开题报告-基于有限单元法的苎麻茎秆力学性能分析

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1、武汉科技学院毕业设计（论文）开题报告课题名称基于有限单元法的芒麻茎秆力学性能分析院系名称机电工程学院专业机械设计制造及其自动化班级机设054学生姓名1本课题的研究意义及目的屮国是麻类生产大国.常年种植的麻类作物有芒麻、亚麻、红麻、黄麻、剑麻、工业大麻，还有大量的野生罗布麻。由于麻类纤维具有挺阔、透气、吸汗和散热等特点.麻类产品越来越受到各国人们的青睐。芒麻是我国特有的传统特色的经济作物，芒麻织品也是我国重要的出口创汇物质，其纤维是纺织工业的优质原料。芒麻单纤维较粗而长，是天然纤维屮强度最强的纤维，能加工成高支数的纯麻细薄织物，且具有凉爽、

2、散热快和天然的抗菌特性,广泛受到国际消费市场的青睐。我国85%以上的芒麻纺织品用于出口。主要出口欧洲市场、东南亚市场、中东市场、北美市场。尤其是芒麻纱线及其纺织品和棉麻混纺织品，无论是数量上还是价格，在国际市场上均处于垄断地位，没有一个国家能与中国竞争。同时，由于欧美对棉花和化纤产品设限种类较多，为适应市场，减少贸易摩擦，棉花和化纤企业将进一步调整产品结构，芒麻纤维作为一种天然生态纤维,在一定程度上会替代部分棉花和化纤产品，必将会对麻类产品产生巨大的需求。剥麻是芒麻收获的关键坏节，一直是制约我国芒麻生产效益提高和芒麻纺织品上档次的瓶颈。芒

3、麻剥制机械加工过程屮，采用人力反拉式剥麻机，劳动强度大且生产效率低。在研发全自动剥麻机屮，忽略了被加工物料（芒麻茎秆）的力学特性研究，仅靠经验估测。因此，机械剥麻仍达不到理想的效果。研究芒麻茎秆各组成部分的力学特性，对深入探讨芒麻的剥制机理、不同剥制方式及荷载具有重要的理论指导意义。特别是为研发全白动剥麻机的茎秆夹持装置及韧皮纤维夹紧输送装置提供重要参数依据，也是建立芒麻茎秆材料模型和茎秆在各种荷载下结构关系的基础。2国内外研究现状植物秸秆是自然界中常见的植物茎干结构。茎的形式分为实心和管状两种，实心茎通常的形式是在轻巧的泡沫型的中心周围

4、围绕着连续的管状外皮，管状的茎是由不同直径的管状圆柱所构成。且芯对该植物秸秆的强度及稳定性具有不可忽略的影响。某些有芯植物秸秆还具有规律分布的节结构，用以增加其自身的抗倒伏、抗冲击等性能。这些植物秸秆结构可以抽象为具有各向异性特征的复合材料，外层包裹具有各向异性特征的柱状内芯及节，且各部分材料特性差异很大。许多这类有芯秸秆己被人们开发利用，并创造出可观的经济效益，这就对秸秆的收获、加工提出了越来越高的要求。比如甘蔗秸秆、玉米秸秆的收获机械，其刀具的设计是否合理直接关系到生产效率的提高以及能耗的多少。对于植物材料的简单力学参数已有很多相关报

5、道，试验方法多种多样，涉及的植物种类亦是非常繁多。试验方法根据研究目的的不同主要有静力学方法和动力学方法。力一一变形关系：研究农产品在自然状态下的力一一变形特性可得到在工程分析和设计中有参考价值的数据。由于原料在运输和加工时一般以自然状态承受各种机械作用，所以开展完整形态下物料力学特性的研究有着重要的理论价值和现实意义。国内有人曾研究了完整形态的苹果在静载作用下的变形规律。应力一一应变关系：测定物料的应力一一应变关系曲线时，需将物料制成试件，采用传统的工程材料试验方法，依照应力一一应变关系提供试验数据。这样类型的试验有同轴拉伸、同轴压缩、

6、剪切以及弯曲等。同轴拉仲的试验结果有：极限抗拉强度的变化。该变化大部分是茎秆含水量和干物质容积密度综合影响的结果，与含水量成反比，与干物质密度成正比。同轴压缩试验表明：茎秆试件的破坏类型取决于植株试件的直线性以及长度和直径比，一般试件长度取为1・9〜7.6cmo当长度和直径之比大时，大部分茎秆是弯曲破坏。本课题借助Comsol软件，利用有限元技术研究刀具切割芒麻秸秆时芒麻秸秆的应力变化过程。对相应的芒麻机、剥麻机制造所需要的各种参数具有指导性的意义。3有限元分析技术在固体生物物料中的应用有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种

7、现代计算方法。它是50年代首先在连续体力学领域一飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。有限元法的基本思想是把连续的儿何结构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，从而将连续体看作仅在节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每一个单元中假设一近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律；进而利用力学中的变分原理建立用以求解节点未知量的有限元法方程，从而将一个连续域中的无限自由度问题化为离散域中的有限自由度问题。求解后可以利

8、用解得的节点值和设定的插值函数确定单元上以至整个集合体上的场函数。应用Comsol软件的过程一般分为三步:①建立结构的有限元模型；②施加载荷和各件的求解;③结果评价和分析。有限元分析技术在固体