孔凡婷，吴 腾，陈长林，孙勇飞，谢 庆，石 磊

籽棉压缩与应力松弛力学特性及模型构建

孔凡婷，吴 腾，陈长林，孙勇飞，谢 庆，石 磊※

（农业农村部南京农业机械化研究所，南京 210014）

为深入研究籽棉压缩及应力松弛过程的力学特性并构建其本构模型，该研究以籽棉为研究对象开展试验，分别利用改进西原模型和五元件广义Maxwell模型对压缩和应力松弛的应力应变曲线进行描述。通过定义的本构模型对不同含水率及喂入量的籽棉力学特性试验数据结果进行参数辨识，得到相关模型参数，并探究不同因素对压缩及松弛过程应力的影响规律。研究结果表明：曲线拟合法求解籽棉压缩及应力松弛过程本构模型参数的决定系数均大于0.9，改进西原模型、五元件广义Maxwell模型可以较好地描述籽棉压缩力学特性和应力松弛特性。对籽棉压缩及应力松弛力学特性解析显示，模型参数表现出明显的应力规律：通过Duncan均值比较结果可知：籽棉压缩本构模型参数中不同含水率组间弹性模量差异均显著（<0.05），不同喂入量组间串联虎克体弹性模量差异显著（<0.05），压缩应力值与含水率、喂入量呈正相关关系；籽棉应力松弛模型参数中不同含水率及喂入量组间弹性模量及粘性模量差异均显著（<0.05），弹性模量、粘性模量与含水率及喂入量均呈正相关关系。籽棉压缩与应力松弛力学特性的研究可为籽棉压缩过程机理研究、模拟仿真提供理论依据，缩短机具研发过程。

压缩；应力松弛；本构模型；试验研究；籽棉

0 引 言

棉花是世界上重要的经济作物和纺织工业原料，在经济发展中占据重要地位[1]。中国棉花种植面积超300万hm2，无论是种植面积还是产量，都位于世界前列[2]。在当前城市化进程不断加快、大量农村劳动力向城市转移的背景下，自2007年以来，机采棉的发展速度逐年加快。随着机采棉面积的不断增加，传统、落后的籽棉储运技术暴露出来的问题愈发明显。……