切割是一个表面简单实质复杂的过程,尤其当切割对象属于纤维类材料时切割问题的复杂程度更高,原因在于切割对象结构组成的复杂性和多样性。单纤维通过机械编织形成登山绳、安全索和防护服等机械复合体,纤维的机械复合体失效往往导致生命财产安全问题,因此要求具有较高的抗切割能力;单纤维通过自然生长形成农作物茎秆等植物复合体,我国茎秆产量巨大,作为茎秆清洁化再利用第一步骤的切割或切碎浪费了大量的能源。然而近几十年来,针对各类纤维复合体材料,无论是切割工艺、切割技术或切割防护技术的进展都极为缓慢,根本原因在于针对纤维复合体切割的一系列理论问题没有得到解决,例如摩擦因素在纤维复合体切割过程中的作用机制尚不明确。因此针对纤维复合体的切割问题开展研究具有较高的理论和实际意义。本文通过分析纤维复合体切割时单纤维的接触和运动特性,明确了切割时纤维之间的两种摩擦状态和影响摩擦作用的若干因素。提出了单纤维两类复合体摩擦特性和切割特性的试验方法。根据提出的试验方法,研制了BTF-300型落体切割试验机。利用多线程数据采集技术,编写了配套软件,实现切割力、切割加速度和高速摄像等数据的同步采集。参考国家标准GB/T 22895-2008《纸和纸板静态和动态摩擦系数的测定平面法》,研制了植物纤维摩擦系数测定仪,实现了植物纤维抽拔、平移等运动状态下摩擦力、静摩擦系数和滑动摩擦系数的测量。研究了黄麻纱线的摩擦特性,纤维间的摩擦系数与正压力、运动方向有关。正压力越大,摩擦系数越小;平行抽拔时摩擦系数最大,垂直抽拔时摩擦系数最小。在100～2000mm/min范围内,相对运动速度对纱线之间的摩擦系数没有显著影响。当摩擦速度在0.6～1.6 m/s区间时,黄麻纤维与65Mn刀片的摩擦系数与速度正相关,当速度超过1.6m/s后,摩擦系数几乎不再受速度影响。研究了摩擦因素对纤维机械复合体切割过程的影响机制,发现提高纤维间相互摩擦作用能够提高复合体抗切割能力。准静态切割时,摩擦功耗占总切割功耗的16.09%;动态切割时,摩擦功耗占总功耗的8.51%。在切割过程的四个阶段中,摩擦因素在压缩段和切割段对纤维机械复合体的影响相对较大。刀片速度对单纤维机械复合体切割功耗的影响显著,但二者并非线性关系。刀片速度超过1.8m/s之后,切割能量趋于稳定。对于特定的切割系统,从节约能源的角度出发,过分提高切割速度是没有意义的。纤维机械复合体切割具有明显的尺寸效应,截面积对单纤维机械复合体切割功耗的影响显著,但尺寸效应与纤维间的摩擦无关。分析了纤维机械复合体在两端固定和两端无约束两种状态时的切割断裂机制,纤维机械复合体的切割断裂包括剪切断裂和拉伸断裂,切割速度越高,剪切断裂的比例越高。剪切断裂的断口在纤维复合体轴向和切割方向上均有明显的塑性变形。以芝麻、玉米、番茄和辣椒四种植物茎秆作为单纤维植物复合体的实例,分别开展了切割试验。讨论了切割速度、刃口角度、切割部位和削切角等因素对切割力和切割功耗的影响。切割速度为10 mm/min时芝麻茎秆的切割功耗与其它速度水平下的切割功耗相比差异均为显著,而切割速度100～500 mm/min时,芝麻茎秆的切割功耗的没有显著不同（α=0.05）。刃口角度对切割功比耗和峰值切割力的影响极显著（P＜0.01）,刃口角度越小切割的节能省力效果越好。切割芝麻茎秆最佳的削切角为20°。结合高速摄像的拍摄结果,分析了玉米茎秆的切断过程,获得了玉米、番茄和辣椒茎秆的切割比功耗。研究了纤维结合强度对其复合体切割的影响。开展了不同纤维结合强度下纤维机械复合体的切割试验,结果表明,单纤维之间的结合强度越高,纤维机械复合体的平均切割力和切割功耗越高。采用模糊数学中的灰色关联法进行分析,得到纤维素、半纤维素和木质素含量与茎秆切割比功耗的关联度分别为0.8250、0.7446和0.7926。继而采用AHP层次分析法量化了纤维素、半纤维素和木质素含量三对茎秆切割比功耗的贡献。研究了纤维的植物复合体对刀片的摩擦磨损。在切割纤维素较高的茎秆材料时,刀片刃侧的微观结构显现明显的磨粒磨损特征。切割过程中,刀片和植物复合体的摩擦面形成碳膜,碳膜受切割交变应力作用,较易脱落。