SCARA并联机构拓扑分析与其低耦合度机型设计

根据基于方位特征(Position and orientation characteristics,POC)的并联机构拓扑结构设计理论与方法,首先,对已提出的一类7个具有较好实用价值的SCARA并联机构,进行了拓扑结构分析,揭示了其POC集、自由度(含驱动副选取)、过约束数、耦合度以及输入-输出运动解耦性等5个最主要的拓扑特征,且发现这些机构的耦合度均较大,为2,表明其运动学正解和动力学求解十分复杂;继而基于机构拓扑结构降耦原理,又对κ=2的这7个机构进行了拓扑结构降耦优化,得到了低耦合度(κ=1),而机构POC、自由度(Degree of freedom,DOF)等保持不变的实现SCARA运动的14个新机型,不仅丰富了实现SCARA运动的4-DOF三平移一转动机型库,而且降低了这些机构的运动学和动力学代数求解难度,而其数值解可用一维搜索法方便求得,从而为这一类SCARA并联机构的运动学和动力学分析、设计及应用提供了理论基础。     

机器人倾倒碰撞动力学建模与不同刚度下碰撞响应

为了确定刚度对柔性臂倾倒碰撞力的影响,基于混合坐标法建立柔性臂运动学模型,利用假设模态法对柔性变形解耦,基于Hertz接触理论和非线性阻尼理论建立接触碰撞力模型,利用Lagrange方程建立了含碰撞的动力学方程。编写了变步长变精度的四阶Runge-Kutta数值求解算法。对不同刚度下柔性臂的碰撞响应进行仿真,得到了接触力、关节转角、角速度和弹性变形曲线。对比可得,随着抗弯刚度增大,接触力变大且峰值出现的相位提前,且碰撞后柔性臂关节转角变小,弹性变形和角速度的振动都减小;材质结构阻尼对弹性振动变形有明显的抑制。该文所建模型和求解方法有效。     

稳定流场条件下土壤颗粒跃移运动的力学特性

针对土壤风蚀所导致的土地沙化,其关键问题是微观机理研究中运动颗粒的受力,该文通过建立气流-土壤颗粒耦合作用的稳态两相流模型,对土壤颗粒跃移运动受到的不同作用力进行了数值计算和理论分析,计算结果表明:拖曳力与重力之比大约在2～20之间,而Magnus力、Saffman力和电场力与重力之比仅在0～0.5之间。同一流场以同一速度起跳的土壤颗粒,重力和拖曳力起主要作用,Magnus力和静电力的影响较大,Saffman力影响最小,几乎可忽略。从土壤颗粒的跃移运动轨迹比较发现,该模型计算结果与试验观测结果趋势一致,但不同力作用下的差别不同,其中在重力、拖曳力和Magnus力作用下的土壤颗粒运动与试验观测误差最小,充分说明了该模型的合理性。此研究对农田种植垄间距、留茬高度、翻耕土壤粒度等保护性耕作措施提供依据。     

液氮充注气调保鲜运输厢内环境因素间耦合关系

为掌握液氮充注气调运输保鲜环境因素间的耦合关系,搭建了气调运输保鲜环境调控试验平台。通过试验分别研究了制冷、高压雾化加湿、液氮充注气调、换气等调节过程对保鲜环境中温度、相对湿度、氧气体积分数、二氧化碳体积分数等参数的影响。结果表明:液氮充注气调在快速降低氧气体积分数的同时,对温度和相对湿度影响均较大;制冷在降低温度的同时,对相对湿度影响较大;采用高压雾化加湿时,对温度影响较小,空气压缩机吸入外界空气将对氧气体积分数产生较大影响,而吸入厢体内气体对氧气体积分数影响均很小;换气对厢体内氧气体积分数和二氧化碳体积分数影响较大。研究结果可供气调运输保鲜环境综合调控提供参考。     

徐州市生态环境-社会经济系统耦合态势分析

城市发展过程中生态环境问题已成为制约城市可持续发展的主要瓶颈,如何实现城市生态环境与社会经济协调可持续发展,已引起全社会的普遍关注。以徐州市为例,基于耦合理论,运用系统演化思想,建立徐州市生态环境—社会经济动态耦度模型,对徐州市1978—2005年28a间生态环境—社会经济耦合态势进行了分析,结果显示:徐州市生态环境—社会经济系统的耦合度分布在-90°～90°之间,生态环境—社会经济系统经历了协调化发展、生态环境恶化与修复重建,再到社会经济与生态环境均衡发展的过程。最后,通过对徐州市生态环境变迁与社会经济发展的研究,总结出几点经验教训,为确切掌握近年来徐州市生态环境和社会经济的状况、科学地认识区域生态环境系统与社会经济系统的演变规律,并为制定科学可行的城市规划与发展方案提供决策支持。     

西安市城市化与城市生态环境耦合协调发展研究

以西安市为例,构建了城市化水平综合指标体系和生态环境综合指标体系,并应用灰色关联度模型及耦合协调度模型对二者关系进行了研究。结果表明:①1996—2010年,西安市城市化水平综合得分不断提高;②西安市生态环境综合水平呈现波动中向良性方向发展的态势;③灰色关联度分析表明,人均耕地面积等生态环境压力指标是影响西安市城市化的最主要因素,而人口密度等社会经济城市化指标是胁迫生态环境的主要原因;④西安市城市化与城市生态环境耦合度的时序变化表现出明显的波动性,耦合度以颉抗阶段为主,耦合协调度基本处于中高度协调水平。     

根系分区交替滴灌下水氮耦合对棉花氮素利用效率的影响

该文采用施氮量（N90、N180、N270）和灌水量（W140、W200、W260）3水平完全组合设计,研究水氮耦合对根系分区交替滴灌棉花氮素吸收和利用影响。结果表明：在根系分区交替滴灌下棉花干物质量和氮素含量随灌水量增加而显著提高,其中中氮高水耦合（N180 W260）是获取较高干物质量和氮素含量最为有效处理。从提高产量、氮素吸收和利用角度分析,比较产量相对较高的中氮高水（N180 W260）、高氮中水（N270 W200）和高氮高水（N270 W260）处理,N180 W260的氮肥吸收比例、N回收率、氮肥农学利用效率和表观利用效率最高,氮肥生理利用效率无显著差异。因此N180 W260是氮肥吸收和利用效率较高的水氮耦合处理,其显著提高棉花干物质量及氮素吸收性能,对于棉花水肥管理具有实际意义。     

流固耦合作用对离心泵内外特性的影响

应用双向流固耦合方法对导叶式离心泵的外特性和内流场进行分析,研究流固耦合作用对外特性影响的内流机理。流场的定常数值模拟采用雷诺时均方法和标准k-ε湍流模型,非定常数值模拟采用大涡模拟方法,结构响应采用线性瞬态动力学方程。通过对流固耦合前后内部流场的对比,包括叶轮出口处的总压分布和相对速度分布,分析了流固耦合作用对外特性预测值影响的内流机理。同时,对叶轮出口处的压力脉动进行了分析。结果表明,流固耦合作用产生的叶轮变形,尤其是叶轮出口处的较大变形是导致离心泵外特性预测值变化的主要原因。考虑流固耦合作用后,叶轮出口处压力脉动周期性变化的总体趋势与非流固耦合结果基本一致,但振幅更大。考虑流固耦合作用后的最大压力脉动幅值提高了3.1%。研究结果为离心泵性能预测及流动诱导振动的研究提供参考。     

水肥耦合对树莓光合特性和果实品质的影响

通过在田间利用防雨棚和测坑设施进行试验,研究水肥耦合对树莓光合特性及果实品质的影响。结果表明:土壤水分适度时适量增施肥料有利于树莓叶片净光合速率(Pn)提高,控制肥料施入可有效降低树莓叶片的蒸腾速率(Tr)和提高细胞间隙CO2浓度(Ci);肥料适度时适量提高土壤水分有利于提高树莓叶片的净光合速率(Pn)和叶片气孔导度(Gs),控制土壤含水量有利于树莓叶片的蒸腾速率(Tr)降低和细胞间隙CO2浓度(Ci)的提高。在施肥水平相同的条件下,适中的土壤含水量有利于果实中有机酸、可溶性糖和SOD营养物质的积累,充足的土壤含水量有利于果实中可溶性固形物和Vc含量的积累。土壤含水量控制在32%以上,施肥量在460.95kg/hm2水平有利于树莓光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)的提高和午休时间的缩短;土壤含水量控制在26.2%以上,施肥量在270kg/hm2水平有利于降低树莓的蒸腾速率(Tr)和提高树莓果实品质。     

干湿耦合厌氧发酵工艺设计与发酵特性试验

针对目前大中型沼气工程存在原料单一及沼液沼渣处理难的问题,提出了干法发酵与湿法发酵相结合的干湿耦合厌氧发酵工艺,即畜禽粪便采用湿发酵,将湿法发酵产生的沼液沼渣与秸秆混合进行干法发酵.并研究了干湿耦合比例——沼液沼渣与秸秆比例(BRSR)及干法发酵渗滤液回流对发酵特性的影响,结果表明,随着湿干比例的增加启动时间缩短、产气量增加;干法发酵的渗滤液总固体质量分数为1％以下,达到了固液分离的效果,有利于循环利用和喷淋,解决了湿法厌氧发酵沼液沼渣处理难的问题,实现了沼液的循环利用.