论文----力学与农业生产

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1、力学与农业生产摘要：农业生产与力学各个分支都有密切关系，在农田耕作，农业物料性质，农产品烘干，水果蔬菜生产，农作物生长，节水灌溉等方面都有深刻的力学问题。下面作简要阐述。关键词：农业土壤力学，土壤压实，农业物料，机械损伤，坚实度，应力断裂，农作物生长，科里奥利力一、引言农业是我国国民经济的基础，我国农业正处在从传统农业向现代农业的过渡时期。从我国农业发展的历史经验看科学进步是农业现代化的核心。农业发展将需要更多的理论指导，我国农业进入现代化历程中提出了许多与力学各个分支有关的问题需要力学工作者参与解决并做出贡献。二、农田耕作本世纪30年代末，苏联科学院院士郭辽契金用数学和

2、力学方法对犁体曲面，以及耕作过程进行了系统的研究，并提出了“农业力学”的概念。耕作力学便是其中的一个分支。耕作力学研究的是工作机械在工作状态下，农机具与土壤的相互作用情况。其目的是为耕作机械设计提供理论基础，使耕作机械能以最低的能耗获得最佳的耕作效果。据统计仅中国农民每年要加工处理的土壤达3750亿吨。如果通过耕作力学的研究节约十分之一的能耗，其经济价值是相当可观的。耕作必须满足农业技术的要求，有些要求只有定性描述却难以量化，这正是耕作力学的一个难点，另一个难点是土壤力学的性质的复杂性，不同类型土壤性质不同，而且土壤的力学性质随含水量及植物残的渣含量而变化。耕具和轮胎（履

3、带）作用于土壤时产生的应力是动态的，在极短的时间内，土壤产生变形和破坏，此研究变形速度对土壤强度特性的影响是重要的。适当的土壤松紧度是作物良好生长发育的需要，但农机具在田间工作时往往导致土壤过度紧实，即土壤压实，土壤压实的后果是使作物根的穿透阻力增大，使土壤容纳的空气减少影响根的呼吸作用，土壤导水率下降，影响水分渗透最终使作物减产。土壤压实问题目前广泛应用固体力学的理论和数值方法进行研究。但是土壤结构关系复杂，所受的载荷也很复杂，压实问题并没有得到很好的解决。三、农产品的生物力学农产品收获后一般要经过加工，贮藏，包装和运输几个过程。对新鲜水果蔬菜而言，机械损伤是不可避免的

4、。英国的一项调查表明，土豆收获是有近三分之一会有局部损伤，在大规模的运输过程中还会受到静态挤压力的作用。在行驶过程中还会有一定的震动，装卸过程中还会有碰撞。由于静力挤压和动力碰撞，会使农产品细胞壁破裂或细胞液渗出，即产生淤伤。由于农产品碰撞持续时间比相应的农产品的最低固有频率的周期长，因此碰撞引起的自身震动可以忽略。这样将Newton第二定律及Herrtz弹性体接触公式结合起来就可以用来计算农产品碰撞引起的形变，最大接触力和接触时间等参数，从而估计可能引起的损伤，现在比较先进的一种做法是将做成水果或蔬菜形状的传感器混在农产品中运输以便时刻监控各种参数。现实生活中，人们常用

5、拇指压水果表面来判断水果的质量或成熟度，后来有人设计出相应的力学测试仪器，并提出了一个相应的量一一坚实度。这是一个表征水果质构属性的量。而测试仪器都是通过分析水果对碰撞和振动的响应特点而设计的。坚实度的评定对长期储藏水果及运输中的损伤的估计都有重要意义。四、农产品烘干引起的应力和裂纹许多农产品在收获后需要烘干加工，去掉许多的水分以便保存，如多种谷物和豆类在收获时含水量一般较高，要经晾晒后才能入库，现代农业采用机械化方式收获速度快，产量大，依靠自然方式晾晒无法满足要求，需要采用烘干机进行人工烘干，但人工烘干的农作物往往存在微小裂缝，称作应力裂缝。这是因为人工烘干采用的空气温

6、度比自然晾晒方式高的多，由于热胀冷缩和温胀干缩效应产生的内部应力，若应力大小超过谷物材料的强度极限其内部将出现裂纹，碾米时碎米率将增加，而且岀现裂纹后破坏谷物自身结构，种子出芽率也减低，因此在人工烘干时，如何选择烘干温度，干燥介质速度和烘干时间等参数，是一个具有重大经济意义的问题。同样木材砍伐后一般要在专门的干燥炉内经过蒸汽加热除去过多的水分，烘干脱水要引起木材收缩，不均匀的收缩可能使木材发生裂纹或畸变，影响木材质量。科研人员应用弹性或粘弹性模型，并应用有限元法和控制体积法，研究木材烘干引起的应力和变形，同时研究木材内部热传导的机制，以及对表层收缩与内部收缩的程度进行比较

7、。研制出射频加热微波烘干机，有效的解决了这一难题。五、农作物生长中的力学问题随着生产和科技的进步人们试着对植物生长过程进一步了解以便指导农业生产工作在自然界里有许多缠绕植物像牵牛花等，农作物中许多瓜类及豆类植物在生长过程中常沿着竹竿或树木盘旋而上，但令人吃惊的是它们的盘旋方向常常是固定的。如果人为的将它们反过来，也不能改变它们里奥利力。科里奥利力是地球自转过程中由于惯性引起的。在南半球和北半球植物的盘旋方向是不同的。植物体内有着多种流体，水分通过根压和蒸腾拉力从根部被运输到树冠。继续按原来的方向盘旋而上。控制它们盘旋方向的素是