基于分叉结构的穹顶温室试验与仿真优化

基于最优穹顶温室缩尺模型承力面面积比例分配计算得上3层横梁及竖梁相应荷载,在ANSYS中进行逐级静力仿真,与雪载模拟应变试验对比,结果表明,微应变与加载质量呈线性相关,试验相关系数为0.9932~0.9999,仿真相关系数为0.9948~1,仿真与试验微应变相对误差为1.840%～8.386%,仿真方法可靠。对1层横梁和竖梁在网格尺寸为10、12、16、18、20mm时进行静力仿真,结果表明,模型半径在0.24m时,适宜的网格尺寸为16～18mm。在ANSYS中,采用同样方法计算仿真加载值,对半径6m的穹顶温室12组方案进行初选、线性屈曲、力学校验（刚度、强度、稳定性）等逐步分析,得到共4层、第1层梁数为8、混合分叉结构为最优方案;对半径12、18m的穹顶温室最优结构进行屈曲仿真,结果表明,在水平荷载作用下1阶初始模态缺陷明显,在竖直、水平荷载作用下,非线性屈曲荷载平均为线性屈曲荷载的0.37、0.57倍,说明有必要对大跨度穹顶温室进行非线性屈曲分析,以保证其结构足够稳定;力学校验皆合格,且半径为6、12、18m温室的稳定性校验值在组合2作用下分别为组合1作用下的1.89、2.26、2.33倍,强度在2种组合作用下差别不大;与1152m2 Venlo型连栋玻璃温室相比,3种尺寸温室单位体积用钢量可节约40.11%～59.34%。     

地震作用下渡槽内水体响应三维数值模拟与分析

【目的】研究输水渡槽在地震荷载作用下的水体响应特性,为渡槽振动条件下的流固耦合分析及满溢风险评估提供指导。【方法】采用FLOW-3D三维仿真软件,从地震荷载作用方式、地震荷载频率、渡槽内水体流量大小3个角度出发,设置了3组数值仿真实验,并由仿真结果分析了渡槽水体在典型地震荷载作用下的响应特性。【结果】渡槽边壁在靠近自由液面处受到水体的垂直作用力最大,其数值为底部和中部的10倍以上;施加单一方向地震荷载时,水平方向地震荷载水体波动比竖直方向大2.5%;地震荷载频率增大,水体运动剧烈程度先增大后减小,在一定区间内存在使得水体响应最为剧烈的频率;流量增大,水体对边壁的垂直作用力最大值被削弱20%以上,但水体漫顶的风险也随之增加。【结论】在渡槽结构进行抗震设计时应考虑自由液面附近的渡槽边壁强度。此外增大渡槽流量会减小水体对边壁的作用力,但渡槽漫顶风险也随之增加。     

历经单调荷载历史混凝土动态受压损伤特性的研究

研究了历经不同单调荷载历史后混凝土试件在不同应变速率（10-5/s、10-4/s、10-3/s）下的动态单轴受压试验,对比分析了混凝土应力-应变全曲线,并采用改进后的Weibull统计模型分析了单轴受压损伤特性。试验结果表明：在相同荷载历史下,随着应变速率的提高,混凝土峰值应力及弹性模量明显增加,峰值应变变化不明显;在相同的应变速率下混凝土峰值应力、峰值应变和弹性模量随荷载历史幅值的增加而降低,历经85%的单调荷载历史幅值后,混凝土残余强度降低显著;当单调荷载历史低于某一槛值时,荷载历史对混凝土强度影响较小,但是加载历史高于某一槛值时,混凝土损伤变量随应变速率的提高而增加,混凝土极限抗压强度明显降低。     

基于振型分解反应谱法的重力坝三维有限元动力分析

重力坝的抗震特性是大坝安全的一个重要指标,在对某重力坝中孔坝段进行三维有限元静力分析的基础上,采用子空间迭代法对大坝进行模态分析,分析其自振特性,获取自振频率、自振周期及结构振型;并采用振型分解反应谱法进行动力计算,分析大坝的地震动力响应及其规律;最后按照"强度最不利应力叠加原则"将静态荷载和动态荷载作用下的反应进行组合,分析了坝体的综合反应。     

薄膜预应力对连栋塑料温室结构极限承载力的影响

以连栋塑料温室整体结构为研究对象,采用实物模型试验和有限元分析相结合的方法,探讨薄膜预应力对连栋塑料温室结构极限承载力的影响。在ANSYS 10.0软件中,采用温度载荷模拟预应力,通过对薄膜施加不同的温度载荷建立6种薄膜预应力下的连栋塑料温室结构模型,并对该模型进行雪载荷工况下的双重非线性屈曲计算。通过分析不同薄膜预应力下的载荷-位移曲线,研究了薄膜预应力对连栋塑料温室结构极限承载力的影响。结果表明,薄膜预应力不会影响连栋塑料温室结构的屈曲模态,但会使结构极限承载力减小17%~63%。     

外取水射流喷头与全射流喷头的比较

为了解决全射流喷头信号嘴不便调节及旋转不稳定的问题,对全射流喷头信号嘴取水方式及喷体结构进行改进,提出了一种新型射流喷头——外取水射流喷头.采用外部取水信号嘴可以更加方便、直观地进行调节,外部信号嘴又可以起到分水针的作用,促进高速水流的裂变,提高了喷洒的雾化程度以及均匀性.双喷体结构的采用减弱了喷头在工作过程中偏离铅垂方向的现象.选取PXH型全射流喷头进行对比试验.结果表明,相同压力下,外取水射流喷头的射程比全射流喷头增加2.5%左右,且平均雨滴直径减小0.5 mm左右,因此其雾化效果也更好.外取水射流喷头径向水量分布曲线呈"三角形",比全射流喷头更有利于组合分布.采用Matlab语言对喷头组合分布均匀性进行仿真计算,在方案所选间距中,提出工作压力分别为0.15,0.20,0.25 MPa时,外取水射流喷头正方形布置最佳组合间距为R,1.1R和R,组合均匀系数值分别为78.3%,83.9%和87.6%.     

基于ANSYS12.0的圆拱型连栋塑料温室结构分析与优化

针对圆拱型连栋塑料温室(LWSG1Z-6-3)结构安全性问题与经济性要求,分析了圆拱型连栋塑料温室所受荷载的传力路径,分析了圆拱型连栋塑料温室所受载荷的类型,分析了各类荷载的计算及其等效简化处理.基于ANSYS12.0,对以材质为Q235A的Φ80×4圆管为立柱和横梁、以材质为Q235A的Φ30×2圆管为弦杆的圆拱型连栋塑料温室进行了强度校核和分析,并得出了两个优化方向.最后以用钢量为目标函数对圆拱型连栋塑料温室进行了优化,优化后每平米能节省用钢量2.0727kg.     

玻璃温室夏季组合降温措施试验研究

本文详细阐述了夏季温室内几种主要组合降温措施,即自然通风+外遮阳系统、机械通风+外遮阳系统、湿帘风机+外遮阳系统和湿帘风机+外遮阳+屋顶喷淋系统等降温措施,与此同时对温室内的温湿度环境变化规律进行分析.结果表明,四种降温措施分别使温室内、外温度差分别为-0.6℃、-1.2℃、-3.6℃和-7.4℃,由此可见湿帘风机+外遮阳+屋顶喷淋系统降温效果最佳;温室内、外湿度差分别为-10.5%、-6.5%、8%和6.8%.     

基于离散曲率的温室CO2优化调控模型研究

提出了基于离散曲率算法的温室CO_2优化调控模型,通过设计嵌套试验采集温室不同温度、光照强度、CO_2浓度组合下的番茄光合速率,利用支持向量机回归算法(Support vector regression algorithm,SVR)构建光合速率预测模型;以预测模型网络为目标函数,采用L弦长曲率算法实现CO_2响应曲线离散曲率的计算,利用爬山法获得不同温度、光照强度组合条件的CO_2响应曲线曲率最大点,以此作为效益最优的调控目标值,进而基于SVR构建CO_2优化调控模型。结果表明,调控模型的决定系数为0. 99、均方根误差为4. 42μmol/mol、平均绝对误差为3. 17μmol/mol,拟合效果良好。与CO_2饱和点目标值的调控效果对比发现,理论上CO_2供需量平均下降61. 81%,光合速率平均减少15. 58%;验证试验中,相较饱和点调控下光合速率平均下降15. 14%,CO_2供需量下降57. 61%,相较自然条件下光合速率升高26. 70%。说明此温室CO_2优化调控模型具有高效节能特点,为设施作物CO_2高效精准调控和节本增效提供了理论基础。     

玻璃温室夏季单项降温措施的试验研究

详细阐述了夏季温室内的主要单项降温措施,即自然通风、机械通风、湿垫风机以及外遮阳等降温系统;同时,对温室内温湿度环境的变化规律进行了分析.试验结果表明,4种降温措施的温室内外温度差分别为1.1℃,0.4℃,-2.6℃和-1.2℃.由此可见:湿垫风机降温效果最佳,温室内外湿度差分别为-13%,-6%,8%和1%.     

可调式分土装置的设计及试验

针对垄作大葱收获分土阻力大问题,确定了可调式分土装置的结构,降低了分土作业时消耗的功率。装置由分土圆盘、支架、调节座等组成,可将葱垄两侧的土壤进行切割、抛送。借助Design-Expert8.0.6软件,以分土盘的距离、偏角、转速为试验因素,功率为指标设计正交旋转组合试验,确定距离、偏角、转速对分土盘功率的影响顺序为偏角>转速>距离。利用响应曲面对试验结果进行优化,得到分土盘低功耗的最佳参数组合,即距离为100mm、偏角为20°、转速为30r/min。通过田间试验验证了最佳参数组合分土盘的分土效果较好,分土功率均值为145.8W。     

基于Meta分析的黑龙江省水稻水土肥资源协同优化调配

水稻灌溉水量、氮肥和种植面积的高效管理有助于提升农业经济效益,提高资源利用效率和改善生态环境。以黑龙江省13个市（区）为研究区域,利用Meta分析量化不同灌溉方式和施氮量对水稻产量和温室气体（CO2、CH4、N2O）排放的影响,并建立水肥生产函数。在此基础上,以经济效益、温室气体排放量、水肥利用效率为目标函数构建多目标优化模型,以优化分配各地区的水肥资源,调整水稻种植面积。优化结果表明：控制灌溉和施加氮肥不同程度影响产量和温室气体排放,优化后水稻种植面积减少3.76%,水利用效率提高18.4%,灌溉水量均值为4513.54m3/hm2,氮肥施用量减少11%,氮肥利用效率提高32%,氮肥施用量均值为100kg/hm2;经济效益增加8.1%,温室气体排放降低10.6%。本模型可以量化表征区域尺度基于控制灌溉的水肥施用与产量及温室气体排放的响应关系,协同优化稻田水土肥资源最佳配比,平衡经济、温室气体排放和资源利用效率,有助于黑龙江省水稻不同目标间的水肥资源优化和种植面积调整,促进农业可持续发展,可为水稻水土肥资源优化与管理提供参考。     

温室气体排放与番茄产量对水肥气耦合的响应机制研究

为探求温室番茄节水减排优产的灌溉模式,以番茄（金鹏8号）为研究对象,设置I1和I2（对应作物-皿系数kcp为0.8和1.0）2个灌水水平,F1和F2（对应施氮量180kg/hm2和240kg/hm2）2个施氮水平,A1、A2和CK（1倍和2倍文丘里加气量,不加气CK作为对照处理）3个加气水平,采用3因素完全随机设计,共10个处理,每个处理重复3次,采用静态暗箱-气相色谱法对番茄全生育期温室气体排放进行监测分析,探究土壤CO2、N2O、CH4排放与番茄产量的变化规律;分析灌水水平、施氮水平和加气水平对温室番茄产量和温室气体排放的影响,综合全球净增温潜势（Net global warming potential, NGWP）和温室气体排放强度（Greenhouse gas intensity, GHGI）,提出以节水减排高产为目标的温室番茄水肥气一体化滴灌管理模式。结果表明：灌溉水平和施氮水平增大均会增加土壤CO2、N2O排放通量,I2处理较I1处理平均增加24.8%（P<0.05）与14.8%（P>0.05）,F2处理比F1处理平均增加8.6%（P>0.05）与34.9%（P<0.05）;加气灌溉对土壤CO2、N2O排放通量有显著影响,与CK处理相比,A1和A2处理分别平均增加5.5%、10.0%（P>0.05）和20.9%、62.9%（P<0.05）。番茄全生育期内土壤CH4排放通量呈现土壤为CH4的汇,灌水水平增大会增加土壤CH4排放通量,而施氮水平增加则会减小CH4排放通量,I2处理比I1处理平均增加27.8%（P<0.05）,F2处理比F1处理平均减少25.5%（P<0.05）;加气、施氮和灌水会显著增加番茄产量（P<0.05）。综合考虑经济因素和生态因素,A1F2I1处理效益最佳,即加气水平A1、施氮水平F2、灌水水平I1的组合策略可以兼顾节水优产减排要求,为西北地区温室番茄较优灌溉模式。     

塑料大棚结构承载特性的分析研究

为确定塑料大棚结构的实际承载特性,对普通单栋管棚温室进行分级加载的结构试验,通过实验测定加载过程的应力应变与位移量,直至结构失去抵抗力.对试验数据进行分析,它反映出塑料大棚结构承载经历线弹性、大位移、材料弹塑性、屈曲失稳破坏阶段.在考虑结构在上述不同阶段的受力特征,建立了非线性有限元模型,追踪结构受力的平衡路径,其理论计算值与实验数据在承载各阶段均取得较好一致性.     

重组大肠杆菌R25_4产β-环糊精葡萄糖基转移酶摇瓶发酵条件优化

以前期构建的一株能在胞外分泌表达β-环糊精葡萄糖基转移酶工程菌E.coliR25_4为出发菌株,利用响应面法对其发酵工艺条件进行优化。根据Box-Benhnken中心组合设计原理,在单因素试验基础上采用4因素3水平的响应面分析法,确定重组大肠杆菌R25_4最佳发酵条件为:初始pH值5.8,发酵温度30.7℃,接种量5%,250mL三角瓶装液量为50mL的条件下,204r/min的摇床震荡培养96h。经过优化,β-环糊精葡萄糖基转移酶产量可达3707.33U/mL,比初始条件下提高了1.25倍。     

猪场污水预贮存池的温室气体排放监测

猪场污水贮存过程中会产生大量温室气体,为测定污水预贮存过程中的温室气体排放情况,该实验利用静态箱法对四川某猪场的三格式污水贮存池进行了温室气体排放情况的监测。试验结果表明:一、二、三级贮存池温室气体CO2排放当量分别为555 g·m-2h-1,555 g·m-2h-1,279 g·m-2h-1,经过分级贮存后,温室气体排放明显减少;3个贮存池排放主要的温室气体均是CH4,其CO2排放当量分别为522 g·m-2h-1,526 g·m-2h-1,266 g·m-2h-1。CH4的贡献率分别达到94%,95%,95%,控制污水贮存过程中的CH4排放是温室气体减排的重要方法。     

基于RSM和GA的温室风送式弥雾机喷雾效果优化分析

为了研究不同喷雾参数优化方法对温室风送式弥雾机喷雾效果的影响,在试验的基础上,分别运用二次多项式回归和BP神经网络,建立了温室风送式弥雾机喷雾分布均匀性响应面模型.结果表明: BP神经网络响应面模型的相关系数、均方根误差分别为0.987 1,0.134 0,而二次多项式响应面模型的相关系数、均方根误差分别为0.928 2,0.215 9,BP神经网络模型较高的相关系数和较低的均方根误差说明其拟合精度较高;对二次多项式回归模型寻优,预测的雾滴分布变异系数最小值为1.47%,实际值为1.58%;采用BP神经网络协同遗传算法寻优,雾滴分布变异系数预测值和实际值分别为1.21%,1.28%;表明在喷雾参数优化中,基于BP神经网络的遗传算法比二次多项式响应面法具有更好的准确性.      

河南省钢骨架塑料大棚拱架结构标准化设计研究

为促进河南省塑料大棚的标准化发展,科学指导其设计和建造,以《温室结构荷载设计规范》中规定的河南省18个地区钢骨架塑料大棚为研究对象,利用Ansys Workbench软件分别建立了不同跨度下(8、10、12、14 m)7种常用拱架材料设计的塑料大棚模型,对比了河南省18地区不同跨度不同拱架材料塑料大棚在不同荷载组合下的节点最大应力,筛选出控制荷载和最不利荷载组合,然后利用最不利荷载组合下的承载能力极限状态验算了其安全性,给出了河南省塑料大棚拱架材料规格选型建议。结果表明：河南省18地区中,栾川、南阳、商丘和固始4地塑料大棚的控制荷载是雪荷载,最不利荷载组合为永久荷载+1.2×不均匀雪荷载,其他14地区塑料大棚的控制荷载为风荷载,最不利荷载组合为永久荷载+1.0×风荷载。在河南省18地区中,风荷载是塑料大棚的首要不利荷载,对塑料大棚的安全性影响最大,其次是雪荷载。在建立24个塑料大棚模型,模拟计算河南省18地区最不利荷载组合的节点最大应力,共432组安全性验算分析的基础上,提出了适用于河南省18地区不同跨度塑料大棚不同风荷载等级下的材料规格选择建议,具有广泛的适用性。     

滴灌三角形迷宫滴头水力性能稳健性分析

由于滴灌滴头流道曲折复杂,各种结构参数都不同程度地影响着滴头水力性能,滴头水力性能分析时,很难建立显式的解析模型.为此提出基于移动最小二乘响应曲面法建立滴头水力性能可靠性指标对应结构影响参数的灵敏度分析模型.结果表明,滴头流道流量系数的可靠度对流道长度和流道宽度的均值灵敏性较强,对流道转角的均值灵敏性较差;滴头流道流态指数的可靠度对流道宽度和流道转角的均值灵敏性较强,对流道长度的均值灵敏性较差;基本变量标准差的增加会降低滴头流道流量系数和流态指数的可靠度.基于移动最小二乘响应曲面滴头水力性能可靠性灵敏度分析结果与通常的定性分析结果一致,验证了本方法的有效性.     

基于MATLAB全射流喷头组合喷灌计算模拟

对国内原创全射流喷头组合喷灌进行研究后,提出了一种分析处理喷头水量分布数据以实现三维可视化编程的方法.研究表明,MATLAB语言可以方便可靠地将喷头径向水量分布数据转换为网格型数据,并绘制出单喷头和喷头组合的三维水量分布图.通过插值叠加求出各网格点总降水深,求出不同组合间距系数下的全射流喷头组合均匀系数,实现计算结果可视化.根据模拟分析,提出了组合间距系数值：正方形布置时为1.2,各喷头均匀系数平均值为82.4%;三角形布置时为1.5,各喷头均匀系数平均值为85.7%.另外认为,MATLAB语言编程进行喷头喷洒分析具有功能强大,方便快捷,可视性强等优点,适用于任何喷头水量分布的分析.