冰雹对苹果的灾损模式研究

通过调查、试验和测量不同种类苹果各生长期的力学特征,结合冰雹落地末速度计算苹果和冰雹撞击过程中力的转换关系,提出利用碰撞动量法计算苹果冰雹损害的理论,给出苹果临界破损直径的概念及不同品种的指标阈值,揭示了以苹果为代表的水果类作物对冰雹损害的敏感性,得到新的苹果雹损机理概念模型,为人工防雹效益分析提供理论依据.     

冰雹冲击下塑料薄膜的损伤分析

塑料薄膜的力学性能分析是薄膜结构设计的主要方向。该研究采用试验和数值模拟结合的方式分析了冰雹冲击下塑料薄膜的破坏形式和损伤规律,并通过试验结果验证了数值模拟方法的有效性。通过数值模拟对冰雹在不同尺寸、不同冲击角度下单次和二次冲击塑料薄膜进行了分析,此外对薄膜厚度和两层薄膜之间的间距的影响进行了分析。结果表明：1）0.12 mm厚度的塑料薄膜可抵挡直径10 mm以下的冰雹冲击。但冰雹尺寸在30 mm以上时,塑料薄膜因拉伸应力波的作用而发生破坏。2）冰球二次冲击塑料薄膜时会造成应力波的叠加,导致薄膜加速破坏。3）在0°、30°、60°这3种冲击角度下,冰球冲击角度为60°时造成薄膜的破坏面积最大。4）双层薄膜的破坏面积随薄膜之间的间距增大而增大,当双层薄膜的间距控制在5 mm内可实现双层薄膜抗冰雹冲击效果优于厚度相同的单层薄膜。分析结果表明：改进薄膜结构的抗拉强度是提高薄膜抗冰雹冲击能力的主要方向。该研究可为薄膜结构设计和薄膜损伤分析提供参考。     

湿帘风机安装高度对Venlo温室降温效果分析

针对大型玻璃连栋温室（Venlo温室）在夏季湿帘-风机联合机械降温过程中出现的温度垂直梯度大、降温不充分、冷量浪费的问题,该研究设计并优化了不同湿帘和风机的安装高度（即设备距离地面的最低高度）,分析其对温室降温效果的影响。采用试验和仿真相结合方法,通过与试验温室对比验证仿真模型准确性,并以仿真的方式设计不同的安装高度方案。结果表明,在3.2 m安装高度内,当湿帘安装高度为0.8 m,风机安装高度为3.2 m时降温效果最明显,温室平均温度降低了2.1℃;湿帘安装高度为3.2 m,风机安装高度为3.2 m时温度垂直梯度最小,温室平均温度的垂直梯度降低了5.8℃。湿帘和风机安装高度的变化对Venlo温室的综合降温效果影响较大,适当的降低湿帘安装高度和提高风机安装高度,可以加强温室流场换热过程,进一步强化温室湿冷空气流场的流动均匀性。该研究为温室湿帘和风机降温系统设计提供了进一步优化的理论依据。     

考虑覆盖材料蒙皮效应的温室结构稳定承载力计算

为研究覆盖材料蒙皮效应对温室结构稳定承载力的影响,该文在考虑温室结构的实际工作状态、材料非线性和几何大变形的前提下,采用ANSYS有限元分析软件,选取华北型、文洛型和日光型3种温室结构类型,建立了单榀骨架、整体骨架、整体骨架覆盖薄膜、整体骨架覆盖玻璃和整体骨架覆盖PC板5种计算模型,模拟了风雪灾害下温室结构破坏的全过程,得到了其破坏模式和荷载与位移关系曲线,分析了温室结构的稳定承载力和空间作用效应,并给出了其极限荷载系数和稳定承载力提高系数。结果表明:考虑覆盖材料蒙皮效应时,雪荷载作用下温室结构易发生失稳破坏,风荷载作用下温室结构稳定承载力较高,温室结构抗雪灾能力低于抗风灾能力;荷载工况由风荷载控制时,覆盖材料使日光温室结构稳定承载力提高20%~50%,设计时可考虑相应蒙皮效应;荷载工况由雪荷载控制时,覆盖材料使华北型和文洛型温室结构稳定承载力分别提高1~2倍和1~4倍,设计时可考虑相应蒙皮效应;覆盖玻璃使温室结构稳定承载力提高20%~280%,覆盖PC板使之提高20%~240%,覆盖薄膜使之提高0~40%。研究成果可为温室结构抗风雪灾害设计提供参考。     

薄膜承载力及其对日光温室结构稳定性能的影响

为研究薄膜对日光温室结构抗灾害垮塌性能的影响,采用 ANSYS 有限元分析软件,模拟了单片薄膜受风雪、冰雹荷载作用情景,分析了薄膜厚度、尺寸（长度×宽度）、预张力和外荷载对单膜承载力的影响,建立了日光温室结构单榀拱架、无膜空间整体骨架、覆膜空间整体骨架3种计算模型,得到了风雪灾害下日光温室结构破坏全过程以及覆膜日光温室结构空间系数,探讨了薄膜厚度、弹性模量、预张力等参数改变时,薄膜张拉刚化效应对日光温室结构稳定性能的影响。结果表明：薄膜尺寸（长度×宽度）和厚度是影响其承载性能的主要因素,同时应适当考虑薄膜长宽比影响;0.2 mm厚的薄膜可满足特强冰雹的防灾要求;薄膜张拉刚化效应有助于提高日光温室结构抗风承载力,对抗雪承载力影响不大;各分析参数中,薄膜弹性模量对日光温室结构空间系数的影响不明显。研究结果为覆膜日光温室结构抗风雪、抗冰雹灾害设计提供参考。     

面向气象指数保险的水果冰雹灾害灾损评估方法

冰雹灾害是农业生产面临的主要气象灾害之一,优化制约冰雹灾害指数保险产品设计的灾损评估方法,对于发展稳定、可持续的气象指数保险产品具有重要的科学价值,同时对大范围推广气象指数保险产品具有重要的指导意义。本研究结合气象指数保险产品的理赔指数设计的客观要求,提出了一种基于动量方程的水果冰雹灾害灾损评估方法。引入基于气象雷达观测的冰雹识别技术满足保险产品的理赔指数设计需求;通过分析果品在雹损过程中的受力关系,得到水果对冰雹撞击的敏感性参数,构建基于冰雹直径和初始风速的灾损评估模型,实现被冰雹撞击后对果品损伤物理特性的量化表达。以北京平谷大桃为例,对该方法用于冰雹灾害损失评估的可行性进行验证。结果表明,模型可以有效评估冰雹对桃品的损伤程度,是一种简单、快捷、高效的损失评估方法,基于此方法设计水果冰雹灾害气象指数保险产品具有可行性。     

黔东南冰雹集中度与集中期的时空变化特征

基于贵州省黔东南地区1961-2008年1-12月16个台站的冰雹观测资料,引入表征冰雹事件时间分配特征的新参数——冰雹事件集中度和集中期,在此基础上分析了黔东南冰雹事件的基本时空分配特征,并利用Morlet小波分析方法、Mann-Kendall突变检验方法和线性倾向估计方法。结果表明:黔东南冰雹事件集中度和集中期的平均和异常空间分布存在很大区域差异,根据地形划分为东西南北4个关键区域;从时间演变来看,各区冰雹事件集中度和集中期均存在较长周期变化,其长周期中又包含短周期,均表现出显著的年代际周期振荡;另一方面,冰雹事件变得越来越不集中,除南区和东北区冰雹事件集中期有推迟趋势外,其余大部地区提前趋势明显。     

巴彦淖尔市40年降雹气候特征分析

为提高巴彦淖尔市冰雹预报准确率,利用当地1961—2000年的降雹资料和2004—2008年的713雷达资料,采用数理统计、图表分析等方法,研究降雹的空间分布特征和时间演变规律;采用逐步聚类法对年降雹等级进行划分。结果得出：降雹一般出现在4—9月,主要集中在6月中旬-8月下旬,占总降雹日数68．6％;年降雹日数与灾雹日数存在线性相关;20世纪60年代、90年代降雹次数较少,80年代明显偏多;70年代末-80年代中期均为1级重灾年,90年代后基本为2级中等成灾年或3级轻灾年。研究结果可为巴彦淖尔市深入、有效开展防雹作业提供依据。     

禽蛋聚氯乙烯弹性薄壁包装盒的设计与力学特性试验

为了降低禽蛋运输破损率,优化禽蛋包装结构,该文分析了中国禽蛋运输包装与分级现状,应用力学理论设计新型聚氯乙烯(PVC,polyvinyl chloride),弹性薄壁禽蛋包装盒,利用质构仪测试比较当前流通蛋盒和新设计蛋盒空载和满载时的力学特性,分析包装在运输中禽蛋破损率随装载数量、载荷、位移和加载时间等影响因素的变化规律,检验包装盒对禽蛋的保护性能,测试包装盒的保护效果,然后对产品进行成本分析。结果表明:1)设计盒侧壁结构,当前流通PVC包装盒承受载荷为80~100 N,新型PVC包装盒承受载荷分别为90~130 N,新结构抗压能力增强;2)装载鸡蛋数量越多,整体抗载能力增强,满盒时抗载能力最大;3)与当前流通中同类型PVC包装盒比较,使用新PVC结构包装盒,禽蛋运输破损率降低了0.72%。该文通过包装盒的理论分析、试验验证,获得较佳禽蛋包装盒结构形式,通过成本比较,表明禽蛋新包装可以降低禽蛋破损率,减少成本。研究结果为禽蛋缓冲包装探索,无损运输包装设计机理打下理论基础,为蛋品包装提供了设计方法和试验途径。     

地震作用在温室荷载组合中的控制效应

农业温室结构刚度小、自重轻、地震响应小,对抗震的要求各国不同。为探讨中国农业温室合理的抗震设计方法,该研究以屋面透光覆盖材料中最重的玻璃温室为研究对象,按照《建筑抗震设计规范》要求,选择两个规则形和一个不规则形平面布局,运用Midas Gen计算软件,以恒活风雪荷载为基础,对不考虑地震作用的a类荷载组合和考虑地震作用后增加的e类荷载组合进行比较,以构件的最大应力比为评判指标,以地震烈度为变量,分别选取7度（0.10g）、7度（0.15g）、8度（0.20g）、8度（0.30g）和9度（0.40g）（g为重力加速度）来研究地震作用的控制效应。计算结果表明在地震烈度为7度时,规则和不规则平面的温室,均是不考虑地震作用的a类荷载组合下的应力比更大,即地震作用不起控制作用。地震烈度达到8度（0.20g）时,对于规则平面温室的中柱和侧墙柱,考虑地震作用的e类荷载组合应力比已经非常接近a类荷载组合;对于不规则平面温室的个别凹角立柱,e类应力比（0.31）略大于a类（0.29）;当地震烈度达到8度（0.30g）时,对于规则平面温室的个别构件,e类应力比（0.36）大于a类（0.29）,最大应力比已经受地震作用控制。结合中国最小风荷载地区地震烈度表,提出在中国玻璃温室设计时,8度（0.20g）及以下地区可不考虑地震作用计算,8度（0.30g）及以上地区应考虑地震作用计算,此外,以塑料薄膜为透光覆盖材料的连栋塑料温室、塑料大棚以及日光温室在任何情况下都可以不考虑地震作用。该研究结果可为国内温室结构设计规范的制定和具体工程设计提供理论依据。     

基于HJ-1A/1B CCD数据的雹灾监测与评价

由于雹灾的突发性、灾后影响的显著空间异质性,雹灾监测与灾后评价的研究相对较少。以黑龙江甘南县典型雹灾为研究对象,利用HJ-1A/1B CCD等遥感影像与地面实测高光谱数据,进行雹灾遥感监测与评价研究。基于实测光谱数据分析了不同灾害程度农作物的反射光谱特征及植被指数变化;利用2个时相的遥感影像数据,结合地面调查,通过对植被指数分级进行雹灾监测与评价,并结合另一个时相的数据做了验证。结果表明：不同灾害程度作物的反射光谱特征差异显著;运用植被指数分级进行雹灾监测是可行的,基于归一化差分植被指数差值图分级得到的不同雹灾程度范围与实际情况相符,而基于比值植被指数差值图的分级结果则与实际结果差距较大;根据雹灾遥感分级结果分析了雹灾空间分布特征。研究结果可对雹灾监测与评价提供理论与技术支持。     

地下粮仓塑料-混凝土防水体系抗水压试验

地下粮仓具有节能、节地、低温和绿色环保等优点,但由于地下水的影响,防水防潮一直是安全储粮的技术难题,为此提出以聚丙烯塑料(Polypropylene Plastic,PP)作为内衬材料的塑料-混凝土防水体系,其中,塑料板与混凝土采用塑料栓钉连接。考虑不同栓钉间距200、300和400mm,设计制作了3个用于地下粮仓的塑料-混凝土水压试件,进行了水压加载试验,分析了塑料构件在水压作用下形态、破环机理、内力和变形。试验结果表明:在水压作用下,塑料板内应力和位移都随水压的增大而增大,节点位置承受较大拉力且应力最大值分布不均,跨中位置承受应力较小且最大值分布均匀;塑料板内跨中位置的位移值随水压增大呈线性增加,节点位置的位移值变化较小。在试验分析的基础上,在10mm厚塑料板和给定连接节点条件下,提出了塑料-混凝土防水体系优化设计措施,塑料-混凝土防水体系达到水压承载力时其破坏模式随栓钉间距的变化而不同,在栓钉间距为200 mm时,其水压承载力达到180 kPa时发生节点焊缝强度破环,此类构件可通过增强节点处焊缝强度提高塑料构件的整体水压承载力;在栓钉间距为300 mm时,其水压承载力达到80 k...     

连栋玻璃温室采暖热负荷计算方法

采暖热负荷是温室采暖系统设计中最基本的参数,为了研究随着内保温幕等设备的普及应用和温室密闭性的改善,现行标准体系下计算出的温室热负荷是否仍旧适用,该研究比较了中国和美国的共6个标准中的采暖热负荷计算方法,并以北京地区连栋玻璃温室为例进行采暖热负荷的定量分析。研究表明,基础墙传热热损失约占围护结构总热损失的0.1%,地面热损失占温室总热负荷的1%左右,两者均不是影响温室采暖热负荷的主要因素。计算表明,按照6个标准分别计算出的温室单位面积采暖热负荷最小为230.10 W/m²,最大为305.24 W/m²,相互之间差异较大,而且与温室实际配置散热器的散热量139.61 W/m²相比整体存在明显差距。在考虑内保温幕保温作用后温室的单位面积采暖热负荷最小为101.56 W/m²,最大为176.69 W/m²,如剔除中国民用与工业建筑中由于没有考虑玻璃拼缝造成冷风渗透热损失偏低的最小值,温室专用标准的热负荷计算方法基本符合实际情况。为此,研究提出在温室采暖热负荷计算中应充分考虑温室保温幕...     

雪荷载作用下几字型钢日光温室极限承载力分析

雪灾是导致日光温室倒塌的主要原因之一。为探明几字型钢日光温室在雪荷载作用下的失稳机理,该研究采用有限单元法,以8 m跨日光温室为研究对象,模拟其在雪荷载（均匀分布雪荷载和非均匀分布雪荷载）作用下的失稳破坏过程,计算其极限承载力,并探究纵向系杆、初始几何缺陷、截面参数对极限承载力的影响。结果表明：对于净截面面积、上翼缘宽度、腹板高度和壁厚均相同的几字型钢和空心矩形钢管,几字型钢日光温室极限承载力稍高于空心矩形钢管日光温室极限承载力;相较于均匀分布雪荷载,日光温室拱架对非均匀分布雪荷载更为敏感,非均匀分布雪荷载作用下的极限承载力约是均匀分布雪荷载作用下的28%,在日光温室结构设计中,应重点考虑非均匀分布雪荷载工况;在非均匀分布雪荷载作用下,屋脊和后屋面支座处为危险截面,最先进入全截面屈服状态;纵向系杆的设置可有效抑制结构平面外变形,进而提高结构极限承载力,有纵向系杆约束条件下的结构极限承载力约是无纵向系杆约束条件下的1.25倍;该日光温室拱架对初始几何缺陷敏感度较低,当最大初始几何缺陷幅值从5 mm增加到20 mm时,极限承载力降低约2%;在几字型钢截面选取时,在满足规范要求宽厚比前提下,建议上翼缘宽度与翻边宽度之比控制在4.17左右,腹板高度与翻边宽度之比不大于9.25,下翼缘宽度与翻边宽度之比不大于1.7,上翼缘宽度与下翼缘宽度之比控制在3.33左右,腹板高度与下翼缘宽度之比控制在4.67左右。该研究结果可为开口冷弯薄壁型钢日光温室拱架抗雪设计提供参考。     

Venlo温室的荷载效应特征及其在工程中的应用

Venlo型温室是世界上硬质覆盖材料温室中使用量最大的结构形式，在中国也已经成为玻璃温室和PC板温室的首选结构。该文以Venlo温室钢结构中控制性关键构件边柱和相邻中柱为例，利用温室结构设计专用软件、采用结构有限元分析的方法对边柱和中柱在6种不同荷载组合方式和7种不同跨度下的荷载效应进行了计算，分析其在不同荷载组合和跨度数下的内力变化规律，将结果运用于温室柱网布置、构件材料分布、节点构造等工程设计中，可以有效提高Venlo型温室结构设计的科学性、安全性、降低结构用钢量。     

荷兰Venlo型温室结构抗震性能分析

为了研究地震作用对依据荷兰规范设计的Venlo温室结构安全性的影响,该研究以荷兰公司设计的山东某Venlo型温室为例,利用有限元软件MIDAS Gen,采用振型分解反应谱法对设防烈度分别为7度（0.10 g）、7度（0.15 g）、8度（0.20 g）和8度（0.30 g）的温室整体结构进行模拟计算,对结构的周期、振型、应力和位移进行了分析探讨。结果显示,温室整体的最长自振周期为1.75 s,表现为较柔性的结构体系,前2阶振型分别为Y、X向的平动,在2个主轴方向上具有相近的抗震性能。不同设防烈度下,结构的承载力最大值均为216.96 MPa,由风荷载控制,最大应力小于构件屈服强度。当设防烈度为8度（0.30 g）时,X向地震作用对构件的拉、压应力最大,分别为211.95和196.02 MPa。无地震参与的荷载组合中X向风荷载产生的位移最大,达到31.80 mm。在地震参与的荷载组合中,柱顶最大位移为61.84 mm,结构变形主要受地震荷载的影响,Y向地震作用超过同工况下X向地震作用约11.6%。结论表明,引进的荷兰温室在地震设防烈度不高于8度（0.30 g）时,构件始终处于弹性范围内,满足规范要求,但最大变形超过了中国建筑抗震设计对弹性层间位移角1/250的要求。最后,该文对中国农业温室结构设计标准的编制提出了一些建议。