巨菌草茎秆力学特性曲线拟合探究

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1、巨菌草茎秆力学特性曲线拟合探究摘要：为了精确地描述巨菌草(PennisetumsineseRoxb)茎秆力学性能茎秆抗拉、抗压、抗弯弹性模量，对巨菌草茎秆力学特性曲线进行曲线拟合。通过分析插值函数的构造方法及性质，合理地选取基函数和权函数，并对最小二乘法以及移动最小二乘法的拟合曲线进行了对比。结果表EiC明，移动最小二乘法在巨菌草茎秆力学特性试验曲线拟合中具有更高的精度关键词：巨菌草(PennisetumsineseRoxb);茎秆；移动最小二乘法；力学性能；曲线拟合中图分类号:S519文献标识码A文章编号:0439-8114(

2、2017)03-0561-04DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.03.044StudyofCurveFittingofMechanicalPropertiesoftheStalkofPennisetumsineseRoxbCHENWen-tao,FANGBing,LIANGXiao,YEDa-peng(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou3500

3、02,Fujian,China)Abstract:InordertoaccuratelydescribethemechanicalpropertiesofthestalkofPennisetumsineseRoxbontensile,compressionandbendingmodulusofelasticity,thecurveofmechanicalpropertiesofPennisetumsineseRoxbstalkwerefitted・Theconstructionmethodofinterpolationfunct

4、ionwasdetailedlystudiedandthebasisfunctionandweightfunctionwerereasonablychoose,thencomparedtheleastsquaremethodandmovingleastsquaremethodincurvefitting・TheresultsshowedthattheprecisionofthemovingleastsquaremethodinthecurvefittingofmechanicalpropertiesofPennisetumsin

5、eseRoxbstalkwashigher.Keywords:PennisetumsineseRoxb;stalk;movingleastsquares;mechanicalproperties;curvefitting巨菌草(PennisetumsineseRoxb)是上世纪90年代从非洲引进中国，经过20多年培养岀适合中国气候土壤的优良草种口］。巨菌草的茎秆木质纤维作为能源与工业原料具有巨大的潜能，同时，巨菌草的机械处理如切割、打捆、破碎、运输等也具有重大的经济价值巨菌草茎秆的力学特性参数是研制高效、低耗茎秆切割器的重要参数

6、依据，对巨菌草茎秆的力学特性的研究有利于在农业机械设计阶段中减少研发成本与缩短研发周期，因此有必要展开对巨菌草茎秆的力学特性研究。目前，已有学者研究了芦竹［2］、芒麻［3］、玉米［4］等作物茎秆的力学特性，而巨菌草茎秆的力学特性研究鲜见报道由于植物茎秆力学性能呈现非线性特点，需要通过曲线拟合得到材料的拉伸、压缩、弯曲弹性模量力学性能参数。而曲线拟合的方法众多，常用的是基于普通最小二乘法的多项式拟合，其形式简单，计算量小，但考虑整个拟合区域所有节点的误差效应，并将误差在全局上做均化处理，对局部拟合精度产生很大影响［5］。因力学特性

7、曲线的线性阶段曲线形状较为简单，可以采用上述方法，且精度可以满足要求，但对于茎秆破坏阶段的曲线，普通最小二乘法误差较大。鉴于该方法存在的问题，本研究借鉴竹木材料的试验标准，测试了巨菌草茎秆拉伸、压缩、弯曲等力学性能参数。利用移动最小二乘法(MovingLeastSquares,MLS)拟合巨菌草茎秆力学特性曲线并通过实例与普通最小二乘法拟合进行比较分析，说明MLS方法可以优化求解茎秆拉伸、压缩、弯曲弹性模量的精度，为进一步建立材料本构模型提供准确的理论数据支持1移□幼环《□乘法(MLS)1.1基本原理MLS是20世纪80年代发展

8、起来的一种基于点的近似方法,具有拟合精度高、通用性强的特点，该方法首先应用于固体力学中［6］。移动最小二乘法主要可分为逼近法和插值法两种，本研究主要采用的是移动最小二乘逼近法1.2基向量的选取通常选取单项式作为基函数，一维空间中单项式一次和二次基函数分别为：二维