株莖葉動態彎曲試驗：將植株放置在風機出風口下方50cm處，主莖葉前方放置標尺，所述的標尺用以進行莖葉彎曲變形量的標定；利用高速攝像機拍攝風載作用下的植株莖葉動態彎曲情況并上傳至計算機，利用計算機截取的莖葉動態彎曲變形圖并上傳至CAD軟件，在CAD軟件里面以靜止狀態下莖葉的尺寸標定作為基準線，依次標定不同風速下莖葉變形量，通過標尺讀數得到莖葉最終變形量；

(2)莖葉彎曲數學模型分析：

1)單莖稈受力彎曲模型與力學分析：根據材料力學原理，可以把風載荷作用下莖稈受到的力簡化成為集中力作用的結果，在集中力F₁作用下莖稈發生彎曲變形，在其發生彎曲變形的過程中產生了線位移和角位移，受外力作用下發生彎曲變形的線位移為其撓度，記作h；角位移為其轉角，記作β，經過推導受力過程，可以求得莖稈變形轉角和撓度式中，F—莖稈受到的集中力，KN；L—莖稈的有效長度，mm；I—對中心軸的慣性矩，mm⁴；E—彈性模量，MPa；

2)葉片受力變形彎曲模型與力學分析：

根據材料力學原理，可以把風載荷作用下葉片受到的力簡化成為均布載荷作用的結果，經過推導受力過程，可以求得葉片變形轉角和撓度式中，q—葉片受到的均布載荷，KN；L—葉片的有效長度，mm；I—對中心軸的慣性矩，mm⁴；E—彈性模量，MPa；

(3)迭代計算，編寫莖葉受力彎曲程序過程如下：

1)利用步驟(2)推導出來的撓度公式解析出莖葉彎曲變形量h₁，由于風速作用下莖葉受到的載荷力隨著迎風面積的大小隨之變換，所以當受到第一次力F₁時，受力面積S₁最大，此時產生的變形量h₁為最大變形量，當莖葉發生彎曲，此時通過已知莖葉彎曲轉角β₁推導計算出此時莖葉迎風受力面積S₂，受力面積減小，此時風速作用在迎風受力面積S₂上的力也隨之減小，通過受力F₁之后的迎風面積S₂與風速可以推導出此時莖葉所受的力F₂；

2)力F₂作用下使莖葉發生彎曲變形，帶入步驟(2)推導出來的撓度公式解析出莖葉彎曲變形量h₂，此時由于撓度與轉角發生變化，按照上述原理，通過受力F₂之后變化的迎風面積S₃與風速可以推導出此時莖葉所受的力F₃；

3)循環上述步驟，直至莖稈受力變形量不再與上次變形量產生差別，此時為受力穩定狀態，循環結束；

(4)對比試驗變形量與理論模型迭代結果，引入模型修正因子，優化模型計算精度，得到準確變形量。