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1、全 日 制 普 通 本 科 生 毕 业 论 文芒草力学特性与微观结构研究STUDY ON THE MISCANTHUS ANDERSS MICROSCOPIC STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES学生姓名：学 号：年级专业及班级：2008 级机械设计制造及其自动化指导老师及职称：学 部： 提交日期：20 年 月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本
2、文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业论文作者签名：年 月 日目 录摘 要1关键词11 前言22 问题提出32.1 芒草的经济价值32.2 研究目的42.3 国内外研究现状43 实验内容63.1 试验前准备63.1.1 试验前应考虑的问题63.1.2 研究内容63.1.3 试验计划及相关要求63.2 芒草剪切性试验73.2.1 试验材料73.2.2 试验设备73.2.3 试验结果与分析83.3 芒草压缩性试验153.3.1 试验方法与设备153.3
3、.2 试验结果与分析163.4 芒草茎杆的微观结构与力学性能233.4.1 试验方法与设备233.4.2 芒草茎杆横截面解剖构造的基本特征24 3.4.3 芒草茎杆的组织结构与力学性能25 4 结论与讨论26参考文献 26致谢27附录281芒草力学特性与微观结构研究摘 要 ：以湘杂芒 2 号、湘杂芒 3 号、芒/南荻杂交种、2 年生南荻无性繁殖苗和 3 年生南荻种子苗为试验对象，进行切割、顺纹压缩和横纹压缩试验，研究芒草茎秆力学性能。并观察了芒草茎杆微观结构，得到了茎杆扫描电镜下的解剖构造图像。结果表明：锯齿形刀的切割力比光刀的切割力小；切割方式以滑切最省力。横纹的强度极限明显小于立压，顺纹抗
4、压性能最好。芒草茎杆是由无数大小不同功能各异的细胞组成，是一种典型的不连续多孔的空心各向异性材料，由厚壁机械组织、维管束和基本组织三部分组成。关键词：芒草；切割；压缩；力学性质Study On The TALL Miscanthus Anderss Microscopic structure and Mechanical Abstract：Taking Xiangzamang NO.2,Xiangzamang NO.3, Miscanthus/Nandi cenospecies, biennial Nandi apogamic seedling and triennial Nandi seed
5、ing bud as experimental subjects, carrying on mechanics index mensuration and laws of related variations research such as different internode moisture content, outside diameter, original area of section, cross sectional moment of inertia of haulm, peak load, elasticity modulus, bending rigidity ,in
6、order to explore how the physical and mechanical properties of miscanthus impact upon the process of misanthus incision. And observed the grass stems, microstructure, obtained the stem anatomy image under scanning electron microscope.The results showed that: serrated knife cutting force than the sca
7、lpel cutting force is small; cutting means to sliding cutting the most effort.Transverse strength was significantly smaller than the set pressure, compressive performance of the best.Grass stem is composed of numerous different functions of different cell components, is a kind of typical discontinuo
8、us porous hollow anisotropic material, composed of thick wall mechanical tissue, vascular and basic organization is composed of three parts.Key words: Miscanthus; Stalk; bending; Mechanical properties1 前言2随着社会的进步与科学技术的发展，越来越多的人开始认识到能源问题将会成为未来社会发展的必然问题，当今最主要的能源就是化石燃料，各行各业的正常运行都离不开化石燃料，而化石燃料属于不可再生资源，总
9、有一天会用尽，为了避免化石燃料用尽后人们无法正常工作生活，寻找新能源来代替化石燃料已经成为当务之急。生物能源被认为是 21 世纪最有希望在解决能源危机方面有所作为的能源。生物能源资源包括糖类（甘蔗、甜高粱、甜菜） 、淀粉类（粮食、薯类） 、纤维素类（农作物秸秆、草类、薪材等） 、油料类（大豆、油果林木、油菜等） 。在上述资源中，大部分与人类粮食有关，在制造生物能源的同时，可能会引起粮食危机。而芒属（Miscanthus）植物俗称芒草，属禾本科多年生高大草类。由于芒草不属于粮食作物，其主要生长在荒地上，所以作为能源植物的芒草就受到世界范围的广泛关注。各国纷纷出台相应的政策措施，以期在能源植物的开
10、发和研究上走在前列。芒属（Miscanthus Anderss）植物俗称芒草，系禾本科黍亚科的一类多年生高大草本植物 1，全世界共有约 14 个野生种，大多分布在亚洲，少量产于非洲。芒属植物为高度自交不亲和植物，具有生物质产量高，地下根状茎发达，抗逆性强，适应性广等特点，可应用于造纸、制药、水土保持和生态修复等。目前在欧洲和北美地区作为能源植物广泛栽培和研究的芒属植物品种主要是从日本引入的 “奇岗” （M. x giganteus） ，它被认为是芒与荻种间杂交产生的异源三倍体。M. x giganteus 的地上部干生物质产量在不同地区一般可达到 1040 吨/公顷年，可用于火力发电或生产燃料
11、乙醇。中国是芒草起源地，拥有 7 个种，分布几乎贯穿了全国整个气候带，而且包括了生物质产量最高的种类，是芒草自然资源最为丰富的国家 2。长期以来仅作饲用植物或观赏植用 3。芒草可作为我国生物质能源的原料来源。首先，芒草有较强的耐旱、耐热、耐寒及耐污等特点；生长期长、生态适应性强、生产力高 1。对于我国许多地区而言，不与人争粮、不与粮争地，具备发展生物能源的广阔空间，例如大量的荒山、荒地、荒滩、荒坡均可用于栽培芒草。第二，芒草能源特性优良。不仅具有很高的生物质产量 4，而且其收获时水分含量仅有 20%30%，低水分含量有利于燃烧，具有比煤炭更好的点火稳定 5，燃烧较农作物秸秆更为稳定和清洁 4。
12、最后，芒属植物一年种植，可连续收获 15 年以上，能节约大量的人力和物力，亦有助于减轻土壤侵蚀，防止水土流失，改良土壤，降低环境污染，促进生态系统恢复，实现资源能源环境一体化，利用前景非常可观 6。湖南农业大学自 20 世纪 80 年代起就开展了芒属植物的研究，采用植物细胞工程技术选育出了同源四倍体新品种“芙蓉南荻” ，同时还培育出国际上第一例转基因3芒属植物转外源 Bt 基因的抗虫南荻新种质。并建立了一个保存有超过 1000 份芒属野生种质的资源圃。但由于芒草收割实际仍停留在传统的人工砍割阶段，无法达到生物能源工厂化对原料的要求，需要大力开生物质收集机械自化 7。已有的针对油菜、甘蔗、棉秆、
13、龙须草 8-17等系列农作物茎秆的力学特性的研究，有助于相关作物机械化生产中栽培和收获机械的参数设置。笔者以芒草为研究对象，研究芒草茎秆的力学特性与微观结构，以期为芒草机械设计合理的切割方式和切割刀具提供基本技术参数。2 问题的提出2.1 芒草的经济价值芒草在我国广泛分布，一直以来人们都将其视作杂草，仅用作生火之用，但是随着研究的深入，人们发现芒是一类兼具生态效益和经济效益的植物资源。 芒类植物具有生长快、产量高、易繁殖的特点，播种后能迅速覆盖地面，是适合于荒坡、湖洲发展的先锋植物，能有效地起到固土保水、防止冲刷、改善周边生态环境的作用。周存宇等采用不同部位的繁殖体进行无性繁殖，定量研究不定根
14、的长度和数量、根状茎新生芽数量和地下部分包裹土壤的体积，以预测其护坡效果。研究者发现，五节芒在重金属矿业废弃地恢复实践中具有较大的应用潜力，五节芒定居不仅促进了尾矿砂重金属朝着沉淀态和螯合态方面转化，而且还显著地改善了尾矿砂微生物群落的功能发挥。尽管五节芒不属于重金属超富集植物，但对污染土壤中的铅、锌等重金属均具有较强的吸收能力，这一现象说明五节芒将对降低污染土壤中的重金属含量及改善土壤环境具有重要作用。研究发现，芒忍受铝离子、重金属和氧胁迫的环境，并认为这种对非生物逆境较强的忍耐力可能是因为芒具有其特殊的耐受机制所造成的。由于芒属植物茎秆纤维细胞含量高，可以作为一种优良造纸材料。据测定，南荻的纤维产量和质量都比芦苇、麻类、毛竹、杨树和柳树高，纤维细胞的含量达到 50%左右，其平均长度约 3 mm，最长纤维达 6.8 mm。杨
