DIC三维数字散斑技术,数字化农业研究中的黑科技!

快讯 来源: 2023/4/21 14:07:44 阅读:1923

玉米居三大粮食作物之首。为了减少种植脱粒过程外力引起的机械损害,有必要对玉米种粒的抗压特性以及裂纹生成规律进行研究,旨在为玉米种植和生产提供高效的种子,推动玉米种植业的进一步发展。

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林果业,已成为我国种植业第三大产业。随着规模化生产的普及,人工采摘方式已经落伍,机械化趋势不可逆。如何提高采收效率、采收质量,需通过实地试验探究果树机械采收的影响因素。

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多年来,科研人员对玉米抗压特性、果树机械采收效率进行了大量研究。通过玉米压载试验有助于研究应力裂纹规律,对玉米种子的发芽率和应力裂纹进行分析;果实采收机理的探索,是保证采收机是否成功的关键所在,优化参数是保证连续式采收机采收性能指标的基础。

 

DIC数字散斑技术应用

在玉米种粒受压变形测试中,位移应变场和裂纹萌生演化是力学特性重要参数;另外,果品采收的设计要求是高效率、高质量、低损伤,为满足这些性能指标,须确定振动采收装置的最佳振动参数。和但以往的测试手段单一,验出的参数存在差异性。

与仅测量离散点的传统传感器不同,新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统使用灰度值特征提供整体的三维坐标点云,并随时间推移跟踪全视场三维位移及应变,与被测物无需任何接触。

另外,XTDIC软件可以分析应变、位移、速度、加速度、旋转、角度和角度变化等等,还可以捕捉和评估三维空间里的运动和变形。

不仅如此,XTDIC三维全场应变测量系统还支持大型组件的结构试验,包括负载极限测试验证、疲劳和振动测试,为分析玉米种粒受压裂纹演化、果实采收效率参数分析提供重要参考。

玉米种粒抗压特性测试

测试需求

在玉米种植和脱粒过程中,经常因为裂纹现象或受外力影响而产生种子损伤,这种损伤主要表现在玉米种子裂纹的生成,影响玉米的品质和产量。

采用不同含水率、不同品种、不同型号的玉米种粒施加压力,对玉米种粒的抗压特性和裂纹产生规律进行研究,通过获得玉米种粒在施压受力部位的损伤机理,从而改进玉米脱粒工艺,减少玉米破碎率,以提高玉米种子的存活率和生长率。

解决方案

本次测试对象为新鲜玉米种粒,拟采用新拓三维DIC非接触式全场应变测量系统,获取玉米种粒受外力挤压过程中位移场和应变场。

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考虑到被测玉米种粒较小,采用新拓三维XTDIC-Micro显微应变测量系统,搭配高放大倍数显微镜,对被测玉米种粒放大倍率;用镊子夹住种粒两端,施加一定的挤压力,拍摄挤压过程中种子粒表面的变形。

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项目成果

XTDIC软件可实现对微小式样的观测、分析、计算,快速分析出玉米种粒试样表面位移场和应变场。

玉米种粒被挤压时位移场:

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玉米种粒被挤压造成表面出现褶皱最大主应变场:

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选取任意一点可绘制出该点随时间的位移曲线、应变曲线:

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果树振动采收影响机理测试

测试需求

研究果树振动采收影响因素,能够为振动式果品采收机的研制提供理论基础。以海棠果树为被测对象,采用连续振动方式对果树进行振动试验,借助XTDIC-STROBE三维动态测量系统和高速相机,对振动参数进行收集及分析研究。

(1)建立果树振动试验模型,确定影响振动采收的影响因素。

(2)研究不同振动频率、振幅、激振位置对振动采收的影响。

(3)通过高速相机记录振动试验果实脱落全过程,研究海棠果实在振动脱离果株过程的运动规律。

(4)计算果实脱落瞬间的速度、加速度、脱落惯性力。

解决方案

传统试验方法,一般采用静态测量,无法对振动落果的全过程进行检测和记录。接触高速相机采集振动采收过程影响特性,观察果实在振动过程中受到拉、弯、扭等综合影响作用,从而脱离果株。

并且通过XTDIC三维数字散斑分析系统,对实地果实脱落时刻的运动参数进行精确的计算,验证室内试验的准确性,为振动采收装置的设计和采收方案提供数据参考。

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实地被测果实样本

项目成果

试验过程中,激振器输出连续激振力,枝干在激振力作用下做强迫振动,果实被迫做自由振动与强迫简谐振动的组合运动,振动过程中,当果实的惯性力大于国柄结合力时,果实实现脱落。

采用XTDIC三维数字散斑应变测量系统软件,对高速相机的图像样本追踪点X、Y方向的位移及位移模的计算,获取海棠果运动位移的具体数值,得到海棠果振动过程的运动参数,最终计算出海棠果果实脱落瞬间最大速度、加速度、脱落惯性力。

两组海棠果被测果实特征标定与测量:

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两组海棠果振动下位移测量结果:

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两组海棠果X方向位移曲线       两组海棠果Y方向位移曲线

采用DIC软件计算,能够直观被测区域在整个运动过程的三维形貌、三维坐标及三维位移,并且位移数据可记录可追溯,因此速度、加速度数据可通过采集时间间隔进行结算。

求得海棠果样本的合成速度、合成加速度:

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