[發(fā)明專利]一種氣流作用下植株莖葉動態(tài)彎曲計算方法

有效

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• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109657389B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)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(yè)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

本發(fā)明涉及一種氣流作用下植株莖葉動態(tài)彎曲計算方法，包括物理試驗部分與理論計算部分。所述的物理試驗部分是通過高速攝像機拍攝氣流作用下植株莖葉動態(tài)彎曲過程變形圖，進而標定不同風速下的彎曲變形量；所述的理論計算部分是根據(jù)材料力學原理，推導莖葉受力彎曲轉角和撓度計算公式，編寫莖葉受力彎曲計算程序，通過迭代計算的方法模擬氣流作用下莖葉動態(tài)彎曲過程，提取莖葉彎曲變形量。本發(fā)明通過試驗與理論計算相結合的方法能夠實現(xiàn)對植株莖葉彎曲變形量的標定，確定莖葉變形參數(shù)，提高數(shù)據(jù)的準確性。

技術領域

本發(fā)明屬于植保技術領域，涉及一種莖葉彎曲變形計算方法，實現(xiàn)輔助氣流作用下植株莖葉彎曲變形量的計算。

技術背景

莖葉彎曲變形是指植株莖葉在輔助氣流外部載荷的作用下，其軸線由原來的直線變成了曲線，導致莖葉自由端位移產生變化，發(fā)生彎曲變形。經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段對于氣流作用下莖葉彎曲變形的測量只局限于試驗方法，通過試驗方法進行數(shù)據(jù)提取誤差較大，沒有相對應的校核，不利于后續(xù)研究的科學性；同時測量工作量大，不能很好地確定莖葉變形參數(shù)。綜上所述，根據(jù)莖葉動態(tài)彎曲變形測量的要求，需要發(fā)明一種試驗與理論計算相結合的方法用于獲取莖葉動態(tài)彎曲變形數(shù)據(jù)。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有莖葉彎曲變形測量方法存在的不足，提出一種試驗與理論計算相結合的方法，較好的解決了數(shù)據(jù)誤差較大的問題，提高了研究的科學性。

本發(fā)明的一種輔助氣流下植株莖葉動態(tài)彎曲變形計算方法包括試驗部分與理論計算部分組成。所述的試驗部分是通過物理試驗的方法對作物莖葉進行彎曲變形的測量；所述的理論計算部分是根據(jù)材料力學理論，編制計算程序進行迭代分析計算，用于跟物理試驗進行對比，修正計算方法。

本發(fā)明采用的具體技術方案如下：一種氣流作用下植株莖葉動態(tài)彎曲計算方法，主要包括以下步驟：

(1)風載作用下植株莖葉動態(tài)彎曲試驗：將植株放置在風機出風口下方50cm處，所述的風機用以產生氣流；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(tài)彎曲情況并上傳至計算機，所述的計算機用以提取莖葉動態(tài)彎曲變形圖；將計算機截取的莖葉動態(tài)彎曲變形圖上傳至CAD軟件，所述的CAD軟件用以進行莖葉動態(tài)彎曲變形量的標定，以靜止狀態(tài)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(shù)得到莖葉最終變形量。

(2)莖葉彎曲數(shù)學模型分析：

1)單莖稈受力彎曲模型與力學分析：根據(jù)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(fā)生彎曲變形，在其發(fā)生彎曲變形的過程中產生了線位移和角位移。在材料力學范疇里面，我們稱其受外力作用下發(fā)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(jīng)過推導受力過程，可以求得莖稈變形轉角和撓度分別為：

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(jù)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(jīng)過推導受力過程，可以求得葉片變形轉角和撓度分別為：

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；