基于注入截面法的颗粒饲料离散元模型参数标定

采用离散元法进行颗粒饲料后喷涂、冷却、输送、仓储、饲喂等关键环节的工作过程仿真分析时,需要建立颗粒饲料离散元模型并通过测定休止角来标定离散元参数,用以测定休止角的传统装置与方法,存在样品用量多、测定繁琐的情况。本文提出了一种基于注入截面法的休止角测定装置与方法,通过颗粒堆积体截面的轮廓线直接获取休止角,从而进行休止角的模拟与测定。建立与颗粒饲料形态相近的离散元模型,借用GEMM(Generic EDEM material model database)数据库获得离散元模型参数范围。以滑动摩擦因数X1、碰撞恢复系数X2和滚动摩擦因数X3为试验因素,以颗粒饲料堆积休止角Y1为评价指标,按照3因素5水平正交旋转组合设计试验方法,利用DesignExpert 8.0.6软件回归分析法和响应面分析法,建立了3个因素以堆积休止角为评价指标的数学模型。以颗粒饲料休止角真实测得值为目标,对回归模型进行寻优,得到优化后的标定参数组合:颗粒饲料间滑动摩擦因数为0.41,碰撞恢复系数为0.53,滚动摩擦因数为0.08。以此优化解进行仿真试验,结果显示预测休止角为29.43°±0.70°,误差为3.1%,休止角仿真和试验在堆积角度和形态上相似度较高。结果表明了基于注入截面法的颗粒饲料离散元建模与休止角测定试验的有效性和可行性。     

聚苯乙烯（EPS）颗粒混合轻量土的动强度参数研究

【目的】探讨水泥用量、聚苯乙烯(Expanded Polystyrene,EPS)颗粒用量和振动次数对EPS颗粒混合轻量土动强度参数的影响,分析EPS颗粒混合轻量土的动强度参数特性,为EPS颗粒混合轻量土的推广使用提供参考。【方法】通过室内动三轴试验,以黄土作为原料土,在EPS颗粒用量为1.4,3.1,5.4,8.6,13.1,20.1 g/kg,水泥用量为100,150,200 g/kg的条件下制备不同原料用量EPS颗粒混合轻量土,设定固结应力为50,100,150和200 kPa,固结应力比K_c=1.0,振动次数为10,20,30,40,50,60,70,80,90和100,通过莫尔应力圆计算土体的总应力参数,采用5.0%压应变作为破坏标准选取相应的动强度,并分析水泥用量、EPS颗粒用量及振动次数对EPS颗粒混合轻量土动强度参数的影响。【结果】当固结应力比K_c=1.0时,不同原料用量EPS颗粒混合轻量土的动强度包络线均不经过原点,且在剪应力轴存在一定的截距。当水泥用量一定时,随着EPS颗粒用量的增大,EPS颗粒混合轻量土的动黏聚力和动内摩擦角均有所减小,其中当振动次数为20,EPS颗粒含量由1.4 g/kg增大到20.1 g/kg时,动黏聚力减少43.39%,动内摩擦角减少并趋于0。当EPS颗粒用量一定时,随着水泥用量的增大,EPS颗粒混合轻量土的动黏聚力和动内摩擦角均呈增大趋势,其中当振动次数为20,水泥用量由100 g/kg增大到200 g/kg时,动黏聚力增大了54.07%,动内摩擦角增大了140.95%。【结论】水泥用量和EPS颗粒用量对EPS颗粒混合轻量土的动强度参数均有较大的影响,振动次数对动黏聚力影响较大而对动内摩擦角影响甚微,在分析土体稳定性时应充分考虑以上因素的影响。     

碎甘薯秧离散元仿真参数测量与标定*

针对甘薯秧蔓机械化回收过程中离散元仿真研究缺乏准确参数值的问题,采用直接测量和虚拟标定相结合的方法对碎甘薯茎秆和叶片离散元仿真参数进行研究。采用物理试验法获得碎甘薯秧的本征参数、碰撞恢复系数等参数值及碎甘薯秧颗粒的静摩擦系数参数范围,并为离散元法仿真设计了不同的参数组合。通过堆积角优化仿真试验确定甘薯叶片本征参数及其他不易直接测量的离散元仿真参数。Plackett-Burman试验表明,甘薯茎秆—甘薯茎秆和甘薯茎秆—45钢的静摩擦系数、甘薯茎秆—甘薯茎秆和甘薯茎秆—甘薯叶的滚动摩擦系数均显著影响堆积角。运用最陡爬坡试验和Box-Behnken优化试验标定了对碎甘薯秧堆积角有显著影响的参数值,以得到的参数进行颗粒堆积仿真试验,测得堆积角平均值为40.51°,与实测值相对误差为0.972%,说明物理试验加优化仿真试验来标定离散元参数是可行的,标定所得的参数可作为甘薯秧茎叶离散元仿真参数。     

脱涡致振式压电风力发电机性能分析与试验

为满足农业遥感监测系统的供电需求，减少化学电池对水和土壤的污染，提出一种脱涡致振式压电风力发电机，并从理论和试验两方面进行了研究。建立了脱涡致振式压电风力发电机的理论模型，通过仿真分析研究迎风角、压电振子长度及风速对压电振子变形量的影响，并对发电机样机进行了测试试验。结果表明，不同风速下均存在两个最佳迎风角，使发电机输出电压较大，压电振子长度为60、78mm，风速为7.6、11.6、12.4m/s时的两个最佳迎风角分别为(35°,135°)、(45°,125°)、(50°,120°)和(35°,120°)、(40°,115°)、(45°,110°)。当迎风角为120°时，存在最佳风速，使发电机输出电压达到最大；随着压电振子长度的增加，最佳风速由12.4m/s降低到8.4m/s，其对应的最大输出电压由16.6V增加为16.8V。当外接电阻为150kΩ、迎风角为30°时，试验测得最大输出功率为1mW。研究表明，根据实际风速确定合理的迎风角及压电振子长度可提高发电机的发电能力。     

微喷带单孔水量分布影响因素试验研究

为了探究微喷带管径、喷孔结构、工作压力以及喷射角度对单孔水量分布影响,以常用的机械打孔的Ф28,Ф32,Ф40和Ф50这4种微喷带为研究对象,通过调节微喷带的喷射角度和工作压力,研究微喷带正常运行时单孔喷水(其他孔进行遮挡,不混入测试单孔的水流中)特性,测定了不同工作压力条件下射程、湿润面积、干燥区宽度等参数.结果表明:喷水射程随喷射角度先增大再减小,射程最大值为30°~ 40°,随工作压力的增大而增大;湿润区宽度与喷射角度、工作压力均存在正相关的关系;射程与干燥区宽度随喷射角度的变化规律相同;湿润区面积的最大值出现在喷射角度为50°时.在实际运行中,建议微喷带喷射角度为30°~50°,并应根据干燥区与射程合理布置相邻微喷带的铺设间距.     

黎藤节间与节部纤维形态特征的径向变化

为了更好地指导藤材的合理利用,缓解日益紧张的木材供需矛盾,采用显微图像分析方法,对3组黎藤试样2m处藤节间与节部的纤维形态特征进行了观察与统计,并进行对比与分析。结果显示,黎藤节间与节部纤维的长度、宽度、长宽比、腔径、双壁厚分别为981.779和921.271μm、7.786和8.719μm、130.822和113.021、3.716和3.669μm、4.070和5.051μm。由藤芯到藤皮节间处纤维长度和长宽比均呈现先增后降的趋势,节部处纤维长度和长宽比、节间纤维宽度均呈现逐渐下降的趋势;节间、节部处纤维腔径及节部宽度均呈现先降后增的趋势;节间处双壁厚呈现逐渐下降的趋势,节部处双壁厚呈逐渐增加的趋势。经F检验,在0.05水平上节间与节部处纤维宽度和双壁厚存在极显著差异。平均纤维微纤丝角为42.71°,变化区间在39.38°～46.03°;平均纤维素结晶度为46.96%,变化区间在44.10%～49.82%,且藤皮处结晶度大于藤芯处。     

基于角度指数的油菜叶片等效水厚度估算研究

叶片等效水厚度(EWT)是评估油菜生长状态的一个重要参数。为快速准确估算油菜叶片EWT,选择9个常用的植被水分指数(WI、PRI、NDVI、NDII、NDWI、MSI、PWI、GVMI、NDMI),在6个已有角度指数(β_SWIR1、SANI、SASI、ANIR、NANI、NASI)基础上,提出2种角度比值指数(SARI、NARI),并根据油菜叶片水吸收谷峰高光谱特征,提出基于水吸收谷1 450 nm和1 930 nm的8种改进型角度指数,利用以上25种角度指数估算不同施氮水平下苗期、蕾薹期以及不区分苗期、蕾薹期情况下的油菜叶片EWT。结果表明,苗期ANI₁₄₅₀、ASI₁₄₅₀、MSI、GVMI、NDII估算效果较好,R²均达到0.81以上;蕾薹期ANI₁₉₃₀、ASI₁₉₃₀、NASI、SANI、GVMI、SARI效果最好,R²均达到0.71以上;在不区分苗期、蕾薹期的情况下,改进型角度指数ANI₁₄₅₀、ASI₁₄₅₀效果最好,R²均达到0.832,可以在不区分苗期、蕾薹期情况下对油菜叶片EWT进行估算,适用性更广。本研究提出的改进型角度指数不仅丰富了已有角度指数,且提高了其反演油菜叶片EWT的精度,为快速精确估计油菜叶片EWT提供了新的研究思路。     

入射角度对气力射播小麦种粒入土参数影响的试验研究

针对稻麦轮作区黏湿土壤条件下的小麦机械化播种,为避免传统接触式小麦播种技术存在的粘附堵塞严重和作业阻力、功耗大等问题,该文采用非接触式小麦气力射播技术理论,通过自制的小麦气力射播试验台,开展整洁种床土壤条件下入射角度对气力射播小麦种粒入土参数影响的试验研究。试验结果表明:随着入射角度的增加,相同加速气压下小麦种粒的射播速度垂直分量和射播深度不断增加,小麦种粒触土后产生水平滑移和弹跳的几率变小,且各入射角度下射播深度与射播速度呈正相关关系,不同入射角度下小麦种粒呈现出不同射播深度和土壤冲击效果,小麦种粒未产生损坏情况;当入射角度≥45°和射播速度垂直分量≥25 m/s时,小麦种粒可被完全射播入土壤中且出苗率大于86%,90°入射角度下的射播效果最好。同时,为实现田间作业时小麦种粒的垂直射播入土,应使射播速度水平分量与机具作业速度相等且射播速度垂直分量≥25m/s。试验结果可为非接触式小麦射播装备的研制提供基础数据和技术支撑。     

基于悬垂平板偏转角的明渠流量估算模型及验证

针对平板量水设施缺乏适用性广泛的流量计算模型,该文从2个角度提出流量估算模型,首先分析绕轴自由旋转薄平板在水中的受力,根据升力简化为竖直方向静水压力设想,提出压力体计算假设,根据动量定理与力矩平衡公式得到了流量、角度、水深三者的理论关系式,通过U型和矩形渠道进行试验,验证假设合理性;根据闸孔出流流量公式针对矩形渠道建立闸孔出流半径验计算模型,拟合得出半径验流量公式。对于第1种模型,对于U型渠道,2种压力体假设均适用于流量计算,除流量小于10 L/s时,相对误差超过10%,其他均小于10%,流量大于17 L/s时误差均在5%左右;对于矩形渠道,仅假设1适用流量计算,假设2不成立,应用假设1计算压力体时,当流量较小(10 L/s左右)时的个别工况误差会偏大,大部分工况下计算误差均小于10%;对于闸孔出流计算模型,计算流量与实测流量之间最大误差不超过18%,大部分工况下计算误差在10%以下。当悬垂薄平板与明渠横断面等大时,来流量与偏转角度存在单值对应关系,角度随着来流量的增大而增大;同一流量下,板前后水深比、板前与下游水深比分别与偏转角度呈现出单独的函数关系,板前后水深比、板前与下游水深比随着平板偏转角度的增大而减小,但减小幅度变缓。对于不同流量,板前后水深比、板前与下游水深比随着角度增大而增大,但增大幅度变缓。研究可为灌区量水设施设计及应用提供新思路。     

Root architecture of sorghum genotypes differing in root angles under different water regimes

Plant root architecture offers the potential for increasing soil water accessibility, particularly under water-limited conditions. The objectives of this study were to evaluate the root architecture in two genotypes of sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) differing in root angles and to assess the influence of different deficit irrigation regimes on root architecture. The response of two sorghum genotypes, ‘Early Hegari-Sart’ (EH; steep root angle) and ‘Bk7’ (shallow root angle) to four irrigation treatments was investigated in two replicated outdoor studies using large pots. The results indicated that EH possessed steeper brace and crown root angles, fewer brace roots, greater root biomass, and root length density than Bk7 at deeper soil depths (i.e., 15–30 and 30–45 cm) compared with a shallower depth (i.e., 0–15 cm). Across the soil profile, EH had greater root length density and length of roots of small diameter (<1 mm) than Bk7. Accordingly, EH showed more rapid soil-water capture than Bk7. Different levels of irrigation input greatly affected root architecture. Severe deficit irrigation (25% of full crop transpiration throughout the season) increased the angle and number of crown roots, root biomass, and root length density compared with 75 and 100% of full crop transpiration treatments. Consequently, root system architecture can be effectively manipulated through both genotypic selection and irrigation management to ensure optimal performance under different levels of soil available water.