马铃薯薄壁细胞组织一维等温干燥模型

为真实描述植物薄壁细胞物料干燥过程的水分传输机理,该文基于组织生理结构、微观参数测量技术和细胞结构变化,提出了适用于整个低温对流干燥过程的薄壁细胞组织模型。模型假设组织由细胞聚集而成,细胞由细胞壁、细胞膜和细胞腔模型溶液组成。细胞壁中的水分为纯水,干燥过程中细胞壁仅变形,不收缩;细胞膜为理想半透膜,集总了真实细胞内所有的跨膜渗透效应;模型溶液中的水分扩散则代表了真实细胞内部所有的扩散效应;干燥过程中,细胞膜始终紧贴细胞壁,细胞失去膨压后,塌陷收缩。基于组合参数传输模型建模方法构建了考虑细胞和收缩的一维传质模型。模型中细胞尺度的水分传输为局部水势平衡假设下的细胞腔到细胞腔、细胞壁网络和细胞气相间隙传输,宏观传递系数直接由细胞传输特性推演获得。模拟和试验表明:平均干基含水率不低于1.0 kg/kg时,模型可准确预测马铃薯组织的干燥过程,相对误差不超过20%。模型分析揭示:马铃薯组织干燥过程水分传输途径的优先级为细胞腔到细胞腔细胞壁网络细胞间隙。     

利用光钳技术对细胞骨架的分子力学特性的研究进展*

光钳是近年来发展起来的一种光学物理技术，由于它可以定量测定微小的力(皮牛顿级)和微小的位移(纳米级)，近年来广泛应用于生物学领域。细胞骨架是与细胞内各种运动及细胞迁移密切相关、参与产生各种细胞生理过程所需机械力的细胞组分，对其力学性质的研究具有重要意义。对光钳技术的基本原理和测定方法作了简要的介绍，综述了最近10年间利用光钳技术研究细胞骨架的分子力学特性的研究进展及其发展动向。     

水保工程土方计算新方法—矢量法

运用矢量代数知识，推导出计算多边形面积和多面体体积的精确公式，以此公式为基础，提出土方计算的新方法－矢量法，它的要点是：将计算对象近似为多边形或多面体，用基本公式求解。该法在优点是：把土方平衡计算归结为土方计算，普适性强，适宜于程序运算，并叙述了该法在水保工程中常见的３类土方计算问题中的应用，指出该法有待研究的问题。     

果蔬干燥过程的水分跨膜传输模型构建

为了较真实地描述干燥过程中果蔬组织内水分的传输情况,该文回顾了多孔介质干燥过程及相关研究模型。针对果蔬组织生理学结构及其特征,提出了干燥过程中水分在其内部的传输模型,并通过显微图像技术及热风干燥试验对模型中相关参数进行了试验测定。建立的水分跨细胞膜传递模型有效计算了水分在果蔬组织内部的跨细胞壁传输过程。研究结果表明:果蔬组织中约90%的水分存在于细胞内;干燥过程中水分迁移的过程为:首先细胞内液泡中的水分跨细胞膜流出至细胞间隙,该过程可通过水分跨膜传输通量(JV)来计算;然后,进入细胞间隙的水分可视为一般多孔介质内的孔道水分扩散过程用传统的孔道网络模型进行计算。     

植物侧根对土壤牵引效应的计算机仿真

植物侧根对土壤增强和斜坡稳定具有重要作用，探讨根土作用的机械效应，建立侧根对土壤牵引效应模型为定量分析植被生态护坡奠定了基础。但多侧根对土壤的牵引效应较复杂且难于分析求解，使计算机仿真成为有效研究方法。该文分析了多侧根对土壤牵引效应的力学过程，建立了可用于计算机仿真的多侧根土壤牵引效应模型，并以MATLAB为工具，建立了仿真系统。通过计算机仿真，为复杂的多侧根土壤牵引效应的分析提供仿真平台，不仅可以求解计算模型，而且还能通过改变模型的输入变量和模型参数对模型的系统行为进行观察和预测。最后，以云南松侧根为例进行了仿真和试验测试，结果表明仿真模型具有一定的精度，所建立的仿真系统是有效的。     

鉴定导致程序性死亡的线性级联信号通路中的三个MAPKKKs

丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联通路是真核细胞生物中一种非常古老并且进化高度保守的信号转导机制,普遍存在于多种生物,包括酵母,哺乳动物和植物细胞中。当细胞外刺激作用于细胞时,在细胞内以 MAPKKK-MAPKK-MAPK 为主干,通过多级激酶级联激活MAPK,激活的 MAPK 可通过磷酸化转录因子或多种酶类等底物来参与介导细胞生长、发育、分裂、分化、死亡等多种生理过程。在植物中,MAPK 信号通路与植物对各种生物和非生物胁迫的响应有关,例如植物病原菌的侵染等。     

基于Bayesian分析的垂穗披碱草根系力学特性估计方法

植物根系力学特性是度量植物根系对土体抗剪强度贡献，评价植物根系提高土壤抗侵蚀性和边坡稳定性的重要指标之一。该研究基于Bayesian分析，选取生长于青海天峻县江仓矿区排土场人工种植的垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）为研究对象，在对其根系力学特性进行测定基础上，以测得的28组根系力学特性的期望值和方差为先验信息，以第29组根系力学特性测定值为样本信息，建立了用于计算该区域垂穗披碱草根系力学特性的正态-逆伽马后验分布，并分别计算了先验分布的超参数以及后验分布中的分布参数。研究结果表明，先验信息中，除极限拉伸应变外，其余指标均值的期望值变异性均较小且各指标的均值均服从正态分布，方差的倒数则满足伽马分布，而各指标的样本分布满足正态分布，故可通过正态-逆伽马分布对区内垂穗披碱草根系力学特性的后验分布进行描述；后验信息概率密度曲线与样本信息概率密度曲线几何形状较为相似，该结果说明后验信息更倾向于样本信息，且得到的结果亦可由柯尔莫哥洛夫-斯米洛夫检验予以佐证。此外，样本数量与先验信息离散度决定了先验均值和样本均值在决定后验均值时所占的权重。在其他条件不变的情况下，样本数量越大则样本所占权重越大。该研究可为准确计算植物根系力学特性提供思路和研究方法。     

碎玉米秸秆卷压过程的流变行为试验

为青贮圆捆打捆机的设计和工艺提供基础的力学数据,需要探明碎玉米秸秆卷压过程的流变规律,在分析卷压成型原理的基础上,搭建了碎玉米秸秆卷压试验台,对碎玉米秸秆进行了卷压试验和应力松弛试验。研究了卷压过程中碎玉米秸秆的流变学特征,采用线性黏弹性理论,构建了伯格斯模型,用残数法对应力松弛曲线进行拟合,获得了应力松弛模型及其参数,计算其决定系数。利用相关公式求解,进一步得到伯格斯模型中的黏弹性参数E1=18.33kPa、k1=994.81kPa、E2=27.64kPa、k2=2342.49kPa。由于黏性系数远大于弹性模量,可以初步判断碎玉米秸秆卷压过程的流变行为偏向于流体,这对于深入研究碎玉米秸秆的卷压工艺,实现工艺和装备的优化设计,具有积极作用。     

车辆行驶的表层沙土非线性弹性本构模型的试验研究

以车辆行驶的表层沙土为研究对象，用土壤动态三轴仪对车辆行驶的表层沙土的力学特性进行了试验研究，建立了适于车辆行驶的表层沙土的非线性弹性邓肯（Ｄｕｎｃａｎ）本构模型。研究结果表明它能够较好地反映车辆行驶的表层沙土的本构关系，为车辆行走机构与表层沙土相互作用的力学计算分析和研制沙漠运输车辆奠定了基础     

小麦和玉米秸秆热解反应与热解动力学分析

为了对生物质快速热解液化设备进行分析和计算，该文用热重、差热分析仪分别对小麦和玉米秸秆在不同升温速率下进行了热分析研究。结果表明：小麦和玉米秸秆的热解特性基本一致，热解过程可以用同一种模型描述；随升温速率的提高，热解最高速率时的温度和热解最高速率明显提高。分析了小麦和玉米秸秆热解反应过程，提出了平行一阶反应动力学模型并计算出模型中各参数，将该模型的计算结果、现有一阶反应模型的计算结果分别和试验数据进行了对比，结果表明，平行一阶反应模型的准确程度比现有一阶反应模型有很大的提高。     

作物多尺度力学初探

作物力学性能广泛应用于作物抗倒伏性、机器-作物-土壤互作系统和作物栽培等领域的研究,为培育抗倒伏品种、提高机器作业质量和改进栽培措施提供理论支持。作物的力学性能与其形态结构、解剖学特征、化合物组分等有密切关系。该研究在梳理作物力学性能研究的基础上,将作物多尺度力学概括为以作物为研究对象,分别以细胞壁层、细胞壁、细胞、组织和器官为基本元件,依次建立细胞壁、细胞、组织、器官和植株的几何结构与力学模型,并解析其力学性能的科学。进一步对细胞壁结构力学、细胞结构力学、组织结构力学、器官结构力学和植株结构力学的研究内容进行了归纳总结。该研究明确提出作物多尺度力学的概念、系统归纳其研究内容和方法,有利于促进作物多尺度力学理论的形成、数据库的建立和分析软件的开发。     

基于液滴微流控的壳寡糖植物免疫诱导剂荧光检测

为了建立基于液滴微流控芯片平台的植物免疫诱导剂的荧光信号检测技术,该文设计制作了具有液滴生成结构的芯片,制备包裹烟草(BY-2)细胞的液滴,并对包裹了细胞的液滴数目进行统计分析。将包裹细胞的液滴孵育一氧化氮探针后使用质量浓度为50μg/m L壳寡糖处理,在荧光显微镜下观测其产生的荧光,利用荧光酶标仪对比采用96孔板和液滴承载的细胞的荧光变化趋势。结果显示,水相流速为100μL/h,油相流速为300μL/h时,微流控芯片产生的液滴尺寸适合包裹细胞,其中液滴包裹单细胞的比例达22.9%。经壳寡糖处理后的细胞在生成的液滴中产生了明显的荧光,且用96孔板和液滴承载的细胞的荧光变化趋势一致。研究结果为开发基于液滴微流控技术的植物免疫诱导剂的高通量筛选平台提供参考。     

对置斜盘高速精密大豆排种器设计与充种机理分析

针对机械式精密排种器在工作速度提高时,充种指数下降较快,从而导致作业质量严重下降的问题,在理论分析的基础上,创新设计了一种对置斜盘大豆排种器。该型排种器充分利用壳体的结构空间布置核心部件,从而提高排种频率、改变充填模式、增加充填力种类,以适应高速作业需求。根据该排种器的工作原理建立数学模型,分析种盘在不同倾斜角度时充填力的变化规律,优化角度为20°;运用工程离散元方法(engineering discrete element method,EDEM)将对置斜盘排种器与一种具有一定高速作业能力的双腔立式复合圆盘排种器进行虚拟仿真及样机试验对比,进一步验证了该种结构形式的优越性,试验结果表明在8~12 km/h高速区段平均合格指数较对照排种器提高约3.6%。研究为高速机械式精密排种器的设计与开发提供了机械形式方面的创新思路以及分析方法方面的借鉴与指导。     

虚拟花卉植物在可变风场中的运动行为仿真

花卉植物茎、枝、叶和花瓣结构复杂,运动行为仿真成为目前虚拟植物的研究热点之一。该文基于花卉植株的高精度的建模,将动力学理论和弹簧-质点模型应用到虚拟花卉植物跟风力的交互运动仿真中,提出一种实时模拟花卉植物与风场交互的方法。运用多层次反向动力学原理和布料模拟系统原理分别实现了单株花卉植物在风场中自身运动和群落花卉在风场中的整体运动的模拟。可以模拟在球形风场和平面风场中,随风力和风速实时变化的单株或群落花卉植物的运动行为特征,模拟效果逼真自然,具有较强的真实感。该研究可为虚拟植物运动仿真提供参考。     

精确农业倾斜网格划分及其应用

在已有划分正交网格研究的基础上,阐述了划分倾斜网格的必要性、方法及其应用。中国的农田多为防护林分割,土地规模较小,且防护林和垄的走向往往与经纬度线不平行,为了避免划分正交网格带来的麻烦和不便,需要因地制宜地划分倾斜网格。划分倾斜网格的方法有手工绘制和编程绘制两种。合理选择田块基点,VB和MapX控件编写的网格划分程序可适用于不规则田块。网格划分主要有采样导航、专题图制作和田间识别等重要应用。该文给出了单片机田间网格识别简化算法,其精度为厘米级。跨田块作业时,只需要更新数据存储IC卡中的田块参数和施肥量参数,而不必修改单片机主程序。施肥试验表明,该算法简单、准确、通用性好。     

荔枝的力学特性测试及其有限元分析

为减小荔枝在收获、储运过程中的机械损伤,对荔枝的宏观和微观力学特性进行了研究.试验测定得到荔枝各部分的弹性模量;通过压缩试验,测得荔枝整果垂直受压的力学参数大于水平,垂直与水平受压的破裂力、弹性模量和破裂相对变形分别为101.69N和81.25N、0.37MPa和0.27MPa、30.33％和28.86％,并观察得到荔枝受压的裂壳特征.运用有限元法建立荔枝压缩力学模型,比较荔枝垂直和水平受压的试验值和仿真值,二者比较一致,其相关系数均达到0.999以上;研究荔枝在压载作用下的应力分布规律,分析其垂直与水平受压的抗挤压能力和裂壳特征,验证仿真数值解的可行性.试验结果表明:荔枝的抗挤压能力具有各向异性,相同压力下,垂直方向所能承受的压力和变形均大于水平方向;受压时在果壳拉应力作用下发生破裂,裂纹沿外力方向延伸,且出现的截面与压缩方向一致;采用所建立的荔枝有限元模犁可以分析研究荔枝的微观力学性质.研究结果可为荔枝作业装各的设计以及预测和减少其机械损伤提供依据和帮助.     

解析法-Nelder Mead单纯形算法确定太阳电池参数

光伏发电系统的设计计算、性能评估及优化控制要求快速、准确的确定太阳电池模型参数。针对太阳电池单、双二极管模型参数辨识问题,该文提出一种基于解析法和Nelder Mead单纯形法重启策略的A-bcNM混合算法。先用实测I-V曲线上的部分关键点计算合成参数,再以单二极管模型近似解析式快速定位搜索始点,最后在边界范围内利用Nelder Mead单纯形算法的重启策略最小化实测数据与模拟结果之间的均方根误差,以提高拟合精度及参数解的质量。MATLAB环境下,利用2种典型太阳电池的实测数据对A-bcNM算法的有效性进行了测试和验证。与已有的其他算法相比,A-bcNM算法收敛速度快,计算量小,辨识精度高,可快速、准确的确定单、双二极管模型参数,为识别太阳电池的工作特性提供了一种有效方法。     

单轴挂车电磁制动器制动力的分析研究

在研究电磁制动器结构和控制原理的基础上，遵照国家法规对拖挂式车辆制动力的要求，建立了采用电磁制动器的单轴挂车制动力模型，利用效能因数法得到了电磁体控制电流与挂车制动力大小的对应关系，并找出了满足法规要求的电磁体控制电流的范围。通过试验验证表明，理论分析正确，挂车制动力模型可靠。为进一步研究主、挂车制动力大小的匹配，提高拖挂式车辆的制动稳定性，提供了重要依据。     

木薯块根拔起力的力学模型和数学模型分析

为了探讨不同块根拔起速度和块根生长状况对块根最大拔起力的影响规律,该文采用物理试验方法、ANSYS/LS-DYNA显式动力学仿真技术及土力学理论分析方法进行物理试验和力学分析,建立了考虑拔起速度影响的木薯块根拔起力的力学模型和数学模型,且对模型进行了试验验证。结果表明,假设木薯块根对土壤的作用为一圆盘和圆盘外延对土壤的共同作用的力学模型合理;圆盘最大拔起力的数学模型精度高,理论值与实测值的相对误差小于16%;木薯块根最大拔起力的数学模型对成圆盘状分布生长的木薯块根拔起力有较高的预测精度,对生长分布较不均匀的木薯块根拔起力的预测精度较低,但理论值与实测值的相对误差也小于27%;木薯块根最大拔起力随拔起速度、块根圆盘直径和圆盘深度的增大而增大;块根圆盘深度对木薯块根的最大拔起力的影响最大,其次是圆盘直径,最后是拔起速度。该文为挖拔式木薯收获机械块根拔起机构系统的设计提供依据。