Studies on Creep Behavior for Rice Stalks

벼줄기의 크리이프 거동(擧動)에 관한 연구

All agricultural crops and products should be cultured, harvested, handled and processed by the proper mechanical methods in the mechanized farming systems. Agricultural crops might be injured or deformed through various working stages due to static or dynamic forces of machines. Mechanical forces had to be applied with proper degrees to the agricultural crops in incoincidence with properties of crops without any damage of crops so as to increase the work efficiency qualitatively. Knowledges of mechanical properties of agricultural materials are essential to prevent of agricultural crops in relation with mechanical farming system. This study was carried out to examine and analyze the creep behavior of the rice stalk on growing and harvesting periods by mechanical model with computer measurement system in radial directional compressive force and bending force. The creep behavior of the rice stalk could be predicted precisely and its results approached closely to the measured values. The creep behaviors were increased greatly with increase of compressive force, namely, the steady state creep behavior occurred at the force less then 25N and the logarithmic creep behavior at the force bigger than 30N. The instantaneous elastic modulus $E_o$ and the retardation time ${\tau}_K$ were increased together with increase of applied forces, meanwhile the retarded elastic modulus $E_r$ and viscosity ${\eta}_v$ were decreased with increase of applied forces in mechanical model being expected the creep behavior in relation with the level of applied forces, which was well explained that the rice stalk might be visvo-elastic material. In the creep test along the stalk portion with compressive force and bending force, the intermediate portion showed greatest values and also the lower portion showed the least values, which implied that the intermediate portions of rice stalk were very weak. The steady state creep behavior occured at the intermediate portion and the upper portion in the rice stalk at the compressive force larger than 25.0N, which showed the possibility of injury due to external forces.

기계화농업에서 농작물은 재배관리, 수확 및 가공과정에서 기계와 접촉하면서 기계로부터 순간적인 하중 및 지속적으로 받는 하중과 같은 여러 종류의 하중을 받아 변형되거나 파괴로 손상되는 등의 결과가 발생한다. 즉 기계작업 과정에서 작물은 파괴도 일어날 수 있으므로 작물의 물성에 따라 기계가 적응하면서 작업이 수행되어야 질적인 작업능율을 높일 수 있게 된다. 본 연구는 재배 및 수확과정에서 기계로부터 받는 벼 줄기의 역학적 특성의 구명을 위하여 크리이프 시험장치를 설계 제작하여 컴퓨터 측정장치를 구성, Burger모형(模型)에 의하여 수확시기에 측방향(側方向)의 압축하중 및 휨하중을 받는 벼 줄기의 크리이프 특성(特性)을 측정(測定) 분석(分析)하였다. 결과를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 크리이프 거동은 4요소 Burger모형(模型)에 의하여 벼줄기의 크리이프거동을 정확히 예측(豫測)할 수 있었으며, 예측한 결과는 실측치에 거의 일치하였다. 2. 압축하중의 크기가 증가함에 따라 크리이프 변형량은 증가하는 경향이었는데, 25N 이하의 낮은 하중에서 정상상태 크리이프거동을 하였고, 30N 이상의 높은 하중에서 대수적 크리이프거동을 하였다. 3. 작용하중에 따른 크리이프거동을 나타내는 모형의 계수를 구하였는데 순간탄성계수 $E_0$ 및 지연시간 ${\tau}_K$는 작용하중의 증가에 따라 증가하였고, 지연탄성계수 $E_r$ 및 점성계수 ${\eta}_v$는 작용하중 증가에 따라 감소하는 점탄성(粘彈性) 재료(材料)임을 확인할 수 있었다. 4. 측방향 압축 하중이 25.0 N 이상 작용할 때 줄기 중부 및 상부에서 정상상태(定常狀態) 크리이프가 일어나, 하중의 작용시 줄기 부위(部位)에 따른 저항력은 하부(下部)에서 가장 컸고, 중부(中部)에서 가장 작게 나타나 파손 가능성이 높은 것으로 판단된다. 5. 압축하중 및 휨하중의 작용에 의한 줄기 부위에 따른 크리이프변형은 줄기 중부(中部)에서 가장 크게 일어났고, 하부(下部)에서 가장 작게 일어나 중부의 저항력이 가장 낮게 나타났다.