秸秆-薯渣混合物料应力松弛分数阶模型的建立及参数分析

来源：农业工程学报杂志2021年第13期北京时间：

作者：郭文斌,王志鹏,候智博,胡凡,王春光,齐文静,

摘要：为更加精确地解析农业松散物料压缩时表现出的应力松弛行为及松弛后的成型效果，简化应力松弛模型并获得更加直观的应力松弛特征参数，该研究将Riemann-Liouville分数阶微积分理论引入农业松散物料流变学特性研究中，以农业生产后残留的玉米秸秆与马铃薯废渣为研究对象，推导建立了用于描述秸秆-薯渣混合物料应力松弛特征的分数阶模型，并以松弛比与松弛时间比率为试验指标，完成了混合物料在不同压缩密度下的应力松弛试验，利用所建立分数阶模型对应力松弛试验曲线进行了拟合回归分析，并与广义Maxwell模型的拟合结果进行了对比与参数相关分析。结果表明：1）分数阶模型可准确描述秸秆与薯渣混合物料的应力松弛过程，其对松弛曲线的拟合精度高于五元件广义Maxwell模型，决定系数R2介于0.996 4～0.999 5之间。2）分数阶模型仅有两个模型参数，分数阶阶数β与粘弹性系数K，其中β与应力松弛后残留弹性的占比、松弛比均极显著负相关，可直接用于表征物料松弛后的永久变形程度，预测其成型效果；K与弹性模量及粘性系数、松弛时间比率均极显著正相关，可用于表征混合物料的粘弹性特征及其应力松弛快慢程度。该研究成果推动了分数阶微积分理论在农业松散物料流变学特性研究领域的应用，通过分数阶模型建立了秸秆-薯渣混合物料的应力松弛特性与成型效果的联系，可为进一步改进农业松散物料成型方法、获取最佳成型条件提供依据。

关键词：应力松弛, 模型, 粘弹性, 秸秆, 薯渣, 分数阶计算