仿驼步行足的研究

生活在沙漠地区的骆驼,不仅对沙漠环境具有很强的适应性,而且具有很好的通过沙地能力。本文通过对驼足结构、运动方式及对沙地作用等的分析,根据仿生原理,提出了仿驼步行的设计原理与方法,研制了仿驼足机构,并对其进行了试验。结果表明,此足性能良好,为开发步行车辆提供了依据。     

驼足运动特性试验研究

研究了骆驼在平坦沙地行走时驼足的运动特性。所得结果有利于揭示骆驼沙地高行走性能的优异本领,对于步行车辆步行足运动方式及腿足运动协调的合理设计具有指导意义。     

沙漠用仿驼蹄橡胶轮胎的设计与试验研究

研制沙漠轮胎是开发沙漠车辆的关键技术之一。根据仿生学原理,建立仿驼蹄轮胎原理模型并首次研制了仿驼蹄轮胎橡胶模型。进行仿驼蹄橡胶轮胎的参数设计,并在室内沙槽模拟台对仿驼蹄轮胎橡胶模型进行了试验研究。研究结果表明,仿驼蹄轮胎橡胶模型具有较高的沙地通过性。     

干旱荒漠区沙蒿种群根系生态特征研究

用全挖取样法研究了干旱荒漠区不同类型沙地上沙蒿种群的根系生态特征。结果表明,沙蒿根系总生物量在不同类型沙地上有所变化,其排序为流动沙地（122.43 g）〉封育沙地（106.35g）〉半固定沙地（90.15 g）;从根系分布深度看,在不同类型沙地上,沙蒿根系生物量集中分布在0-40cm土层中,占75%以上;沙蒿的主根生物量在0-20cm土层中最多,其根系生物量占全部根系生物量的比例在封育沙地为67.11%,流动沙地为53.52%,半固定沙地为62.48%;侧根生物量在封育沙地和半固定沙地中在0-20cm土层中最多,而流动沙地集中于20-40cm土层;在不同类型沙地上,沙蒿根系生物量与土壤含水量之间均相关紧密。     

干旱区土地利用和土壤改良及植被恢复方式对沙地养分的恢复效应

为研究干旱区土地利用、土壤改良和植被恢复方式对沙地养分的恢复效果,在乌兰布和沙漠东北缘开展试验研究。研究表明,土地利用方式和人为合理的经营活动对沙漠化土地肥力的恢复和提高有较大影响,在农业耕作制度中,其改土培肥效应以草田轮作最高,农作物套种次之,农作物单种最低;在荒漠沙地上种植农作物较果树更有利于保护土壤生态环境;在荒漠沙地上造林,应以防护林为主,不宜营造大规模杨树速生丰产林;在沙地上营造灌木薪炭林,可起到改良贫瘠沙地的功效;在沙地上种植沙打旺、草木樨和苜蓿均可有效的提高沙化土地肥力,以沙打旺效果最好,草木樨次之,苜蓿最差;在围栏封沙育草中,不同植物群落类型对沙地土壤改良效果有所不同,多植物群落优于单一植物群落。土壤氮磷比由高到低依次排序为白刺＋沙蒿＞沙蒿＋沙竹＞沙蒿＞沙竹＞小花棘豆＋沙蒿＞白刺＞小花棘豆,土壤氮磷比的高低主要取决于氮素水平。     

呼伦贝尔沙地沙化成因及防治研究

呼伦贝尔沙地是我国四大沙地之一,近年来由于自然因素加上人为不合理的活动,特别是过度放牧,使该沙地草场发生严重的退化、沙化,造成草场生产力的显著下降,制约畜牧业的健康发展。研究了沙地现状及扩展情况,分析了沙地形成的原因,由此提出治理呼伦贝尔沙地的主要措施以及合理利用草场的途径。     

不同植被覆盖防治土壤风蚀对比研究

通过对毛乌素沙地不同下垫面上风速、地表粗糙度、临界起沙风速、风沙流结构的观测,发现植被覆盖可以有效防止地表风蚀：植被盖度为40%的固定沙地近地表0.2 m高度平均风速比流动沙地降低45%,侵蚀风的持续时数降低83%,临界起沙风速提高70%,地表粗糙度提高190倍;当风沙流速度相同时,20%覆盖度的半固定沙地较流动沙地可平均降低输沙79.4%;而植被盖度为40%的固定沙地较流动沙地可平均降低输沙95.6%。实验证明,单株植物同样可以降低风速。疏透结构和透风结构的单株沙蒿分别可以使植株后0.5 m高度的风速较植株前方平沙地同高度的风速下降59.4%和19.8%。     

天然灌草植被防治土壤风蚀机理

通过对毛乌素沙地不同下垫面上风速、地表粗糙度、临界起沙风速、风沙流结构的观测,发现植被覆盖可以有效防止地表风蚀。植被盖度为40％的固定沙地近地表0．2m高度平均风速比流动沙地降低43％,侵蚀风的持续时数降低85％,临界起沙风速提高70％,地表粗糙度提高180倍;当风沙流速度相同时,20％覆盖度的半同定沙地较流动沙地可平均降低输沙62．33％;而植被盖度为40％的同定沙地较流动沙地可平均降低输沙93．07％。实验证明,单株植物同样可以降低风速。疏透结构和透风结构的单株沙蒿分别可以使植株后0．5m高度的风速较植株前方平沙地同高度的风速下降59．4％和19．8％。     

浑善达克沙地踏郎再生沙障研究

踏郎属多年生豆科植物,在沙地缓冲区用踏郎建立沙障,控制流沙向内部蔓延。浑善达克沙地东缘小流域内广泛分布有斑状沙地。由于风水交互侵蚀作用,给小流域治理带来了极大的困难。采用踏郎再生沙障技术,可提高小流域内的固沙效益,加快斑状沙地的植被营造速度,为该地区水土保持生态建设提供科技支撑。     

近地表风沙流结构对过渡带不同下垫面的响应

在塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲—沙漠过渡上选取流动沙地、半流动沙地和固定沙地3个典型下垫面,利用梯度集沙仪测定其近地表10cm的风沙流结构。结果表明,流动沙地地表0~1cm的沙粒百分含量随着风速的增大而减小;2~10cm的沙通量随着风速的增大其百分含量增加,1~2cm的沙通量存在一个稳定层,幂函数、指数函数和对数函数均能较好地反映其沙通量垂直分布特征,并可以利用风沙流结构来判定地表的蚀积状况;半固定和固定沙地地表由于受到植被盖度影响,其风沙流结构特征表现为近地表0~1cm沙通量较流动沙地少,2~10cm的沙通量百分含量较多,且每层沙通量与风速的相关性较差,稳定层在植被盖度的扰动下抬高或者消失,对数函数能较好地反映其风沙流结构特征,地表蚀积状况不可用现存风沙流结构地表蚀积公式来判定。     

提高松散土壤表层承载能力的试验研究

通过测取驱动轮下松散土壤的运动规律,和土壤的压板与三轴仪试验,从其结果分析表明:提高松散土壤表层承载能力的主要措施是限制轮下土壤的剪切流动。根据骆驼足具有增加接地面积和固沙作用,提出研制仿驼足型步行式车辆,为设计开发沙漠运输车辆提供根据。     

骆驼坡道运动特性试验分析

利用高速摄影系统和图像处理仪测试和分析了骆驼的的坡道运动特性。研究了骆驼坡道行走的运动步法、足印分布,以及骆驼运动参数随速度、坡度的变化规律。分析了骆驼坡道行走时腿、驼颈、驼体运动特性对提高坡道行驶能力的作用。所得结果对于促进步行车辆发展,尤其是步行车辆坡道行驶能力的提高具有现实意义。     

骆驼行走步态的实验与分析

为合理设计沙漠地区步行车辆行走机构及合理确定整车参数,采用高速摄影记录方法,对骆驼行走时的步法、形态及特点进行了一系列试验,经数据处理、绘制曲线、建立数学模型,研究了骆驼腿关节行走运动过程和步态规律。所获成果为步行运输车辆设计提供了理论依据。     

越沙步行轮仿生设计及动力学性能仿真

为提高车轮在沙土介质环境的通过性能,基于鸵鸟足趾结构形貌与运动方式,设计出一种仿生越沙步行轮。该步行轮通过轮脚中的定立柱和动滑块相互配合实现对轮下沙土的限流紧固功能,同时自适应带动轮刺机构进入附着牵引工作状态与离沙减扰非工作状态。采用多刚体动力学分析软件,预测了仿生越沙步行轮轮腿各部件之间的活动范围和干涉情况。采用离散元软件,分析了轮脚底面/沙土相互作用关系,验证了该仿生越沙步行轮具有良好的固沙限流、牵引附着性的特点。该研究为提高松软地面中步行机构的通过性能提供了参考。     

河北坝上低山区坡地灌丛沙堆表面土壤理化性质

[目的]揭示河北省坝上地区低山坡地不同坡向和坡位小叶锦鸡灌丛沙堆土壤理化性质变化规律,为坡地草地生态环境稳定提供理论依据。[方法]基于对山坡638个灌丛沙堆野外测量和86个室内土样分析的数据,运用地统计学和样品室内分析的方法。[结果](1)从低山坡脚到坡顶,灌丛沙堆pH值、粗砂、中砂和细砂总含量逐渐减少,粉砂、极细砂逐渐增加;有机质、全氮和全磷含量逐渐增加。(2)迎风坡不同坡位上灌丛沙堆表面颗粒中粗砂、中砂、细砂总含量大于背风坡相同坡位,极细砂和粉砂小于背风坡相同坡位。表面的土壤养分(有机质、全氮和全磷)为迎风坡坡脚大于背风坡坡脚,迎风坡坡中和坡顶的灌丛沙堆土壤养分含量小于背风坡坡中和坡顶灌丛沙堆,但是pH值变化与灌丛沙堆养分变化趋势相反。[结论]受坡位和坡向的影响,灌丛沙堆土壤理化性质空间分布具有一定的差异性。     

乌兰布和沙漠沿黄河区域下垫面特征及风沙活动观测

为明确乌兰布和沙漠沿黄河区域下垫面特征与风沙活动特点,该文对该地区的沙丘形态、粒度特征、风速、输沙率与风沙流结构及其相互关系进行了野外调查与室内分析。结果表明:研究区横向沙丘平均宽-高比约为12.75。沙丘表面平均粒径与分选系数呈现出由丘间地至落沙坡逐渐减小的趋势,偏度则呈现出增大趋势。沙丘各部位粒度累计分布曲线均为正偏、单峰态分布。在净风与起沙风环境下,仅丘间地与沙丘顶部风速廓线呈对数形式分布;迎风坡坡脚处风速廓线多呈幂函数分布;落沙坡与背风坡坡脚处风速廓线分布形式不统一。无论在高风能环境下还是低风能环境下,从丘间地至背风坡坡脚,沙丘断面近地表风速呈减小(至迎风坡坡脚),增大(迎风坡坡脚至丘顶),再减小(丘顶至落沙坡),再增大(落沙坡至背风坡坡脚)趋势。沙丘顶部是风沙活动最为强烈的部位,沙丘各部位90%以上的输沙量集中到10cm高度以下;沙丘各部位的风沙流结构均服从三次函数分布。最后,该文针对该区域下垫面与风沙活动的特点和危害,提出相应的防治对策,以期对该区域风沙危害的防治提供参考。     

沙地刚性轮构型仿生设计及牵引性能数值分析

为了提高车轮牵引性能,改善车辆在松散沙土介质环境的通过能力,该文以善于沙地奔跑的鸵鸟足部关键部位—足趾甲为仿生原型,通过仿生优化轮刺结构,设计出具有高牵引性能的仿生轮刺式沙地刚性轮,并以一种模拟月壤作为试验松散沙土介质材料,采用离散元软件PFC2D?的内置语言FISH和相关命令,建立了适用于非规则结构刚性轮的轮壤相互作用动态模拟系统,并获得试验验证。通过仿生轮刺式刚性轮与模拟月壤相互作用离散元模拟,并与矩形轮刺式刚性轮模拟结果对照,从轮下模拟月壤颗粒细观运动、接触力场、速度场以及车轮挂钩牵引力角度,验证了仿生轮刺式刚性轮具有优越的牵引性能,在车轮滑转率50%的稳定运行状态下,仿生轮刺式刚性轮的牵引性能可提高5.2%左右。该研究为提高刚性轮在松散沙土介质环境中的牵引性能提供了全新设计和研究手段。