基于近红外光谱技术的杉木总酚含量模型构建与应用

【目的】木样总酚含量化学测定耗时长、过程复杂,建立杉木木样总酚含量的快速无损检测模型,对实现木材无损检测及木材腐朽预测具有重要意义。【方法】试验以114个杉木（Cunninghamia lanceolata）木样为研究对象,用福林酚法测定样品总酚含量,利用MPA傅立叶变换光谱仪对杉木木材进行漫反射光谱数据采集。将木样分为校正集和验证集,通过不同光谱预处理方法和建模方法建立总酚的定量模型,选择出最优模型并用验证集对其进行验证。【结果】测定的114个杉木木样中总酚含量变异幅度大,可用于构建近红外模型。对114个杉木木样进行近红外光谱扫描,得出建模光谱范围为9403.9~7498.4 cm-1、6102.1~5446.4 cm-1及4605.5~4242.9 cm-1。对杉木木样的近红外光谱进行预处理,得出最优组合:标准正态变量转换法（SNV）和一阶导数,采用偏最小二乘回归法（PLS）建立模型最优。校正集和交叉验证集的决定系数分别是0.8679和0.7549;校正均方根误差（RMSEE）和交叉验证均方根误差（RMSECV）分别为0.448和0.586,数值均较小且接近,说明模型具有很好稳定性;预测均方根误差（RMSEP）和相对标准偏差（RPD）分别为0.521和2.16,说明模型可进行定量分析。【结论】采用近红外光谱技术检测杉木总酚含量可行,能为木材化学成分快速测定提供一种有效、无损方法。受拟合规则影响,构建的模型虽然不能用于精确定量测定,仍可应用于日常科研和生产检测,在木材材质预测及良种选育等方面具有广阔应用前景。     

L型结构木材中声发射信号传播特征

针对木材结构尺寸及介质改变对应变能传播的影响,研究应力波在变结构的L型试件中的声发射（acoustic emission,AE）特性。首先,参照ASTM-E976标准,在樟子松L型试件表面不同位置产生AE源,并利用采样频率为500 kHz的AE采集系统获取试件表面4个固定位置的AE信号。其次,依据小波分析原理对原始AE信号进行降噪并重构AE波形,进而研究木材结构变化对AE信号频域特征的影响。最后,基于对比分析,研究空气介质对于信号传播特性的影响。结果表明,当AE源位于锯材处时,信号以纵波和横波混合的形式单向传播,木材的结构变化主要影响低频信号成分,使得信号呈现高频带分布;而空气介质对于其时频域均有显著影响;当AE源位于薄板时,木材结构变化、传播路径及空气介质对于AE信号时频域特性均有显著影响。     

基于奇异谱和相关性分析的木材声发射源直线定位算法研究

针对木材声发射（acoustic emission,AE）信号的随机特性,提出了一种基于奇异谱和信号相关性分析的木材表面AE源直线定位算法。首先,依据ASTM标准通过折断铅芯的方式分别在樟子松和榉木试件表面产生AE源,并在顺纹理方向布置2个AE传感器,其中采样频率设置为500 kHz。然后,采用奇异谱分析（singular spectrum analysis,SSA）算法提高AE信号的信噪比,再分别基于信号相关性和最大值分析2种方法计算AE信号在木材表面顺纹理方向的传播速度。最后,依据AE信号传播时差和计算速度,基于时差定位原理设计AE源定位算法。并针对SSA处理前后的AE信号,采用不同定位算法进行比较试验。结果表明,直接对原始AE信号采用基于信号相关性和最大值分析方法确定信号传播速度时,樟子松试件2个不同位置AE源的定位误差分别为51.8%、55.7%和75.7%、46.6%;榉木试件2个不同位置AE源的定位误差分别为52.0%、44.8%和37.7%、45.5%。而对于经SSA处理后的AE信号,樟子松试件相应的定位误差分别为5.1%、33.2%和2.6%、31.7%;榉木试件相应的定位误差分别为3.1%、54.9%和5.1%、22.9%。因此,对原始AE信号进行SSA降噪处理后,再基于信号相关性分析方法确定信号传播速度,能够显著提高木材表面AE源的定位精度。     

手持振动梳刷式小粒咖啡采摘装置设计与试验

针对云南丘陵山区小粒咖啡人工采收成本高、大型机械采收困难等问题,设计了手持振动梳刷式小粒咖啡采摘装置。通过建立果树-机械收获动力学模型和多体动力学仿真,得到振幅的稳态响应表达式,并确定了振动部件和梳刷部件的结构参数。利用ADAMS建立了果树-机械刚柔耦合模型,采用广义力与传感器函数控制的方法进行单因素仿真试验,分析了频率、梳齿间距和偏心块夹角对小粒咖啡收获效果的影响规律。以频率、梳齿间距和偏心块夹角为试验因素,采净率、采青率和损伤率为试验指标,进行二次回归正交旋转组合试验,结果表明：对采净率和采青率的影响因素重要性依次为频率、梳齿间距、偏心块夹角;对损伤率影响因素重要性依次为梳齿间距、频率和偏心块夹角。当频率为26Hz、梳齿间距为32mm、偏心块夹角为22.5°时,采摘机工作性能最佳,经试验验证,此时采净率为91.35％,采青率为8.46％,损伤率为4.15％,满足小粒咖啡收获技术要求。     

精准定时输精对后备母猪早期胚胎发育与繁殖性能的影响

为探讨精准定时输精(fixed-time artificial insemination, FTAI)对后备母猪早期胚胎发育和繁殖性能的影响,试验1选取自主培育的金乌猪后备母猪43头,随机分为2组,其中,对照组24头,为自然发情,观察后人工配种(artificial insemination, AI);试验组19头,为精准定时输精组。分别于0 h(停喂烯丙孕素)、42 h [肌注孕马血清促性腺激素(pregnant mare serum gonadotropin, PMSG)]、122 h [肌注促性腺激素释放激素(gonadotropin releasing hormone, GnRH)]静脉采血,检测孕酮(progesteron, P4)、雌二醇(estradiol, E2)、促卵泡激素(follicle-stimulating hormone, FSH)和黄体生成素(luteinizing hormone, LH)的含量;在配种后33 h,分别屠宰对照组和试验组4头后备母猪,回收受精卵进行体外培养,其余后备母猪继续饲养并进行分娩与产仔情况追踪。结果显示,从停喂烯丙孕素至42 h和122 h,P4值呈下降趋势但差异不显著(P>0.05);停喂烯丙孕素至停喂后42 h,E2值从80 pmol·L^-1显著(P<0.05)下降至58.3 pmo·L^-1,而在PMSG作用后又急剧升至134.07 pmol·L^-1(P<0.01);FSH值未见显著变化(P>0.05);停喂烯丙孕素至停喂后42 h,LH值由0.09 IU·L^-1升至0.12 IU·L^-1(P>0.05),PMSG作用后又降至0.09 IU·L^-1(P>0.05),呈先升后降的趋势,符合正常生理周期的变化趋势,表明用药合理无副作用。屠宰后卵巢排卵点计数结果显示,试验组17.5枚,对照组15.25枚,差异不显著(P>0.05);试验组平均窝均总产仔数、活仔数与对照组相比未见显著差异,但相对提高1.05头。试验2选取大长后备母猪189头,处理方式同试验1,随机分为试验组94头、对照组95头,试验组活仔较对照组约提高0.58头(P>0.05),断奶成活率提高2.99百分点。综上所述,精准定时输精程序处理符合母猪生理发情周期特质,可增加排卵数且对早期胚胎发育无不良影响,在提高后备母猪的利用率、增加窝均活仔数和提高仔猪断奶成活率等方面都有一定的积极作用,值得进一步优化研究和推广应用。     

带分流叶片水泵水轮机转子强度及模态分析

以带分流叶片的水泵水轮机为研究对象,基于CFD与FSI方法分析其泵工况下转子的振动特性,对3种开度即小开度9.8°、最优开度17.5°和大开度24.8°下的流场进行数值模拟,将额定工况下的流场结果导入转子结构实现单向流固耦合,对带预应力的转子模型进行形变与等效应力分析.此外,还计算了转轮的干湿模态,对比分析了不同条件下转轮的振动特性.结果表明:不同开度对应的预应力下转轮形变与等效应力分布规律相似,转轮形变主要发生在上冠低压侧.按ND(节径数)在转轮圆周方向划分振动扇区描述振型规律时发现,各扇区内转轮上冠、下环低压侧的振幅较大.湿模态下水介质对转轮振型影响不大,但会明显降低转轮的振幅.预应力对转轮固有频率影响较小,可忽略不计,但在湿模态下,转轮固有频率会显著下降,这表明分析结构振动特性时应充分考虑水介质作用.     

海上平台立式长轴消防泵转子静力学特性分析

为了研究立式长轴消防泵转子的静力学特性,以XBC18-178-240LC3型号的立式长轴消防泵为研究对象.首先根据设计参数通过Creo建立了立式长轴消防泵内部流场的三维模型以及转子的物理模型,采用CFX对该泵在0.20Q_d,0.65Q_d,1.00Q_d,1.20Q_d,1.40Q_d和1.50Q_d这6种工况下进行三级泵内流场的定常数值模拟;然后把物理模型导入ANSYS Workbench中,并根据实际运行过程设置约束条件,根据模块耦合功能,将流场的模拟结果导入固体结构实现单向流固耦合,对转子模型进行了带预应力的静力学特性分析.结果表明:叶轮内部受到的流体载荷随叶轮级数增加而增大,随流量增加而减小;转子总变形量的最大值位于第三级叶轮后盖板的边缘处,等效应力与等效应变的最大值位于第三级叶轮后盖板边缘与叶片出口边的交点上,都随流量增加而减小;在0.20Q_d,0.65Q_d,1.00Q_d和1.50Q_d这4种工况下转子的最大等效应力为118.23 MPa,小于其许用应力250 MPa,符合强度要求;该泵的工作转速1 485 r/min小于其0.85倍的一阶临界转速,符合动力学设计要求.因此,在满足安全运行的工况下,XBC18-178-240LC3型号的立式长轴消防泵满足设计要求和使用要求.     

多鳞四指马鲅5个地理群体的形态差异

为探讨不同地理群体多鳞四指马鲅形态差异,本研究基于2018~2019年采自海门、如东、舟山、三门、珠海的5个地理群体的133尾多鳞四指马鲅个体进行35个可量性状和8个可数性状测定,并拍摄保存样本照片用于几何形态学分析。多鳞四指马鲅的传统形态学和几何形态学分析结果均表明：5个地理群体的多鳞四指马鲅形态特征存在一定程度的差异,且和地理距离成正相关,但尚未达到种群分化的程度。这可能是更新世冰期时,海平面下降导致南海和东黄海之间形成地理隔离所致;但随更新世末期海平面上升,因多鳞四指马鲅极强的洄游习性,仍有部分群体可以在黄海和南海之间进行长距离洄游,以及鱼卵和仔稚鱼存在随洋流扩散从而群体间存在不同程度的基因交流,从而导致不同地理群体群体间虽存在着较大的形态特征差异,但形态和遗传分化仍未能达到种群分化水平。综上,鉴于不同地理群体的多鳞四指马鲅在不同海域繁殖、索饵出现的时段差异,建议对这5个地理群体中三门群体和舟山群体2个管理单元划分,而如东群体与海门群体划为1个管理单元,珠海群体划为又1个独立的管理单元。针对5个地理群体按4个管理单元进一步制定特别管理政策,以期既保护渔业资源可持续发展又保障广大渔民的生计。     

我国5个青蛤地理群体形态差异分析

运用3种多元统计分析方法,比较研究了我国青蛤5个地理群体(福建、浙江、江苏、天津及辽宁)的形态差异。选择了14个可量性状和6个地区生态特征参数进行主成分分析和聚类分析。结果表明,江苏、天津和辽宁的形态较接近,其中福建群体的趋异差异最大。主成分分析构建了3个主成分。其贡献率:主成分1为28.05%,主成分2为18.6%,主成分3为14.0%,累计贡献率为60.65%。逐步判别选入8个贡献率较大的性状进行判别分析。结果显示,5个群体形态差异显著(P<0.01)。建立了5群体判别函数,其判别准确率P1为35%~90%,P2为73.7%~86%。综合判别率为67.5%。青蛤形态学差异是遗传和环境共同作用的结果,结合分子遗传学研究将更准确地描述青蛤5群体间的遗传特性,为今后种质资源保护及遗传育种提供依据。     

饥饿对中华绒螯蟹卵巢快速发育阶段的脂类与肝胰腺脂类的影响

在中华绒螯蟹卵巢快速发育阶段(9-12月初),经三个月饥饿后,卵巢指数从平均3.23增加到8.19,卵巢总脂含量略有增加,绝对脂肪含量每只蟹从开始的191 mg增加到513 mg.但饥饿后的卵巢与正常的成熟卵巢指数及脂肪含量相比,显著降低,这说明饥饿较大影响了卵巢的正常发育和成熟;肝胰腺指数从5.85～7.48降为0.75～4.13,其绝对含量也显著降低,每只蟹平均降低1 270 mg,大大高于卵巢在饥饿时增加积累的脂肪,说明肝胰腺的脂肪除了转运到发育的卵巢中去以外,大部分脂肪应作为能量被消耗.饥饿期间卵巢对来源于肝胰腺长链多不饱和脂肪酸,尤其C20:5 和 C20: 4 优先选择利用,暗示这些脂肪酸是卵巢发育必需的脂肪酸,但对来源于肝胰腺的C18:3利用最低,显示C18:3不是卵巢发育的必需脂肪酸.