[发明专利]一种气流作用下植株茎叶动态弯曲计算方法

说明书

本发明涉及一种气流作用下植株茎叶动态弯曲计算方法，包括物理试验部分与理论计算部分。所述的物理试验部分是通过高速摄像机拍摄气流作用下植株茎叶动态弯曲过程变形图，进而标定不同风速下的弯曲变形量；所述的理论计算部分是根据材料力学原理，推导茎叶受力弯曲转角和挠度计算公式，编写茎叶受力弯曲计算程序，通过迭代计算的方法模拟气流作用下茎叶动态弯曲过程，提取茎叶弯曲变形量。本发明通过试验与理论计算相结合的方法能够实现对植株茎叶弯曲变形量的标定，确定茎叶变形参数，提高数据的准确性。

技术领域

本发明属于植保技术领域，涉及一种茎叶弯曲变形计算方法，实现辅助气流作用下植株茎叶弯曲变形量的计算。

技术背景

茎叶弯曲变形是指植株茎叶在辅助气流外部载荷的作用下，其轴线由原来的直线变成了曲线，导致茎叶自由端位移产生变化，发生弯曲变形。经对现有技术的文献检索发现，现阶段对于气流作用下茎叶弯曲变形的测量只局限于试验方法，通过试验方法进行数据提取误差较大，没有相对应的校核，不利于后续研究的科学性；同时测量工作量大，不能很好地确定茎叶变形参数。综上所述，根据茎叶动态弯曲变形测量的要求，需要发明一种试验与理论计算相结合的方法用于获取茎叶动态弯曲变形数据。

发明内容

本发明针对现有茎叶弯曲变形测量方法存在的不足，提出一种试验与理论计算相结合的方法，较好的解决了数据误差较大的问题，提高了研究的科学性。

本发明的一种辅助气流下植株茎叶动态弯曲变形计算方法包括试验部分与理论计算部分组成。所述的试验部分是通过物理试验的方法对作物茎叶进行弯曲变形的测量；所述的理论计算部分是根据材料力学理论，编制计算程序进行迭代分析计算，用于跟物理试验进行对比，修正计算方法。

本发明采用的具体技术方案如下：一种气流作用下植株茎叶动态弯曲计算方法，主要包括以下步骤：

(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，所述的风机用以产生气流；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，所述的计算机用以提取茎叶动态弯曲变形图；将计算机截取的茎叶动态弯曲变形图上传至CAD软件，所述的CAD软件用以进行茎叶动态弯曲变形量的标定，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。在材料力学范畴里面，我们称其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分别为：

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分别为：

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；