[发明专利]一种气流作用下植株茎叶动态弯曲计算方法

权利要求书

1.一种气流作用下植株茎叶动态弯曲计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)风载作用下植株茎叶动态弯曲试验：将植株放置在风机出风口下方50cm处，主茎叶前方放置标尺，所述的标尺用以进行茎叶弯曲变形量的标定；利用高速摄像机拍摄风载作用下的植株茎叶动态弯曲情况并上传至计算机，利用计算机截取的茎叶动态弯曲变形图并上传至CAD软件，在CAD软件里面以静止状态下茎叶的尺寸标定作为基准线，依次标定不同风速下茎叶变形量，通过标尺读数得到茎叶最终变形量；

(2)茎叶弯曲数学模型分析：

1)单茎秆受力弯曲模型与力学分析：根据材料力学原理，可以把风载荷作用下茎秆受到的力简化成为集中力作用的结果，在集中力F₁作用下茎秆发生弯曲变形，在其发生弯曲变形的过程中产生了线位移和角位移，受外力作用下发生弯曲变形的线位移为其挠度，记作h；角位移为其转角，记作β，经过推导受力过程，可以求得茎秆变形转角和挠度式中，F—茎秆受到的集中力，KN；L—茎秆的有效长度，mm；I—对中心轴的惯性矩，mm⁴；E—弹性模量，MPa；

2)叶片受力变形弯曲模型与力学分析：

根据材料力学原理，可以把风载荷作用下叶片受到的力简化成为均布载荷作用的结果，经过推导受力过程，可以求得叶片变形转角和挠度式中，q—叶片受到的均布载荷，KN；L—叶片的有效长度，mm；I—对中心轴的惯性矩，mm⁴；E—弹性模量，MPa；

(3)迭代计算，编写茎叶受力弯曲程序过程如下：

1)利用步骤(2)推导出来的挠度公式解析出茎叶弯曲变形量h₁，由于风速作用下茎叶受到的载荷力随着迎风面积的大小随之变换，所以当受到第一次力F₁时，受力面积S₁最大，此时产生的变形量h₁为最大变形量，当茎叶发生弯曲，此时通过已知茎叶弯曲转角β₁推导计算出此时茎叶迎风受力面积S₂，受力面积减小，此时风速作用在迎风受力面积S₂上的力也随之减小，通过受力F₁之后的迎风面积S₂与风速可以推导出此时茎叶所受的力F₂；

2)力F₂作用下使茎叶发生弯曲变形，带入步骤(2)推导出来的挠度公式解析出茎叶弯曲变形量h₂，此时由于挠度与转角发生变化，按照上述原理，通过受力F₂之后变化的迎风面积S₃与风速可以推导出此时茎叶所受的力F₃；

3)循环上述步骤，直至茎秆受力变形量不再与上次变形量产生差别，此时为受力稳定状态，循环结束；

(4)对比试验变形量与理论模型迭代结果，引入模型修正因子，优化模型计算精度，得到准确变形量。