基于分形理论的平面磨削粗糙表面接触刚度的研究

为了更加准确地预测平面磨削表面的接触刚度,本文提出一种基于分形理论接触刚度的计算方法。采用分形表面对砂轮的表面形貌进行表征,结合机床运动学与切削理论,实现了平面磨削表面形貌的仿真,并采用有限元方法对平面磨削仿真表面进行接触分析。最后探讨了砂轮表面形貌参数分形维数与尺度系数对平面磨削粗糙表面接触刚度的影响。仿真结果显示,平面磨削表面接触刚度的数值随着接触压力的增大而逐渐增大,两者之间呈现非线性关系并且不同分形参数下的变化趋势相同;在相同接触压力的条件下,平面磨削表面接触刚度随分形维数的增大而逐渐增大,随着尺度系数的增加而逐渐减小。     

生物质传感器的有限元分析与测试

针对生物质传感器的电容式检测单元设计前期结构如何选型的问题,利用有限元方法对基本交指型、极化交指型、半交指型和固态电极传感器设计4种检测单元结构进行模拟和对比。结果显示:虽然极化交指型传感器设计产生的电容响应值只有基本交指型设计的7%,但电容变化率(0.99%)却是基本交指型设计的100倍。半交指型和固态电极型是对极化交指型的优化设计,当秸秆-传感器间距为1.5 cm时,半交指型和固态型的电容变化率分别为1.32%和1.26%,两者差异不大;相对于半交指型固态电极型的结构更为简单,因而选择固态电极型设计制作传感器的物理原型。实际田间测试结果表明,该物理原型可以有效地鉴定秸秆的存在。     

基于COMSOL的气敏薄膜初始电阻模拟计算

叉指电极可有效降低金属氧化物半导体气敏薄膜的测试电阻,有利于薄膜气敏性能的测量,已广泛用于薄膜型气体传感器上。而叉指电极的尺寸不仅会影响传感器表面的热量分布,也会对薄膜初始电阻造成影响。提出了解微分方程法计算叉指电极上气敏薄膜的初始电阻,推导了计算薄膜初始电阻的微分方程,采用COMSOL软件中的AC/DC模块,对特定尺寸叉指电极上的气敏薄膜在不同工作温度时初始电阻进行了仿真,并与实验进行了对比,证明了该方法的可行性。     

拨指式钙果扶禾试验台的设计与试验

[目的]钙果机械收获中存在因钙果枝条倒伏造成机械收获过程中采净率低、破损率高等问题。[方法]本文设计了拨指式钙果扶禾试验台,并对其工作过程及关键部件进行了理论分析。以仰角、偏角、扶禾速比、拨指间距为影响因素,采净率、破损率为评价指标进行试验研究。[结果]单因素试验结果表明,随着仰角的增大,采净率先增大后减小,破损率呈下降趋势;随着扶禾速比的增大,采净率呈明显上升趋势,破损率先减小后增大;随着拨指间距的增大,采净率先增大后减小,破损率先减小后增大;偏角对采净率、破损率均无显著影响。正交试验结果表明,各因素对采净率影响的主次顺序为仰角、扶禾速比、拨指间距,对破损率影响主次顺序为扶禾速比、仰角、拨指间距。以采净率最大、破损率最小为优化目标,得到最佳参数组合:仰角50°、扶禾速比4、拨指间距160 mm,并进行台架验证试验,得到采净率96.77%、破损率4.79%。[结论]该研究可为钙果收获机械的结构及作业参数设计、优化提供参考。     

PPy/Pani复合型导电高分子超级电容器的研究

采用恒电流法在聚吡咯(PPy)和聚苯胺(Pani)的相应单体溶液中制备了PPy和Pani的复合型导电高分子膜电极. 根据循环伏安曲线、充放电曲线和电化学阻抗谱,研究了超级电容器的电容性能. 结果表明, 聚合顺序对复合型导电高分子膜电极的电容性能有很大影响, 以PPy为底层的复合型电极的电容性能远高于其他复合型电极或单层膜电极. 不锈钢/PPy/Pani和不锈钢/PPy/Pani/PPy电极的比电容分别高达196.08 F/g和212.53 F/g.     

绝缘层厚度对孔电解加工稳定性和精度的影响

通过对孔电解加工中加工间隙的电场和流场仿真,研究了电极绝缘层的涂覆尺寸特征对小孔加工性能的影响.进行了管电极电解小孔的试验,得到了理想的绝缘层厚度参数.试验和仿真均表明, 增大绝缘层厚度可以减小孔的侧面腐蚀面,并使孔圆度有所增加,同时提高了加工过程的稳定性,但过大的涂覆厚度易出现打火甚至加工短路.     

黄河下游河道地貌分形分维特征研究

黄河下游河道地貌特征是影响河流水动力地质作用和悬河稳定性的主要因素之一,本文首次采用遥感与GIS相结合的方法对黄河下游河道地貌进行了定量的分形分维研究.研究结果表明:①度量尺度由0.1km增大至100km,河床的分形弯曲度随由1.54减小为1.11,且不同河段的分形弯曲度不同;②河床浅滩数量与大小呈单对数线性相关关系,但是由1986年至2000年表现出规律性变化;③悬河的稳定性随不同河段河床分维值D值的增大而降低.     

库尔勒香梨电学参数检测基础研究

以塔里木大学香梨园的香梨为材料,在不同夹持力和电极尺寸下,研究香梨电学特性并联等效电感、并联等效电容、品质因数、阻抗随夹持力和电极尺寸变化间的规律。结果发现,随着夹持力的增加,不同电极尺寸下测量获得的并联等效电感逐渐增大、增大幅度先大后小;并联等效电容、品质因数、阻抗均逐渐减小,减小幅度先大后小,各曲线变化情况大体一致。在不同电极尺寸下,随着夹持力的增大并联等效电感逐渐增大;并联等效电容、品质因数、阻抗逐渐减小,各曲线变化情况大体一致。综合分析:夹持力和电极尺寸的变化对香梨电学特性有一定的影响,而夹持力对电学特性的影响比较显著。研究结果可为库尔勒香梨电学特性的检测研究提供理论依据。     

超导陀螺转子偏移建模与测试方案

根据球形差动电容传感器测量微位移的原理,针对八电极结构的超导陀螺仪分析了每对测量电极上悬浮转子偏移量与电容变化量间的关系.通过无量纲化和微位移范围内线性化处理及利用最小二乘算法,建立了转子偏移测量模型.给出了基于该模型的超导陀螺转子偏移测试方案及其各参数间的关系.分析了影响陀螺转子偏移测量精度的因素.超导陀螺转子偏移测试方案的特点是为保证悬浮转子的零电位而采用4对测试电极的电极分布法,能同时测量出转子偏移的大小和偏移方向.实验结果表明,差动电容传感器的分布电容、陀螺转子的零电位和模型误差等是影响测量精度的主要因素.提出了降低相应因素不良影响的方法及输出电压与转子偏移量呈线性关系模型的适应范围.     

原油管道冷热交替输送的安全性计算

应用理论计算模型,基于某原油管道的基础参数、管材特性、土壤类型和冷热交替输送的运行参数,对典型管段进行管道温度、压力载荷作用下的结构分析、静态强度校核、稳定性分析及疲劳寿命计算,结果表明:管道的径向稳定性、轴向稳定性、直管强度、弯头强度均满足运行要求;管道含平面缺陷和深埋缺陷的疲劳寿命均随管径的增大而缩短,随压力波动幅度的增大而缩短,随缺陷深度的增大而缩短.研究成果可为冷热交替输送的原油管道前期设计提供借鉴,对其运行安全性提供校核.     

Graphene double-layer capacitor with ac line-filtering performance

Electric double-layer capacitors (DLCs) can have high storage capacity, but their porous electrodes cause them to perform like resistors in filter circuits that remove ripple from rectified direct current. We have demonstrated efficient filtering of 120-hertz current with DLCs with electrodes made from vertically oriented graphene nanosheets grown directly on metal current collectors. This design minimized electronic and ionic resistances and produced capacitors with RC time constants of less than 200 microseconds, in contrast with ~1 second for typical DLCs. Graphene nanosheets have a preponderance of exposed edge planes that greatly increases charge storage as compared with that of designs that rely on basal plane surfaces. Capacitors constructed with these electrodes could be smaller than the low-voltage aluminum electrolyte capacitors that are typically used in electronic devices.     

南方稻麦轮作系统下小麦根系的三维分形特征

【目的】根构型直接影响作物的水肥吸收,而定量根构型的相关指标多局限于二维分析,缺乏有效的3D分析指标。论文探讨计算分析根构型3D特征的指标与操作方法,用于定量稻麦轮作制不同耕作方式对小麦根构型的影响。【方法】使用自制的根构型数字化仪,测取田间小麦根系的真实空间拓扑数据,获得根系构型的空间坐标。然后运用Matlab编程实现小麦根构型拓扑数据的虚拟重构,令虚拟根系再现实体根系的空间拓扑。结合分形理论与软件的计算分析功能对虚拟根构型进行分形维计算,分别获取3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D平面分形丰度和单株总根长5个特征指标,以此表达小麦根构型在不同年度、不同耕作方式处理下的时空动态。同时建立不同年度及耕作处理下单株总根长动态与根构型3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D平面分形丰度间的相关关系。【结果】研究发现随着作物生长期的变化,不同年份及不同耕作处理下的小麦根构型指标都表现出稳定增长的趋势。不同之处在于2010—2011年度的小麦根构型指标平稳增长,而2011—2012年度的根系生长速率变化较为剧烈。对比两个年度间的小麦根构型指标发现,免耕和旋耕两种耕作方式对小麦根构型的影响效果相反,在2010—2011年度,旋耕处理方式下的根系指标优于免耕处理方式,而在2011—2012年度,免耕处理方式下的根构型指标表现更优。对于作物生长前期(0—98 d)而言,年度变化引起的根构型指标差异显著大于耕作处理引起的差异,在作物生长后期(98—112 d),年度变化和耕作处理方式对小麦根构型指标的影响较为相近。对比小麦根构型的3D分形维指标和平面分形维指标发现,3D分形维明显区别于平面分形维,这表明根系的三维分形是根构型的必要分析指标。在不同的年度与耕作措施下,单株小麦的总根长与3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D分形丰度都满足指数模型,且显著相关,说明年度因素和耕作措施仅是影响模型的常量参数项。【结论】由计算机软硬件结合分形理论构建的田间小麦根构型的可视化和定量化分析手段是实现小麦根构型精确分析的保证,该分析过程真实再现了田间小麦根构型的时空动态。3D分形指标可以准确定量作物根构型真实的时空动态,在进行根系生长策略的选择及根土关系优化时需要考虑到田间作物根系的实际生长条件和耕作制度。     

北京明长城森林景观空间结构的分形特征及稳定性

为了从整体上了解北京明长城沿线森林景观空间结构的分形特征及稳定性状况,基于分形理论,以北京市长 城普查数据和近期森林资源调查数据为主要数据源,以北京境内明长城两侧3 000 m 范围内的森林景观为研究对 象,在对研究区各景观类型的周长和面积统计的基础上,又对各景观要素类型斑块形状指数及周长-面积的标度和 频度关系进行了定量分析,并结合分维数以及稳定性指数对各景观要素类型的分形特征和稳定性进行研究分析。 结果表明,研究区内各景观要素类型斑块形状指数以及周长-面积的标度和频度关系是客观存在的。周长和面积 统计表明,研究区以有林地和灌木林地为主,二者面积比重之和达83.38%,而疏林地和无立木林地景观面积比重 较少,分别为0.76%和0.36%。平均斑块形状指数、分维数以及稳定性指数分析表明,农地和其他用地景观的斑块 形状最为不规则,复杂程度最高,空间占据程度最大,稳定性最低,而疏林地斑块形状最规则,稳定性最高。其中, 农地景观稳定性指数为-0.086 7,表现为在其复杂形态下的一种稳定性。从整体上看,研究区自然景观斑块形状 较人文景观更为规则,稳定性更高。地形地貌和人为干扰是影响景观斑块形状和稳定性的主要因子。      

Laser scribing of high-performance and flexible graphene-based electrochemical capacitors

Although electrochemical capacitors (ECs), also known as supercapacitors or ultracapacitors, charge and discharge faster than batteries, they are still limited by low energy densities and slow rate capabilities. We used a standard LightScribe DVD optical drive to do the direct laser reduction of graphite oxide films to graphene. The produced films are mechanically robust, show high electrical conductivity (1738 siemens per meter) and specific surface area (1520 square meters per gram), and can thus be used directly as EC electrodes without the need for binders or current collectors, as is the case for conventional ECs. Devices made with these electrodes exhibit ultrahigh energy density values in different electrolytes while maintaining the high power density and excellent cycle stability of ECs. Moreover, these ECs maintain excellent electrochemical attributes under high mechanical stress and thus hold promise for high-power, flexible electronics.     

基于RS／GIS的阜康市土地利用类型分形研究

以阜康市为例,在遥感和地理信息系统技术的支持下,利用土地利用类型结构的分形模型,计算了阜康市各土地利用类型斑块的分维数和稳定性指数。结果表明：阜康市各土地利用类型斑块的面积-周长双对数关系显著,即阜康市土地利用类型空间分形结构客观存在;各土地利用类型图斑的分维数存在差异,分维数最大的是城乡工矿居民用地,为1.4096,最小的是耕地,为1.0986;在各土地利用类型的稳定性指数中,耕地的稳定性指数最高,为0.4014,城乡工矿居民用地的稳定性指数最低,为0.0904;各土地利用类型的平均分维数为1.2403,偏离随机运动值较大,说明土地利用类型总的趋势是比较稳定的。     

西南地区水耕人为土分形特征及与土壤属性的关系

通过分析水耕人为土颗粒分形维数与土壤质地、耕性、土壤有机质、全N、P、K、pH、CEC等的关系,探讨利用土壤颗粒分形维数作为水耕人为土分类指标的可能性.结果表明:西南地区26个水耕人为土的土壤颗粒分形维数介于2.6175～2.9109之间,平均值为2.8199,土壤颗粒分形维数可作为土壤质地与土壤表面积的综合性定量化指标.适宜耕作的10个土种(2号除外)分形维数介于2.7018 ～2.8116,不适宜耕作的16个土种(23号除外)分形维数介于2.8353 ～2.9109之间.土壤分形维数可表征水耕人为土的质地、成土母质、肥力特征、耕性等,土壤颗粒分形维数可作为水耕人为土分类,尤其是基层分类的一个重要指标.     

不同丹参种植区土壤水稳性团粒分形维数与基本特性的关系

[目的]研究土壤水稳性团粒分形维数及其与团粒基本特征之间的关系,为防止土壤退化、减少土壤侵蚀提供理论指导。[方法]利用分形理论对山东、河南和四川等丹参主要种植区根际、根间和空白土壤水稳性团粒的分形特征进行分析。[结果]河南栾川土壤根际、根间土壤水稳性团粒分形维数最小,四川集凤空白土壤水稳性团粒分形维数最小,河南栾川次之;根际土壤水稳性团粒的分形维数为2.569 0～2.937 7,根际土壤分形维数与<0.25 mm粒级团粒含量呈0.01水平显著正相关;根间土壤团粒的分形维数为2.694 0～2.942 8,根间土土壤团粒分形维数与1.00～0.50、<0.25 mm粒级团粒含量呈0.01水平显著相关;空白土壤团粒的分形维数为2.709 6～2.965 1,空白土壤分形维数与<0.25 mm粒级团粒含量呈0.01水平显著正相关。[结论]土壤水稳性团粒分形维数与粒径>0.25 mm土壤水稳性团粒总量、稳定性系数呈负相关。     

公路网规划整体性评价的分维数法初探

基于分形几何学理论，构建了公路网的分维数概念，并将其应用于公路网规划整体性评价．利用公路网的几何特征揭示了公路网进步的情况．这种描述既可以反映出路网密度指标的特征以及路网分布的均匀程度，又能直接反映路网技术等级的层次性．与借助于加权、模糊折算等方法作间接的人为处理等通常的方法相比较，本方法描述能力更强．对广西壮族自治区近年来公路网建设的整体性评价显示了该方法的有效性．     

任意结构形状的电容传感器原理和数学模型

在木材工业中,木材含水率检测应用的单一平面电容传感器都是采用大量实验或近似数学模型实现检测的,难以控制和分析误差。鉴于此,并根据木材的介电常数与其含水率存在着一一对应的关系,该文研究了用于测量介电常数、具有任意几何结构形状的电容传感器。利用静电场及静电场中的导体和电介质的性质等相关理论,在电极和被测物处于任意几何结构形状和任意空间相对位置的状态下,建立了测量介电常数的电容传感器的精确数学模型。以经典物理学中已知结果的球形电容传感器为算例,得到了与传统电磁场理论中完全一样的结果,验证了所建立数学模型的正确性。      

豫东平原盐碱地土壤颗粒分形特征

运用土壤颗粒分形维数模型,以河南大学明伦校区土壤为供试材料,分析了豫东平原盐碱地土壤颗粒的分形维数及其与土壤盐度、肥力指标的关系。结果表明:土壤颗粒分形维数介于2.556 2~2.796 3,平均值为2.714 4,土壤细颗粒物质越多,土壤颗粒分形维数越高;土壤盐度与土壤颗粒分形维数呈显著正相关;土壤颗粒分形维数与土壤阳离子交换量(CEC)呈显著正相关,与土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾则均呈负相关。结合盐碱土的土壤性状,土壤颗粒分形维数可用作分析、评价盐碱土壤退化的定量指标之一。