鸵鸟足底非规则曲面形貌数学模型构建

鸵鸟足底曲面形貌是影响鸵鸟足优越越沙性能的关键因素之一,研究鸵鸟足底曲面特征将有助于将其这一优越特性应用到越沙车轮上,以改善目前常规越沙车轮在松软地面上通过性低的难题。该文选取健康成年鸵鸟足,经过三维激光扫描仪扫描得到鸵鸟足的点云数据,并导入Geomagic Studio软件中进行封装、表面处理,最后把鸵鸟足第Ⅲ趾底曲面划分为3个典型区域：前掌缓曲面、中间凹槽面和足跟凸冠面。利用Catia软件中的Digitized Shape Editor模块,对3个典型曲面的密集点云选取合理的过滤方式过滤,保留典型曲面形貌的特征点,并导出3个典型区域特征点云三维数据。运用Matlab软件中的surface fitting自动拟合功能,拟合前掌缓曲面和中间凹槽面的2个曲面,分别得到2个曲面的拟合方程和决定系数R2;基于足跟凸冠面外形类似于一个典型椭球面,利用SAS软件中非线性回归模块以椭球面模型进行曲面拟合。从拟合结果可以看出,3个曲面的决定系数R2分别为0.95、0.96、0.95,实现了鸵鸟足底曲面由生物模型到数学模型的转化。该研究为将鸵鸟足底曲面形貌进行工程仿生学应用奠定了理论基础,并为利用工程仿生学技术研究松软路面行驶车辆提供研究方向和参考依据。     

驯鹿足底非规则特征形貌数学模型构建及验证

为攻克常规防滑轮胎在冰面上通过性低的难题,以驯鹿足为仿生原型,对驯鹿足底特征形貌进行分析。该文通过逆向工程技术,将驯鹿足单个足底划分为内、外侧边缘曲线、脊线凹槽面和足跟凸冠面4个典型部位。运用1st Op软件和MATLAB软件对特征部位拟合并构建数学模型,利用X射线能谱仪对驯鹿足底特征部位进行元素分析。内、外侧边缘曲线方程的决定系数R~2分别为0.994、0.992;脊线凹槽面和足跟凸冠面曲面方程的R~2分别为0.96、0.98。通过模型验证发现,模型拟合值与实际值的相对误差均值在5%以下,实现了驯鹿足底特征形貌从生物模型到数学模型的转化。能谱分析结果表明驯鹿足底除含有大量的碳、氧及氮元素外,硫、硅、铁、铝、钙5种元素含量较高,并且不同部位的元素存在差别。该研究可为工程仿生技术应用于冰路面行驶车辆胎面设计提供新的研究方向和参考依据。     

蒸散量双线性曲面回归模型的改进及验证

潜在蒸散发是水文循环和能量循环的一项重要组成,准确估算蒸散发对农业水资源有效利用具有重要的理论和现实意义。为获得精度稳定可靠的蒸散发估计值同时只需较少的气象资料,以沂沭河上游流域(临沂控制站)为研究区,提出改进的双线性曲面回归模型(bilinear surface regression model,BSRM)计算站点的潜在蒸散量。以实测蒸发数据折算的陆面潜在蒸散量为标准,同时以彭曼公式(P-M)为参考与之对比,检验和评价3种BSRM模型的精度,并分析各气象因子对潜在蒸散量的影响。结果表明:3种BSRM模型中,基于日照百分率、气温和相对湿度建立的双线性曲面回归模型模拟精度最高,以基于日照百分率计算的太阳辐射、气温、相对湿度建立的双线性曲面回归模型次之,以基于Hargreaves-Allen方程计算的太阳辐射、气温和相对湿度建立的双线性曲面回归模型模拟精度最差。基于日照百分率、气温和相对湿度建立的BSRM模型的模拟精度略优于P-M公式,但所需的气象因子较少,计算方法简单;且受气象因子的变化影响较少,模拟精度稳定可靠,是一种有效的替代方法。     

基于遗传算法的波纹形仿生推土板表面的数学建模与优化设计

该文根据典型土壤动物波纹形几何非光滑体表的特征，给出了两种波纹形仿生推土板表面的数学描述式，利用地面机械仿生学及地面车辆理论的研究结果，建立波纹形仿生推土板表面的非凸优化模型，并借助于演化计算构建了求解算法，通过数值计算，针对不同类型的土壤给出了波纹形仿生推土板的优化设计方案。     

经典BRUTSAERT模型应用于土壤水分检测的适用性探讨

BRUTSAERT理论模型是非饱和土壤介质中弹性波传播的理论模型,主要用于描述声波纵波声速与农业土壤饱和度之间的关系。为探究BRUTSAERT理论模型应用在土壤水分检测中的可行性,本文系统介绍了BRUTSAERT理论模型,分析了其在土壤含水量检测中的适用条件,并在经典BRUTSAERT模型中引入了适当的简化和假设,推导出在不同物理条件下各农业土壤的纵波声速值与土壤水分关系曲线,以及进行土壤声速测量的合适声频。结果表明,当声波发射器和拾音器之间的距离为0.2 m时,且声波频率范围固定在380～708 Hz之间,在任何土壤类型中BRUTSAERT理论模型都是有效的。然而,经典BRUTSAERT模型在推导过程中还存在的一些问题：1）对BRUTSAERT理论模型中关于复合流体体积模量模型的书写错误分析;2）经典BRUTSAERT模型中使用土壤固定泊松比对预测结果带来的影响探讨。该研究可为BRUTSAERT理论模型在土壤水分检测领域的应用研究提供参考。     

基于畦面糙率各向异性的畦灌地表水流运动模型及其验证

选取合理的畦面糙率模型,对于利用畦灌水流数值模型准确地评价和优化畦灌系统性能具有重要的理论与现实意义。该文利用二维全水动力学畦灌模型,采用张量逆运算等数学处理方法,在源项糙率矢量中构建畦面糙率各向异性模型,构建起基于畦面糙率各向异性的二维畦灌地表水流运动模型。基于典型畦灌试验结果对比分析糙率各向异性与各向同性畦灌模型的模拟效果。结果表明,与各向同性相比,所有实例各向异性糙率值下的水流推进过程实测与模拟值之间的平均相对误差值减小3.08～6.83百分点,水流消退过程实测与模拟值之间的平均相对误差值减小2.5～6.81百分点。采用各向异性糙率描述畦灌地表水流运动过程,可明显改善畦灌模拟效果,为开展畦灌系统设计与性能评价提供了实用可靠的数值模拟工具。     

撒施肥料一维畦灌地表水流与溶质运移模型构建与验证

模拟撒施肥料下的一维畦灌地表水流与溶质运移过程可为采用先进的畦灌液体施肥方式提供对比依据。该文基于湍流理论垂向流速线性与对数分布规律及不可压缩流体力学连续方程,构造沿畦长及任意垂向断面的非均布流速场和溶质浓度场,建立起撒施肥料下的一维畦灌地表水流与溶质运移模型,并利用典型畦灌施肥试验结果,检验该模型的模拟效果。结果表明,建立的模型不仅具有在撒施肥料状况下较好模拟地表水流运动和溶质浓度时间变化过程的能力,还具备较佳的水量和溶质质量守恒性,从而为评价撒施肥料下的畦灌施肥系统性能及与其它施肥方式下的畦灌施肥系统性能对比,提供了实用的数值模拟工具。     

基于热平衡模型的温室地表水源热泵系统供暖设计与试验

为降低长江三角洲温室冬季供暖能耗,提出一种采用温室运行热负荷预测技术进行开放式温室地表水源热泵供暖系统（surface water-source heat hump system,SWSHPS）的供暖设计方法。结合温室的工程运行实际和各种环境因素,建立了温室热平衡预测模型。并采用MATLAB/SIMULINK模块进行了8种温室环境条件下的能量数值模拟,计算了温室不同覆盖材料和保温幕状态的能耗,当室外空气温度为0℃时,纳米掺锑二氧化锡涂膜玻璃温室比普通浮法玻璃温室可减少能耗23%,夜间开启保温幕比收拢可减少能耗22%。最后进行了温室冬季供暖试验,试验结果表明：室内空气温度垂直分布较均匀,能够满足设计要求,1月份系统平均制热性能系数（coefficient of performance,COP）值为2.3。基于热平衡预测模型设计的温室地表水水源热泵供暖系统是可行的。     

掌叶木种子及其籽油性状综合评价模型构建和优选

为提高木本粮油植物掌叶木不同种源种子及籽油性状的综合评价结果准确性和评价方法的优选,指导掌叶木优良种源筛选和良种选育,该文构建了一套综合评价模型,对广西乐业、田林、凤山和环江以及贵州独山5个种源掌叶木种子及籽油相关的14项指标采用主成分分析法、因子分析法、离差最大法、熵值法4种单一方法进行评价排序,并对4种方法的评价结果采用均值、Borda、Copeland共3种组合方法进行评价排序,均通过肯德尔和谐系数一致性检验后确定最终评价排序;采用斯皮尔曼等级相关系数对最终评价排序与4种单一方法评价排序进行相关性分析,并筛选最好单一评价方法。结果表明:4种单一评价方法下种源排序虽存在一定差异但通过了肯德尔和谐系数一致性检验;3种组合评价排序均相同,各种源最终评价排序从高到低依次为凤山、乐业、独山、环江、田林。最终评价排序与主成分分析法、因子分析法、离差最大法和熵值法等4种单一方法评价排序的斯皮尔曼等级相关数值分别为1.00、0.90、1.00、0.90,相关性均达到显著水平(P0.05);主成分分析法和熵值法所得种子千粒质量的权重值均列各指标首位。因此,基于4种单一评价方法和3种组合评价方法的综合评模型为多种源掌叶木种子及籽油性状提供更为科学合理的排序结果;从易用、简便和有效性角度,掌叶木种子及籽油性状的最优单一评价方法为熵值法,评价中最重要的指标为种子千粒质量,凤山种源掌叶木种子及籽油性状最优。研究结果可为掌叶木种质资源高效利用提供理论依据,也可为种子及油脂领域综合评价研究提供新思路。     

江苏省工业分行业土地利用碳排放效率与低碳优化——基于工业分行业建设用地控制指标视角

[目的]结合投入冗余量及产出不足量制定合理的土地利用低碳优化方案,寻找到理想的碳排放效率,促进产业用地低碳发展。[方法]利用数据包络分析法(DEA),基于江苏省最新出台的工业分行业建设用地控制指标视角,构建工业分行业土地利用投入产出指标体系,分析2013年江苏省13个地级市的26个行业土地利用碳排放的总效率、技术效率与规模效率,并提出低碳优化方案。[结果]江苏省工业分行业土地利用碳排放综合效率普遍较低,其中苏中地区较高,苏北地区次之,苏南地区最低;碳排放综合效率最高的为资本与技术密集型产业用地。[结论]供地政策参与政府的宏观调控,可以引导产业低碳发展。