鼹鼠爪趾几何结构量化特征分

土壤洞穴动物鼹鼠具有极高的挖掘效率,前足爪趾是其主要挖掘器官.分析了鼹鼠中重要种属--麝鼹(Scaptochirus moschatus)具有优良挖掘功能的前足爪趾的几何结构特征,重点分析了前足爪趾触土面的几何结构.利用体视显微镜观察分析前足爪趾的宏观几何结构,通过逆向工程技术获取爪趾三维数据点云进行特征曲线量化分析,求得前足爪趾特征轮廓线的曲率及二阶导数的变化规律:鼹鼠爪趾纵向轮廓曲率变化较小,爪趾纵向表面平顺,保证了挖掘出的洞道内壁的平整;横向轮廓曲线曲率变化较大,且横向轮廓线尖端弯曲小,中后端弯曲大,这种结构使爪趾更易入土和扩洞.     

神农蜣螂前胸背板表面形态分形及润湿性

采用 3D SRAT 1型轮廓仪对神农蜣螂 (Catharsius molossus L innaeus)前胸背板表面形态进行了定量测量 ,在 JC2 0 0 0 A型表面张力 /接触角测量仪上测量了水与前胸背板表面的接触角 ,并基于分形理论对其表面轮廓进行了分析。研究表明 :神农蜣螂前胸背板表面呈现分形特征 ,由结构函数法和变分法估算的沿前胸背板表面纵向轮廓线的分形维数分别为 1.877和 1.86 8;水在神农蜣螂前胸背板表面上的表观接触角为 91°～ 10 6 .5°,其平均值为 97.2°,表现了很强的疏水性     

神农蜣郎前胸背板表面形态分形及湿润性

采用3D-SRAT-1型轮廓仪对神农蜣螂(Catharsius molossus Linnaeus)前胸背板表面形态进行了定量测量,在JC2000A型表面张力/接触角测量仪上测量了水与前胸背板表面的接触角,并基于分形理论对其表面轮廓进行了分析.研究表明神农蜣螂前胸背板表面呈现分形特征,由结构函数法和变分法估算的沿前胸背板表面纵向轮廓线的分形维数分别为1.877和1.868;水在神农蜣螂前胸背板表面上的表观接触角为91°～106.5°,其平均值为97.2°,表现了很强的疏水性.     

液力变矩器导轮叶片曲面构造及其外特性仿真

为实现液力变矩器导轮叶片曲面的高精度构造,提出了一种精度可以调节的叶片曲面拟合算法。应用三坐标测量机获得叶片表面的数据,应用插值型二阶混合有理Bézier曲面拟合其表面。根据叶片的前后表面和侧面间拼接时具有共同边界和在边界上一阶导数连续等边界条件,实现两曲面的光滑连接。采用混合平面理论对由该算法构造的导轮装配的液力变矩器进行外特性仿真。结果表明,该叶片曲面构造算法可以通过调节权因子实现拟合精度的调节,从而可以调节液力变矩器外特性与理论值趋同,可以作为液力变矩器导轮叶片设计的新方法。     

基于逆向工程技术的蜣螂外形数据采集与处理

采用三维激光扫描系统测量了臭蜣螂几何体表外形,获取了臭蜣螂几何体表外形的数据点云。利用逆向工程软件进行数据点云的平滑处理、精简处理及其多视数据的定位与拼接。使用点云数据网格化、曲面特征抽取与数据分片、曲面分割及直接拟合曲面片的造型方法,成功进行了臭蜣螂体表外形三维几何曲面模型的重构。     

基于深度图像的多姿态肉牛体尺自动测量方法

养殖场中肉牛较为活跃,采集得到的图像数据中肉牛姿态多变,肉牛姿态端正帧较少,导致自动测量肉牛体尺困难。针对以上问题,本研究通过分析肉牛骨架特征和肉牛图像边缘轮廓特征,提出一种多姿态肉牛体尺自动测量方法。首先,利用深度相机Azure Kinect DK从正上方采集肉牛俯视深度视频数据,对视频数据进行分帧处理;其次,对原始深度图像进行预处理,将肉牛从复杂的背景中提取出来;再次,利用Zhang-Suen算法提取目标图像肉牛骨架,检测骨架交点和端点,分析肉牛头部特征,并确定头部去除点,去除图像中肉牛头部信息;最后,利用改进的U弦长曲率算法提取肉牛轮廓曲率曲线,根据曲率值确定体尺测点,将体尺测点转换到三维空间中,计算体尺参数。本研究通过分析大量深度图像数据,将图像中肉牛姿态分为左歪、右歪、姿态端正、低头和抬头五类。试验结果表明,本研究提出的基于骨架的多姿态肉牛头部去除方法在5种姿态下的头部去除成功率均高于92%;在23头肉牛不同姿态共46帧深度图像中,利用基于改进U弦长曲率的体尺测点提取方法,测得体直长测量的平均绝对误差为2.73 cm,体高测量的平均绝对误差为2.07 cm,腹宽测量的平均绝对误差为1.47 cm。研究结果可为精确测量多姿态下肉牛体尺提供支撑。     

基于非均匀细分的散乱点云数据精简算

针对海量散乱点云数据精简问题,提出了基于非均匀细分的精简算法.采用八叉树结构对点云数据进行空间分割,由分割结果建立k邻域.对k邻域内的散乱点进行二次曲面拟合,以拟合曲面的平均曲率为判据决定是否对八叉树空间实行非均匀细分,细分过程中由数据点之间的最大间隔角决定细分程度.构造曲率差函数,识别出边界数据点,对其进行数据保护.该算法对具有曲率多样化特点的点云数据的精简具有实用性,通过实验验证了该算法的可靠性和准确性.     

泵性能测试曲线分段最小二乘多项式拟合算法

针对现有水泵性能测试曲线拟合算法单一、对水泵非稳定性状态不规则、马鞍形等形状数据拟合精度差、近似效果不理想甚至丢失真实试验数据特性的现状,通过比较水泵性能曲线的各种拟合方法,分析了不同拟合方法在水泵特性曲线拟合中的优缺点,并针对特殊的水泵马鞍形性能曲线,设计了分段最小二乘多项式拟合方法.为了保证分段拟合曲线的连续可导性,在分段最小二乘拟合曲线的基础上,对各相邻分段曲线的分段点采用插值拟合的方法进行连接.最后通过试验验证,分别采用分段三阶最小二乘拟合算法和五阶最小二乘拟合算法对试验数据进行拟合,并对拟合结果进行对比分析.结果表明:采用分段最小二乘多项式的拟合方法对复杂特性曲线进行拟合,可以提高拟合曲线的拟合精度,并保证了拟合曲线的连续性.     

采棉机采摘滚筒运动规律的研究

针对我国采棉机的发展现状,着重对水平摘锭式采棉机的采摘原理及运动规律进行研究,建立运动仿真整体模型;在运动仿真模块中得到导向槽轮廓线,提取轮廓线数据;在Matlab的基础上对所提取的数据进行处理,应用其得出的函数表达式在三维建模软件中进行重建。在运动仿真模块中,得出水平摘锭在整个采摘运动过程中的位移、速度和加速度曲线波动图,并对其进行探讨分析,为研究采摘滚筒水平摘锭采摘运动规律提供有益的参考。     

基于多源遥感协同反演的区域性土壤盐渍化监测

为进一步推动多源遥感技术在农业生产与管理中的应用,以内蒙古河套灌区解放闸灌域为试验区,利用地面实测光谱和地表组合粗糙度数据,联合C波段微波雷达SAR四极化后向散射系数数据,分别利用主成分回归(PCR)、多元逐步回归(MSR)和偏最小二乘回归(PLSR)选取盐分特征波段,并建模评价土壤盐渍化分布。首先,对光谱反射率及其对数、一阶与二阶导数4种光谱数据进行相关性分析,发现相较于原始光谱和对数变换,光谱的一、二阶导数具有更好的相关性,二阶导数变换的618~622 nm、1 802~1 806 nm、2 169~2 173 nm、2 344~2 348 nm这4个特征波段的相关系数分别为0.37、0.28、0.39和0.27;PLSR筛选的波段相较MSR选取的波段延后,但其二阶导数变换模型拟合度小于MSR。其次,在对比二阶导数变换的PCR、MSR和PLSR土壤盐分模型基础上,最终确定了协同光谱特征波段中心反射率二阶导数和雷达后向散射特性、地表组合粗糙度的BP人工神经网络(BPANN)模型为最佳预测模型,其预测模型的R~2为0.890 8,稳定性和预测精度均优于前述经验回归模型。融合多源遥感数据的神经网络模型可快速精准监测土壤盐渍化分布,为灌区土壤退化防治提供基础信息指导。     

臭蜣螂唇基切土减阻的力学分析

对臭蜣螂头部的激光三维扫描点云进行简化处理,在三维坐标系中建立垂直平面截取部分唇基实体,并将其简化为三面楔模型,进行不同运动方向的受力分析。结果表明,在臭蜣螂挖土打洞过程中唇基有利的挖土切割方式主要为滑移切割,这种切割方式基于唇基天然的优化形状,即半圆形的刃口形状和特定的曲面变化。并发现唇基曲面形状对减小挖掘阻力具有重要作用。最后分析了臭蜣螂唇基潜在的仿生应用,其天然优化的形状和切割角的自动调节可指导地面机械的仿生设计。     

臭蜣螂股节表皮纳米力学性能测试

固体材料性能在纳米尺度和宏观尺度下明显不同。纳米测试技术的发展为固体材料(包括生物材料)的纳米力学性能研究提供了手段。已有研究表明甲虫表皮具有层状复合材料结构，这种结构在垂直方向的尺寸为微米或纳米量级。进行了试样制备方法的探索，介绍了纳米力学测试的基本原理，利用纳米硬度计对臭蜣螂前足股节表皮进行了纳米力学性能测试。证实纳米硬度计可有效地对甲虫表皮的纳米力学性能进行测试，发现臭蜣螂前足股节表皮在纳米尺度下出现粘弹现象和蠕变效应，在最大载荷时的保压过程中，压痕深度与时间的变化关系基本符合蠕变幂律公式。     

肋条型仿生镇压辊减粘降阻试验

基于臭蜣螂腹侧面的几何结构,设计了9种肋条型仿生镇压辊。肋条结构采用具有良好疏水性的超高分子量聚乙烯材料。采用L9(34)正交表,考察了土壤干基含水率为20%时,肋条结构底面宽度W、高宽比R、镇压辊载荷F和面积比K对镇压辊粘附土壤量和牵引阻力的影响。结果表明:在试验条件下,与普通镇压辊相比,仿生镇压辊在保证适宜玉米生长容积密度前提下具有明显的减粘效果,减粘率最高可达41.08%;合理的肋条结构尺寸可使仿生镇压辊的减阻率达11.75%~39.40%。采用极差法对试验结果进行分析,得到了影响镇压辊粘附土壤量和牵引阻力因素的主次顺序及最优水平,并探讨了各因素对镇压辊粘附土壤量和牵引阻力的影响。     

土壤点源入渗测量仪在山坡林地应用中的改进

为解决山坡林地环境下土壤点源入渗测量法判读困难、自动测量数据误差值较大的问题,添加了人工识别功能以提高试验精度.使用改进后的土壤点源入渗测量仪对衡山山坡林地进行入渗率测量,通过入渗影响因素和拟合分析对入渗结果进行分析,结果显示所测入渗率与土壤特征所反映的入渗规律和拟合结果均相符,验证了土壤点源入渗测量法在林地测量中的可行性,进一步扩展了点源入渗测量仪的测量范围;改进后的土壤点源入渗仪使用人工识别功能所减少的试验误差值在0.3%~31.0%,极大提高了山坡林地入渗率测量的准确性.     

冬枣片气体射流冲击干燥特性与模型分析

研究了冬枣片在各种干燥温度、风速和转速条件下的气体射流冲击干燥特性,并进行了方差分析,建立了冬枣片气体射流冲击干燥的数学模型,且对实验数据进行了拟合与验证。实验结果表明:冬枣片的整个干燥过程属于降速干燥。采用Modified Page等5种薄层经典干燥模型对干燥过程进行拟合,通过决定系数R2、均方误差根(RMSE)和误差平方和(SSE)等拟合优度评价指标对几种经典干燥模型的拟合进行评价,结果表明:冬枣片气体射流冲击干燥过程与Modified Page经典干燥模型较为吻合。     

水泵全特性曲线的预测及对数值分析的影响

为了准确评估泵系统水力过渡过程特性并实施合理有效的水锤防护,基于水泵全特性曲线的Suter曲线表达形式,提出基于牛顿插值算法的水泵全特性曲线预测方法,进一步给出一种利用水泵基本特性曲线来修正水泵全特性曲线的数值变换方法.通过与常用的水泵全特性曲线预测拟合方法的比较,以及在泵站系统过渡过程计算中的应用分析,结果表明:基于...     

基于正交设计法的旋流自吸泵泵体结构优化

用正交设计法通过模拟试验对旋流自吸泵泵体结构参数进行了优化设计,设计了一个4因素3水平的正交方案,研究了泵体各几何参数对旋流自吸泵性能的影响.通过分析性能曲线对比图,找到了对于各个性能的最优方案.并通过对数值计算的数据进行极差分析,获得了各几何参数影响4个性能的主次顺序.通过对数据结果进行综合平衡分析和比较,得出了最优的参数组合.得出的最优参数组合不在原有设计方案中,因此根据分析结果对模型泵进行了再设计.将再设计方案与原有方案的性能作了对比,并判断其为最优方案.本模拟结果对旋流自吸泵性能优化设计有一定的参考价值.     

无过载旋流泵正交设计数值模拟与试验

用正交设计法对旋流泵叶轮参数进行优化设计,设计了一个五因素二水平的正交方案,研究各几何参数对旋流泵性能的影响。采用雷诺平均数值模拟方法,对正交设计中每种组合进行性能预测,通过分析性能曲线对比图,找到了对于各个性能的最优方案。对数值计算得到的数据进行极差分析,获得了各几何参数影响性能的主次顺序,通过分析与比较得出最优参数组合,即叶轮外径220mm、叶轮出口宽度40mm、叶片出口安放角14°、叶片数4和无叶腔宽度40mm。在模拟基础上,对最优模型样机进行了试验,测试结果表明,在实现无过载的同时,保持了较高的效率,达到了设计目的。     

东方蝼蛄口器结构与表皮纳米力学性能研究

利用扫描电镜及能谱仪观察了东方蝼蛄口器表面及断面几何结构特征,对口器的表皮组成成分进行了分析,发现口器组织中含有多种金属元素和微量元素;东方蝼蛄口器具有中空结构,断面材料呈层状复合结构;采用切片法对东方蝼蛄口器进行了外形重构;利用纳米力学测试系统对东方蝼蛄口器表皮材料进行了测试,发现东方蝼蛄口器的弹性模量和纳米硬度较高.经比较发现,东方蝼蛄口器表皮的纳米硬度大于雄臭蜣螂唇基表皮的纳米硬度.