蘋果枝條剪切力學特性研究

蔡文龍 周艷 賈首星 韓會敏

摘要以新疆農墾科學院試驗田的蘋果枝條作為試驗材料，15mm/min的加載速度，在萬能試驗機上對3個批次蘋果枝條試樣進行剪切力學特性分析。對不同直徑、含水率的蘋果枝條進行剪切力學特性試驗。結果表明：峰值剪切力隨直徑的增大而增大，影響蘋果枝條破壞載荷的關鍵因素在于直徑的大小。蘋果試樣的峰值剪切力隨含水率先增加后減小，并且隨著剪切位移的變化趨勢也是先增大后減小，在剪切位移大于19mm時，試樣基本斷裂，剪切力逐漸減小。

關鍵詞蘋果枝條;剪切;力學性能

中圖分類號S224文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2019）01-0221-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.01.065

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

我國是世界第一大果品生產國，其中蘋果的栽培模式深受日本精細化管理的影響，如套袋、轉果、摘葉、鋪反光膜等，這些技術的采用雖然提高了果品外觀，卻耗費了大量人工，目前果樹管理用工嚴重短缺，人工費用不斷上漲。從世界果樹產業發展的趨勢來看，省力化栽培是未來蘋果業發展的潮流。蘋果枝條的整形修剪是關鍵因素[1]，每年要剪掉衰老枝或者背下枝。合理的整形修剪是提高蘋果產量的重要舉措，這就必然離不開蘋果枝條剪切力學特性的研究[2]。

1試驗材料、設備與方法

1.1試驗材料

試驗樣本為蘋果枝條，如圖1所示，取自新疆石河子市新疆農墾科學院果樹示范田，試樣采集于蘋果收獲后，總共分為3個批次，時間分別為2018年5月20日、6月18日、7月2日。每個批次抽取植株7個，試樣直徑為5～15mm，長度為100mm，編號批次如表1。試樣采取隨機取樣，選取新鮮、無病蟲害、生長旺盛的蘋果枝條，并且莖桿通直，沒有彎曲和破損的痕跡。手工去掉葉子和側枝，放入真空袋中并放回實驗室，在通風良好的環境中保存，等待試驗[3]。分別測量3批試樣直徑，結果如表2所示。

1.2試驗設備

試驗設備主要有：萬能試驗機、電子秤（測量精度0.0001g，JY/YP30002上海越平科學儀器有限公司）、電熱鼓風干燥箱（溫度范圍10～250℃、DHG-9070A上海一恒科學儀器有限公司）手鋸、游標卡尺、培養皿等。

圖1蘋果枝條試樣

Fig.1Samplesofapplebranches

1.3試驗方法

用手鋸分別鋸下所要的3批試驗樣本，用游標卡尺測量試樣枝條的直徑，多次測量后取平均值。該次試驗按GB1937—1991的規定進行，將測量好的試驗樣本放到萬能試驗機上，如圖2所示，使夾具夾塊的中心對準萬能試驗機壓頭中心位置，試驗機以15mm/min勻速加載荷，在2min以內使樣本破壞，然后記錄下峰值剪切力和剪切強度，并觀察變化趨勢。枝條含水率的測定在電熱鼓風干燥箱內進行，如圖3所示，采用烘干法測定含水率[4]。將蘋果枝條放入干燥箱內保持105℃，24h以后取出樣本進行稱重。

并每隔1h稱重1次，直到2次稱重相差小于0.001g，這時可以認定蘋果枝條達到全干。然后計算含水率，蘋果含水率計算公式如下：

w=m1-m0m0×100%

式中，w為蘋果試樣含水率（%）;

m1為蘋果試樣試驗時的質量（g）;

m0為蘋果試樣全干時的質量（g）。

2結果與分析

2.1峰值剪切力隨直徑的變化

蘋果試樣的峰值剪切力隨直徑變化的試驗結果如表3、圖4所示。

由圖4可知，該樣本的峰值剪切力隨直徑的增大而增大。因此，峰值剪切力與樣本直徑呈線性正相關[5]。

2.2剪切力隨含水率的變化

對蘋果試樣3批的含水率進行計算，結果如表3所示。蘋果試樣峰值剪切力隨含水率變化如圖5所示。

由圖5可知，蘋果試樣的峰值剪切力隨含水率的增大先增大后減小，在含水率小于51%時，蘋果試樣呈塑性材料，當含水率大于51%時，蘋果試樣呈脆性材料[6-8]。

2.3蘋果試樣剪切力隨位移的變化

蘋果試樣剪切力隨位移變化曲線如圖6所示，結果表明，該樣本在位移為19mm時，存在峰值剪切力，峰值剪切力為510N，當位移大于19mm時，蘋果枝條基本斷裂，并且隨位移的增大而減小[9]。

3結論

（1）隨蘋果枝條直徑的增加，峰值剪切力逐漸增大，并且影響蘋果枝條峰值剪切力的關鍵因素是直徑的大小。

（2）蘋果枝條樣本直徑與峰值剪切力呈線性正相關關系。

（3）峰值剪切力隨位移的增大而增大，當位移大于19mm時，該樣本剪切力隨位移的增大而減小。

47卷1期蔡文龍等蘋果枝條剪切力學特性研究

參考文獻

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[2]沈美榮，羅佩珍，林素元.果園機械[M].上海：上海科學技術出版社，1983：1-234.

[3]殷亞方，任海青，駱秀琴，等.木材物理力學試材采集方法：GB/T1927—2009[S].北京：中國標準出版社，2009.

[4]國家技術監督局.木材物理力學試驗方法：GB1927-1943—91[S].北京：中國標準出版社，1991.

[5]北京農業工程大學.農業機械學（下）[M].北京：中國農業出版社，1999.

[6]沈茂，張國忠，夏俊芳，等.收獲期棉稈底部莖稈力學特性測試研究[J].山西農業大學學報（自然科學版），2010，30（1）：49-51.

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[8]李景彬，葛云，朱江麗，等.棉稈切割性能的試驗研究[J].甘肅農業大學學報，2011，46（1）：136-139.

[9]丁龍朋，陳永成，葛云，等.棉稈剪切力學特性的研究[J].中國農機化學報，2016，37（2）：116-118，122.