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倒伏是影响小麦高产的重要因素之一，高产与倒伏的矛盾是目前小麦高产育种中的突出问题，而且倒伏还大大影响了小麦籽粒品质。对小麦抗倒伏性能进行研究，将为小麦的遗传、育种等方面研究提供有价值的参考依据。同时，经过多年的自然选择，小麦茎杆是一种天然的复合材料，深入分析小麦茎杆的力学特点也为工程中新型复合材料的设计提供参考。
本文以京冬8号小麦茎秆为研究对象，通过试验，数值计算和理论分析的方法对小麦茎杆的抗倒伏力学原理进行了研究探讨，本文主要研究工作如下：
1、在小麦易发生倒伏的乳熟期和腊熟期，测量了茎秆地上第2～5茎节的几何尺寸，弹性模量，抗弯刚度和挫折弯矩值。力学参数的测量均在微机控制电子万能试验机上完成。通过拉伸试验获得了茎秆节间和叶鞘的弹性模量值。设计了适合小麦茎秆四点弯曲的加载装置，通过四点弯曲试验，研究了不同节位的茎秆在不同生长期抗弯性能的变化。
2、四点弯曲试验中对各个样本的失效模式进行观察，总结了小麦茎秆在弯曲载荷作用下主要的失效模式：一是弯曲过程中茎秆截面椭圆化引起的屈曲(Brazier)亩曲)，二是茎秆在弯曲过程中沿纵向开裂。刚度较弱的上部茎秆和腊熟期的茎秆更易发生Brazier屈曲。
使用数值方法对茎秆的失效模式进行研究，考虑茎秆的细观结构和横观各向同性的力学性质，建立了双层复合材料的小麦茎秆有限元模型。模型内、外层材料均为横观各向同性材料，外层材料的强度较内层材料高，用以模拟组织紧密的表皮和机械组织，内层材料用以模拟薄壁组织和维管束。该模型的计算结果与试验吻合较好。
3、将工程中的薄壁圆管纯弯曲时的Brazier屈曲理论引入到小麦茎秆抗倒伏性能研究中，在已有理论的基础上推导得出小麦茎秆的双层模型的Brazier屈曲曲率一弯矩关系式；讨论了内外层半径、壁厚、弹性模量、泊松比等参数变化对模型抗弯性能的影响。
4、设计了倾倒力测量装置，对两种含水量的小麦茎秆整株的倾倒力进行了测量。使用回归分析的方法，研究了茎秆的外径，壁厚和茎长与倾倒力之间的相关性。将茎秆视作变截面梁，获得了茎秆基部的弹性模量与倾倒时极限应力值。
5、建立了小麦茎秆整株有限元模型，对倾倒力试验进行了数值模拟，有限元计算结果与试验数据基本吻合。研究了几何和物理参数对抗倒伏性能的影响，得到了影响小麦抗倒伏的关键因素。以小麦茎秆的有限元模型为基础，使用工程中的优化理论对茎秆的最优结构进行探讨。研究中以茎秆的几何尺寸作为设计变量，基部的最大应力为状态变量，茎秆体积为目标函数，在满足给定的强度条件下，得到尽可能轻质量的茎秆结构。