基于离散元模拟的土石混合体剪切与变形特性研究

土石混合体是一种颗粒大小不一，物质成分复杂，结构分布不规则的非连续介质，其力学性质受多种因素的影响，运用离散元模拟程序PFC2D建立土石混合体直剪试验离散元模型，对不同含石量、不同块石—土颗粒粒径比、不同黏结强度的混合体进行直剪试验模拟，研究其对土石混合体抗剪强度以及破坏特征的影响。研究结果表明：离散元模拟试验与室内直剪试验结果基本吻合，证明了离散元剪切模型的可靠性；随着含石量的增高，土石混合体抗剪强度与其对应的剪切位移增加，剪胀与应变硬化现象更明显；10倍平均粒径比的土石混合体具有最高的抗剪强度；土石混合体的抗剪强度随着黏结力的增加而增加，而残余强度受黏结力的影响较小。     

GIS现场耐压试验故障下超声波定位技术的应用研究

简要分析了GIS内局部放电产生超声波信号的机理及其传播特性,表明超声波是由放电时电场力消失,弹性力产生振动所致;超声波信号是经SF_6纵波传播后再经GIS腔体横波传播至超声波传感器,可利用信号衰减系数来定位放电击穿故障点;随后介绍了超声波定位监测系统的组成模块与各自功能,并以550 kV GIS交流耐压试验时的多处击穿故障为定位实例,重点介绍了放电击穿故障超声波定位的流程和分析方法。总结分析了这几次放电击穿故障,提出了GIS交流耐压击穿故障的超声波定位和分析的几点建议。     

关于土壤捡石机推广的必要性探讨

土壤捡石机作为耕整地机械在我国尚未得到推广,而其对于多石农田的耕地质量改善却是不可小觑的.该机在其他领域也可发挥强大作用,如矿区耕地的复垦、泥石流冲击地区的修复、水毁农田的修复、建筑绿地中石块及建筑垃圾的清理等.因此,应使土壤捡石机得到全面推广,以改善多石农田耕地质量及促进其他相关领域的发展.     

基于ANSYS的农田捡石机前轴的优化设计

对于我国绝大部分地区来讲,农田里的石块一般都是采用人工捡拾的方法,有些石块部分或全部埋藏在耕层内部,人眼不容易看到,逐一捡拾这些石块劳动强度相当大.针对这种情况,拟研究出一种专用的农田捡拾机,为农业生产增产增收服务.在整个结构设计中,捡石机的前轴没有相应的结构设计标准,而且该轴的受力复杂,对强度要求较高.因此,根据农田捡石机前轴的受力情况,应用参数化建模技术建立了前轴的参数化模型和受力分析图;同时,建立了捡石机前轴有限元分析过程的流程图,并利用ANSYS有限元软件对其进行了应力、应变和安全系数分析,以达到优化设计的目的.     

土石混合介质中碎石性质对土壤水分特征曲线的影响分析

土壤水分特征曲线是研究多孔介质非饱和带土壤水分运动的关键参数。为研究土石介质中碎石性质对土壤水分特征曲线的影响,采用高速离心机,测定了两种不同岩性碎石(片麻岩和石灰岩)分别在碎石质量比例(碎石占土石介质比例)为0%、10%、20%、30%和40%条件下的土壤水分特征曲线,并运用了RETC软件的VG(van Genuchten)模型对土壤水分特征曲线进行了拟合分析。结果表明:(1)相同土壤水吸力条件下,土壤含水量随碎石比例的增大而减小;(2)相同碎石比例条件下,土壤水吸力相同时含石灰岩土石混合介质含水量降低幅度大于片麻岩;(3)VG模型可以拟合含不同性质碎石土石混合介质水分特征曲线,但拟合参数不稳定;(4)含石灰岩碎石的土石混合介质的土壤饱和含水量只与土壤所占比例有关,而含片麻岩碎石的土石混合介质的土壤饱和含水量与土壤和碎石各自所占比例均有关。研究结果可以为土石山区土壤水分运动过程计算提供一定参考。     

基于VRML的交互式农田三维虚拟场景的设计与实现

介绍了构建交互式农田虚拟现实场景的关键技术,利用VRML技术设计了交互式农田虚拟现实的场景环境原型,详述了模型开发过程中的建模、转换、装饰和交互等关键技术.用户可以直接与农田虚拟现实场景中的农作物、地块和道路等事物交互,产生身临其境的效果,从而使用户在虚拟空间中得到与自然世界同样的感受,并为农业装备的虚拟试验提供了接口和场景空间.     

垂直一维非饱和土壤水分运动代数模型在土石混合介质中的适用性研究

利用一维垂直入渗试验研究垂直一维非饱和土壤水分运动代数模型在土石混合介质中适用性。采用碎石粒径2~5mm和4组不同碎石含量下的土石混合介质,根据实测的土壤水分入渗特征量,推求出模型参数,再依据模型参数模拟水分入渗过程。对模拟入渗过程与实际入渗过程进行对比分析,两者之间的相对误差在6%以内,精度较高。说明垂直一维非饱和土壤水分运动代数模型在土石混合介质中具有一定的适用性。     

西红柿温室内无线传感器网络2.4 GHz信道传播特性

针对西红柿温室环境中无线传感器网络节点部署的要求及其应用环境的特性,以2.4 GHz为载波频率,研究了无线射频信号传播特性和通信距离、天线高度、传输路径等影响因素间的关系。结果表明,无线传感器网络信号在西红柿温室中的衰减符合对数模型;当天线高度固定时,接收信号强度随通信距离的增加总体呈递减趋势,丢包率随通信距离的增加总体呈递增趋势;西红柿温室中天线最宜部署在日光温室中央一列的位置,且西红柿顶部略高于它的位置为放置天线高度的首选,其次为西红柿顶部距地面1.5 m以上的部分,越接近西红柿顶部越好;在上述试验研究的基础上,建立了天线高度、通信距离和接收信号强度之间的关系模型,模型参数A与天线高度、衰减系数n与天线高度之间均呈二次多项式关系。验证试验结果表明:该模型可以较好地预测不同天线高度不同通信距离的接收信号强度,为西红柿温室无线传感器网络的部署提供技术支持。     

氢氧化钠熔融-氟离子选择电极法测定土壤全氟含量的熔融条件研究

采用氢氧化钠为土壤全氟测定熔融试剂,设置了氢氧化钠状态、试样与熔剂比例、称样量、熔融温度、熔融时间等熔融条件的单因子试验,按选择的熔融条件,采用氟离子选择电极法,利用GBW07418、GBW07420标准样品进行方法检验。试验表明,采用氢氧化钠熔融—氟离子选择电极法测定土壤全氟含量时,熔融剂氢氧化钠形态、试样与熔融剂比例、称样量、熔融温度、熔融时间对土壤全氟测定值均会产生影响。采用氢氧化钠溶液作为熔融剂、称样量0.5000g、试样与熔融剂比例1：8、熔融温度600℃、熔融时间30min的熔融条件,检测方法的精密度、准确度可达到检验要求。     

基于改进半监督模型的空间异质性农田特征提取研究

提取农田信息对智慧农业、环境保护等有重要意义。监督学习模型对不同地貌、区域、种植类型等空间异质性农田的特征提取效果不佳。针对该问题,本文提出一种半监督学习模型,该模型使用基于加权损失函数的在线难例样本挖掘策略,在Vaihingen数据集中总体精度高达87.1%,相较于其他半监督学习模型的提取效果最好。在吉林一号农田影像数据集进行空间异质性农田特征提取中的对比试验和精度评估,结果表明：分别使用拟提取地区和训练集地区的无标注影像训练该模型,均可提高对空间异质性农田特征提取精度,若无标注影像与拟提取地区影像中农田特征相似度高,总体精度可提升2.1～6.1个百分点,总体精度最高可达84.0%。该模型使用更少量的标注信息获得媲美监督学习模型的提取效果;而使用相同量的标注信息,可以通过增加无标注影像以取得比监督学习模型更好的提取效果。本文构建河北献县地区的农田数据集,模型使用吉林一号农田影像数据集(部分1)作为有标注训练集,吉林一号农田影像数据集(部分2)和献县地区高分二号影像数据集作为无标注影像训练后的总体精度高达88.7%。验证了改进后的半监督学习模型可准确有效提取空间异质性农田特征。     

基于LVDS传输线延时检测技术的土壤含水率传感器

为实现土壤含水率的快速准确监测,设计了一种基于LVDS差分传输线延时检测技术的土壤含水率传感器。该传感器将高频振荡信号分路为两通道LVDS差分信号,一个通道用于测试土壤含水率,另一个通道用于提供参考信号。由于土壤中水分的变化改变土壤介电常数,从而导致测试通道LVDS差分总线上信号传输延时的变化,则传感器检测该通道信号的传输延时就可以确定土壤含水率。为了获得LVDS总线设计线宽和线间距的最优值,以LVDS总线阻抗值均方误差最小化为目标,构建了线宽和线间距的最优化计算模型,并通过遗传算法求解出了最优线宽为0.178 9 mm和最优线间距为0.223 8 mm。试验表明,根据该参数设计的传感器在50 MHz频率时,对体积含水率8.31%以上的砖红壤土和黄壤土的预测模型为线性模型,决定系数R2为0.964 2,绝对预测误差在2.45%以内。     

基于DSP MC56F8037的高精度超声波水位仪的研究

超声波在介质中的传播时间、传播速度的检测精度直接影响了超声波的测距精度,即超声波回波前沿点的确定偏差引起传播时间的误差与环境因素（温度、湿度等）的变化引起传播速度变化是影响超声波测距精度的主要原因。根据DSP MC56F8037采集到的回波包络线上升沿上的点,进行曲线拟合,利用拟合曲线可以更为准确的计算出回波到达的前沿时间,从而提高测量超声波传播时间的精度;通过两个距离固定的超声波接收探头接收到回波信号的时间差准确计算出当前超声波在介质中的实际传播速度,从而消除了任何环境因素对超声波传播速度的影响。这样大大提高了传统超声波水位仪测距的测量精度。     

冷风机超声波除霜技术试验研究

针对目前常用的电热、热氨和热水除霜方法导致冷库温度波动、耗能高的问题，提出用超声波除霜的方法。以交换面积为40m^2的冷风机为样机进行了试验研究，结果表明，在冷风机上采用超声波技术除霜是可行的，能达到连续运行不停机除霜的效果，并达到稳定库温、节约能源的目的。采用横波除霜的效果优于纵波，采用纵、横联合的方法可以获得最优的除霜效果，并且可以根据冷风机交换面积的大小，采用双声源或多声源纵横联合除霜技术。     

大型引黄灌区超声波流量计的改进与应用

为提高超声波流量计在大口径、高含沙引黄灌区应用过程中的计量精度,基于超声波流量计的原理,通过提高声源信号强度、减小传播衰减损失、修正温度曲线等方法对超声波流量计进行了改进．结果表明:频率为1 MHz的传感器声强强度及接收质量与05,02 MHz的传感器相比较低,信号中断严重;聚醚醚酮声导材料与聚砜声导材料相比声衰减较小;管道管径越大声衰减越大,大口径管道超声波流量计安装宜采用单声程模式;温度及泥沙等对计量精度有一定影响,且夏季侦测失败率较其他季节高;采用数字信号处理(DSP)可增加源信号处理量,缩短有效计算周期,消除由于泥沙含量变化所带来的散射声源损失;温度修正曲线能减小温度对测量精度的影响．研究结果可为大管径超声波流量计对黄河水的精确计量提供一定的技术支撑．     

黄土高原土石山区碎石分布特征及其导水性质分析

天水凤凰山中等风化变质岩碎块含量随土层增加含量增大;各层土体中粒级为2~5 mm碎石含量在各坡位变异小,坡中、坡下处粒径大于25 mm碎石含量相对高;铜川崾崄梁坡上土体的风化沉积岩碎石含量有随着土层加深有增大的趋势,其他坡位该趋势不明显,含量最高的为10~30 mm碎石;泾阳张家山卵石含量在坡位和土层上分布差异较小,粒径10~30 mm碎石含量最高。中等风化的块状碎石构成的土石介质的饱和导水率(ks)与土石比(土壤和碎石的质量比)关系呈对数关系,而片块状沉积岩碎屑构成的土石介质的ks与土石比关系呈正比线性关系;而椭圆卵石构成的碎石构成的土石介质ks与土石比无明显关系。     

大孔隙对土壤水动力弥散系数影响的实验研究

以Br-作示踪剂,于室内实验测定原状土和扰动土的水动力弥散系数和弥散度,并进行了详细地分析研究。其中,用正态分布函数法求出了扰动土的水动力弥散系数,并通过水动力弥散系数与平均孔隙流速成正比的关系求出了其弥散度;然后,根据模拟得到的底孔出流液中离子浓度与实测值对比分析的结果,用反演方法得到原状土的水动力弥散系数及弥散度。结果表明,原状土的弥散度值与扰动土处在同一个数量级上,但其水动力弥散系数却比扰动土大2个数量级。     

黑土区玉米秸秆-土壤混料离散元模型参数标定

由于黑土区保护性耕作中关键农机部件设计优化过程中缺乏准确的离散元仿真模型参数,在一定程度上制约了机具的优化改进。以黑土区玉米秸秆-土壤混料为研究对象,构建玉米秸秆-土壤混料离散元仿真模型,采用物理试验与EDEM仿真试验相结合的方法,选用Hertz-Mindlin with JKR接触模型进行离散元仿真接触参数标定。首先,采用圆筒提升的方法确定玉米秸秆-土壤混料的实际堆积角,利用Design-Expert软件中Plackett-Burman试验筛选出对堆积角有显著影响的参数为：土壤-土壤滚动摩擦因数、土壤-钢静摩擦因数、秸秆-土壤滚动摩擦因数、土壤JKR表面能;进一步通过最陡爬坡试验确定4个参数的最优取值范围,根据Box-Behnken试验原理以堆积角为响应值,建立堆积角与显著参数的二次回归模型;以实际堆积角为目标,利用软件寻优功能对显著参数进行优化并得到最优参数组合：秸秆-土壤滚动摩擦因数0.16、土壤-土壤滚动摩擦因数0.24、土壤-钢静摩擦因数0.75、土壤JKR表面能0.67J/m2。通过仿真试验对最优参数组合进行对比验证,仿真堆积角与物理试验堆积角相对误差为1.64%。研究结果表明标定的参数真实可靠,可为黑土区玉米秸秆-土壤混料的离散元仿真提供理论参考。     

土壤剖面水分线性尺度测量方法

针对现有土壤水分点尺度下测量的局限性,提出了一种线性尺度下的土壤剖面水分测量方法,并设计了一种基于驻波比法的土壤剖面水分信息测量传感系统。借助HFSS高频电磁场仿真软件与网络矢量分析仪对传感器环形探头的电场强度分布情况与阻抗特性进行了分析研究,确定了环形探头适应性与敏感区域。以2种不同质地的土壤作为试验样本,对土壤水分传感器的输出与对应的测量值进行了多项式拟合,决定系数均达到了0.99以上,传感器的稳态与动态性能均能满足土壤剖面水分的测量要求。通过多层水分土柱穿层试验与对比试验表明,该系统能够满足线性尺度下土壤剖面水分的实时测量需求,具有较高的测量精度与稳定性。设计的土壤剖面水分线性测量系统的各项指标均达到实际应用的需求,具有较高的应用推广价值。     

玉米籽粒清选波浪筛机构设计与试验

为提高装置对大喂入量玉米脱出物的清选性能,基于曲柄-双摇杆设计了一种波浪筛机构,通过多筛片组“下凹”与“近似展平”姿态的连续转换,实现了整个筛体的波浪式运动,通过理论分析确定了波浪筛结构。采用CFD-DEM耦合仿真对波浪筛清选装置内气固两相运动进行了数值模拟,得出波浪筛清选装置内上部空间可形成一条高速气流带,其有利于杂余吹散,近筛层气流速度沿波浪筛纵向呈先降低后升高趋势,有利于配合筛片组的“下凹”与“近似展平”实现筛上物料运移与暂时滞留,在筛体波浪式运动下筛上籽粒陆续完成撞筛、滞留、抛起、越筛,此种筛分方式提高了籽粒的透筛效率。以清选装置入口气流速度、筛体安装倾角、驱动轴转速为试验因素,以籽粒的清洁率和损失率为指标,进行了二次正交旋转组合仿真试验,建立了各因素与指标间的数学模型,优化获得了各参数的最优组合为：清选装置入口气流速度为14.6 m/s,筛体安装倾角为8.5°,驱动轴转速为240 r/min。高速摄像台架试验结果表明：波浪筛上籽粒的实际运动与仿真中籽粒运动基本一致,验证了仿真结果的准确性;在玉米脱出物喂入量高达7 kg/s时,波浪筛清选装置籽粒的清洁率和损失率分别为99.12...     

高含沙水渠道测控一体化板闸测流试验及其数值模拟

为了了解测控一体化板闸在高含沙水渠道的测流精度是否满足规范要求,选取宁夏南山台扬水灌区18条测流条件较好且具有代表性的支渠,通过对比无喉道量水槽的测流结果,整理分析不同灌水时期测控一体化板闸的测流数据,采用ANSYS Fluent建立物理模型,模拟研究测控一体化板闸的水力性能随含沙量的变化规律,并结合Rubicon测控一体化板闸测流原理,分析含沙量影响测控一体化板闸测流精度的成因.结果表明:当渠道水含沙量较大时,测控一体化板闸与无喉道量水槽的测流结果偏差较大;板闸计量箱内的流速分布、湍动能、含沙量、沙粒粒径均可能影响超声波流量计的测流精度;随着含沙量的增加,测控一体化板闸计量箱内湍动能减小,但流速分布无明显变化.因此,含沙量对测控一体化板闸测流精度有一定影响,主要由超声波在含沙水中的衰减作用以及含沙水的制紊作用导致,而流速分布对其影响较小.