張倉榮臺灣大學：生物環境系統工程學研究所鍾茞歆Chung, Chai-HsingChai-HsingChung2007-11-272018-06-292007-11-272018-06-292004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/56014本研究藉由生物力學模擬與風洞試驗二者並進之方式，探討水稻在給定風速下之動態行為與倒伏風險，以期能建立水稻倒伏風險評估模式，進行水稻倒伏機率之研究。本研究首先根據Baker(1995)所發展之植物二質量系統破壞模式，將之應用於台灣地區種植之水稻，瞭解其因遭受強風所造成的莖部倒伏、根部倒伏及連根拔起等之原因，求得植物破壞時之風速及部位，以改良目前廣泛使用的植物懸臂樑力學系統僅能模擬莖部倒伏之限制。本研究繼而以蒙地卡羅法為基礎，進行水稻倒伏風險評估，研究水稻在不同風速、吹風時間與生長期下之倒伏機率。最後，進行水稻倒伏風險之風洞試驗，量測水稻的倒伏機率與相關基本物理性質，以驗證前述倒伏風險評估之模擬結果，並探討倒伏過程中各項影響因子之相對重要性與敏感度。本研究中之風洞試驗值與模擬試驗值皆顯示出水稻受風下倒伏發生部位均在莖底部，根部由於根盤之強度而不易因受風而造成破壞。而在影響倒伏機率之各項參數中以受風面積與莖底部半徑為兩個最重要之影響因子。本研究所進行之生物力學模擬與風洞試驗研究結果，不僅能夠提供台灣本土化作物相關資料的建立，也可用來探討颱風期間作物破壞之風險、程度與損失。The major objective of the study is to perform biomechanical simulations and wind tunnel experiments of rice lodging. The dynamic behaviors and lodging risks of rice in high winds are investigated. Firstly, a biomechanical model, based on a two-mass system for herbaceous plants (Baker, 1995), is developed. The model enables us to study the possible plant failure modes, such as stem failure, root failure and uprooting, which cannot be predicted by the commonly used cantilever beam system. The study further includes the Monte Carlo concept into the biomechanical model to assess rice lodging risk for various wind speeds, wind blowing times, and rice living periods. Finally, a wind tunnel experiment is carried out to measure the lodging risk and the physical properties of rice. The wind tunnel results are also used to verify the simulated results of the biomechanical model and to identify the relative importance of the parameters in the model. All of the wind tunnel results and the simulated results indicate that rice failure occurs at stem bottom. Root failure is not easy to take place in high winds because of the high root strength. The most important factors that affect lodging probability are ear area and stem radius. The results of the biomechanical simulations and wind tunnel experiments can be used to establish the information library of the Taiwan local plants and further to evaluate rice lodging risks and yield losses during Typhoon periods.中文摘要 I ABSTRACT II 目錄 III 表目錄 VI 圖目錄 VII 第一章、緒論 1 1.1前言 1 1.2研究動機與目的 2 第二章、文獻回顧 4 2.1植物倒伏破壞與風之關係 4 2.1.1風對植物之影響 4 2.1.2風之變動週期與植物自然振動週期 6 2.2 植物特性與倒伏破壞關係 6 第三章、水稻倒伏風險風洞試驗 11 3.1水稻生長週期基本介紹與試驗分期 12 3.2試驗量測項目 13 3.2.1水稻基本物理性質量測 13 3.2.2水稻受風行為動態量測 15 3.3試驗結果 16 3.3.1水稻基本物理性質量測結果 16 3.3.2水稻動態受風行為量測結果 19 第四章、植物倒伏風險力學評估模式 46 4.1植物倒伏理論模式介紹 46 4.1.1風所導致彎曲力矩模式推導與應用 47 4.2莖部破壞力矩模式 51 4.3根部破壞力矩模式 52 4.4破壞評估方法 53 4.5破壞評估流程 54 4.6模式假設及優缺點 55 4.7模式驗證 56 第五章、模式模擬及風洞試驗之結果與討論 61 5.1模式中各項參數資料 61 5.2植物破壞力學模式模擬值 62 5.2.1水稻倒伏風險模擬值與風洞試驗值結果比較 63 5.3模式參數敏感度分析 66 5.3.1模式參數敏感度分析結果討論 67 5.4水稻倒伏機率之討論 69 第六章、結論與建議 81 6.1結論 81 6.2建議事項 82 參考文獻 842949699 bytesapplication/pdfen-US風洞試驗強風水稻倒伏植物破壞LodgingPlant failureHigh windsWind tunnelRicethesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/56014/1/ntu-93-R91622035-1.pdf