基于物理杆的多级Y型银杏树动力学建模及试验

研究果树个体的动力学特性有利于提升果实振动采收的基础理论,果树动力学特性可通过动力学建模和实验分析两种手段获得.基于等截面和变截面物理杆模型对多级Y型银杏树进行了建模研究,通过微分方程的求解并与测试结果进行了对比分析验证.结果表明:实测频谱曲线上低于15.00 Hz的低频区,主干与各级侧枝出现了较明显的波峰,且各阶频率值较一致;高于15.00 Hz的高频区,各枝干的频谱曲线一致度较差,具有各自不同的波峰特征及对应的谐频点.果树的主干和分枝之间存在一定的运动独立性,基于物理杆模型计算条件下,果树的主干只能激发出基频.受到模型自由度的限制,果树只能激发出和系统自由度相同个数的谐振频率,且只能激发出低阶频率.变截面物理杆模型与等截面物理杆模型相比,不仅在一级侧枝上就能激发出全部的5阶谐振频率点,而且模型的计算精度远高于等截面物理杆模型,说明变截面物理杆模型更加接近于果树实际的形态结构,更能准确地体现出果树的频谱特性.因此,通过数学建模方法只能激发出有限个低频区的谐振频率,要想获得更多阶的谐振频率及更宽的频率范围,需通过增加更多分枝形成更多自由度的方法才可获得.