摘要：在应用理论力学指导现代农业机械设计的教学和科研中,恢复系数是仿真设计作物播种、收获、输送等环节相关工作部件和性能分析的属性参数之一。针对现有实验设备获取非结构化农业散粒物料间碰撞恢复系数受限的问题,基于滑动碰撞原理、镜面反射原理和运动形式转换思路,开发了三维碰撞恢复系数测定实验平台。以鲜苹果为测试对象,开展果实间不同碰撞角度下恢复系数的测定实验,结果表明该平台测定精度高、处理简单、适应性广,完善了现代农业机械设计领域力学的实验教学和科研手段,丰富了实践教学环节,促进了科研创新,为科研辅助教学提供了良好的平台。

摘要：针对目前恢复系数模型由于忽略恒定外力作用影响,从而导致无法有效预测多体系统碰撞过程中能量耗散的问题,提出一种恒定外力作用下的恢复系数模型。在结合碰撞过程中赫兹在弹性阶段以及Jackson和Green在弹塑性阶段建立的接触力和侵入深度关系模型的基础上,加入恒定外力的作用,同时根据碰撞过程中能量守恒原理,获得碰撞后的分离速度,建立恒定外力作用下的恢复系数模型,同时为提高工程实际应用计算效率,简化该计算过程,获得经验公式。将提出的恒定外力作用下的恢复系数模型与已有的恢复系数模型进行对比分析,结果表明:低速重载时恒定外力对恢复系数影响较大,且随着恒定外力的增加,使得侵入深度增加,进而导致塑性变形增加,分离速度减小,传统恢复系数模型不再适用,因而考虑恒定外力作用下的恢复系数可为不同初始速度和恒定外力作用的多体系统碰撞过程提供更为准确的计算模型。

摘要：为了建立油葵籽粒在收获、输送等机械化生产环节中与机具零部件间作用的碰撞模型。该文基于镜面反射原理和运动学原理,设计了模拟三维空间坐标系的油葵籽粒碰撞恢复系数测定装置。选取新疆收获期矮大头DW667品种油葵籽粒作为研究对象,借助高速摄影技术,记录油葵籽粒在空间碰撞运动中的三维动态坐标。针对影响油葵恢复系数的因素:碰撞材料、下落高度、碰撞角度、碰撞部位、材料厚度和含水率等开展了单因素试验和正交试验研究。单因素试验结果表明,油葵籽粒与Q235、铝合金、有机玻璃、橡胶等碰撞材料之间恢复系数依次减小;油葵籽粒与Q235之间恢复系数,随碰撞角度的整体变化趋势是随碰撞角度增加而增大,随着下落高度的增加而减小,随着材料厚度的增加而增大,随着含水率增大而降低,且在碰撞部位试验中,籽粒上侧与碰撞材料碰撞恢复系数最大。建立了下落高度、碰撞角度、材料厚度、含水率与恢复系数的回归方程,且方程的决定系数均大于0.95。正交试验结果表明,影响恢复系数各因素的次序为:碰撞材料>碰撞部位>下落高度>碰撞角度>材料厚度>含水率,其中碰撞材料、下落高度、碰撞角度、碰撞部位影响极显著,材料厚度、含水率影响显著。对比试验结果表明:基于古典牛顿法求解的恢复系数值小于能量角度求解的恢复系数值;三维碰撞法比二维碰撞法求解的恢复系数值高。验证试验结果表明:三维碰撞法计算出的预测反弹高度值更接近油葵籽粒实际反弹高度值。该研究结果可为油葵机械化生产关键部件优化设计提供参考以及为农业物料参数求解提供新的思路。

摘要：为了研究落石形状和尺寸对恢复系数的影响,通过专门设计的落石碰撞测试装置,分别展开10种不同形状和5种不同尺寸的试块与坡面的碰撞测试。基于冲击动力学理论对试验结果进行分析,法向恢复系数R_(n)对试块形状的变化非常敏感,且非棱角状试块的R_(n)值明显高于棱角状试块。非棱角状试块R_(n)值大小依次为球形>椭球>球底圆锥>圆柱>圆盘,棱角状试块的R_(n)值大小依次为正二十面体>正方体>正四面体>长方体>三角板。综合考虑试块的几何构型和表面积分布特征,引入一个新的形状量化指标——形状因子η,其与非棱角状试块和棱角状试块的R_(n)值分别呈强线性正相关。相较于R_(n),试块形状对切向恢复系数R_t的影响较弱,且棱角状试块的R_t值整体略大于非棱角试块。试块尺寸对R_(n)和R_t的影响均较为显著,且与R_(n)和R_t均呈良好的线性负相关关系。这些获得的规律可为落石灾害的准确预测提供重要参考。

摘要：考虑土体的弹塑性特征,利用经典接触理论,假设在法向与切向相互独立的基础上,根据入射条件,提出了一种计算切向力的新模型。推导了落石碰撞过程中的能量恢复系数和冲击力的计算公式;得到以初始入射速度和入射角为变参量下的恢复系数和冲击力的变化规律。结果表明:当入射速度相同时,恢复系数与入射角呈正相关;当冲击入射角相同时,恢复系数与速度呈负相关,而冲击力与速度呈线性正相关;落石回弹的运动状态取决于初始入射条件,通过坡面条件及入射条件对可能掉落的危岩体进行运动形态的判别;目前普遍采用的Thornton速度恢复系数偏大,会造成防护结构的失效或材料浪费。

摘要：为建立黑水虻幼虫与收集、输送、分离等机械工作部件间发生碰撞时的碰撞模型,基于黑水虻幼虫生物特性,应用Hertz弹性碰撞理论推导了黑水虻幼虫碰撞过程动力学方程,结合运动学方程原理构建了黑水虻幼虫恢复系数的测定装置并进行了黑水虻幼虫恢复系数测定试验。试验针对第5龄期的黑水虻幼虫,采用L_(16)(4^(4)×2^(3))混合正交试验方案研究了碰撞材料、材料厚度、下落高度、碰撞角、跌落方向、含水率等因素对黑水虻幼虫恢复系数的影响,然后对碰撞材料、材料厚度、下落高度、碰撞角、跌落方向进行单因素试验,并获得了材料厚度、下落高度、碰撞角对恢复系数的影响规律与回归方程,且方程的决定系数均不小于0.9427。试验结果表明,影响黑水虻幼虫恢复系数的因素影响由大到小为:碰撞材料、下落高度、碰撞角、跌落方向、碰撞材料厚度、含水率,其中含水率对恢复系数影响不显著。单因素试验结果可得:黑水虻幼虫与Q235钢、铝合金、有机玻璃、橡胶等碰撞材料间的恢复系数依次降低,随下落高度的增大而逐渐减小,随材料厚度的增加而逐渐增大,恢复系数随碰撞角的增大而整体呈增大趋势,且横向跌落方向大于纵向跌落方向。该文研究结果可为黑水虻幼虫收集、输送、分离等机械相关工作部件优化设计提供参考依据。

摘要：为建立油菜籽粒与播种、收获等机具相关重要工作部件间发生碰撞时的碰撞模型,该文基于运动学方程构造了油菜籽粒恢复系数的测定装置,并针对油菜籽粒的弹性特性进行了试验测定和分析。针对华双4号油菜品种,采用L8(41×24)混合正交试验方案研究了碰撞材料、碰撞材料厚度、自由下落高度和含水率等因素对油菜籽粒恢复系数的影响,然后针对碰撞材料、下落高度和碰撞材料厚度等重要因素进行了单因素试验,并进一步获得下落高度和碰撞材料厚度2个因素对恢复系数的影响规律及回归方程。试验结果表明,影响油菜籽粒恢复系数的因素主次顺序为:碰撞材料、自由下落高度、碰撞材料厚度和含水率。油菜籽粒与Q235、铝合金、有机玻璃、橡胶等碰撞材料之间恢复系数依次减小,并且随着下落高度的增加而减小,随着碰撞材料厚度的增加而增大。在碰撞材料为厚1 mm的Q235和籽粒含水率8.06%条件下,恢复系数随下落高度变化的回归方程决定系数R2=0.9979;在碰撞材料为Q235、籽粒含水率8.06%和下落高度420 mm条件下,恢复系数随材料厚度变化的回归方程决定系数R2=0.9872。该文结果可为油菜精密播种及高性能收获机具中相关工作部件的设计提供依据。

摘要：为了建立小麦颗粒在清选振动筛和播种器中的碰撞模型,该文基于运动学方程原理构建了小麦恢复系数测试装置,对小麦的弹性特性进行了测定。试验选择江浙皖地区推广使用的扬麦17号小麦品种,采用混合正交试验设计方法,研究了碰撞材料、板材厚度、下落高度和小麦含水率对小麦恢复系数的影响。结果表明影响小麦恢复系数的因素主次顺序为:碰撞材料、下落高度、材料厚度和小麦含水率。小麦恢复系数随着下落高度的增大而减小,随着材料厚度的增加而增大,小麦含水率对其恢复系数的影响很小。该文的研究结果可为联合收割机清选振动筛和精密播种机的数值模拟和产品设计提供依据。

摘要：碰撞是物体(或粒子)间极短时间相互作用的物理现象。生活中,“碰撞现象”十分普遍并且伴随能量损耗。为了响应“停课不停学”,探索物理实验教学不依赖实验室条件的新模式,本文引导学生利用智能手机传感器和计算机设备设计实验,对非完全弹性碰撞过程中小球的能量损耗和恢复系数进行探究。实验表明,能量损失率会随着小球初始下落高度的而增加,而在同一初始高度下,能量损失率则随着碰撞次数的增加而减小。恢复系数随着小球初始下落高度的增加而减小,但在同一初始高度下,恢复系数随着碰撞次数的增加而增加。另外,进一步引导学生从理论分析和实验探究两方面讨论空气阻力对本实验的影响。

摘要：为获得杂粮籽粒与接触材料在收获及加工过程中碰撞时所需的关键参数,测定5种杂粮籽粒的恢复系数。采用中心组合正交旋转设计试验,通过自制恢复系数测定装置研究谷子、苦荞、甜荞、燕麦及青稞5种杂粮籽粒的含水率、碰撞材料厚度、下落高度对籽粒碰撞后恢复系数的影响。结果表明:下落高度对恢复系数影响极显著(P0.05)。因此相关机械的设计时,可忽略含水率对其恢复系数的影响。谷子、甜荞、苦荞、燕麦及青稞籽粒的恢复系数分别在0.471~0.612、0.491~0.601、0.540~0.667、0.445~0.548、0.493~0.629之间,结果可为杂粮联合收获机、播种机及相关加工机械的关键部件的设计、仿真及参数优化提供理论依据。