拓扑优化方法在面板堆石坝分区设计中的应用

面板堆石坝因其经济、可靠、广泛适应性和环保等显著优点受到坝工界的欢迎,但面板坝尤其是高面板坝普遍存在面板断裂问题。故因面板断裂而造成的面板坝事故实例很多。面板断裂的主要原因之一是坝体内坝料分布不合理使得坝体与面板在自重与水压力作用下变形差异较大,因此,坝料在坝体内部的布局亦即坝料分区设计极为重要。该文以天生桥一级混凝土面板堆石坝为例,以坝体刚度最大为目标,根据坝料切线模量的差异,将坝料分为多种材料,建立材料集合,采用连续体拓扑优化方法优化出高面板坝坝料的布局方案,从而克服以往完全依赖经验给出的分区设计缺陷。另外,在优化分析中,以单元的材料号作为设计变量,同时基于准则法给出了设计变量的更新方案,即应变能密度大的单元须具有高模量材料。规避了传统梯度法或遗传算法无法解决离散设计变量数目庞大的困难。为确保算法稳定,本方法迭代过程中每次仅更新不超过5%的总单元数的材料号。结果表明,优化后的材料布局与传统分区存在明显差异:高模量材料分布在上游下侧、各种材料分布随模量依次自上游向下游变化、材料边界坡比均不低于1:0.8。与原设计相比,优化后的面板在水压力作用下变形小,分布均匀,有利于阻止面板发生断裂。从而证明该方法可为此类工程实践提供具有理论基础的参考设计。     

Micromorphology of the petals of the invasive weed,Oxalis pes‐caprae

The alien, seedless Oxalis pes‐caprae has spread and colonized many areas of the Mediterranean Basin, relying on vegetative reproduction. The flowering of O. pes‐caprae is greatly accelerated by its exposure to sunlight. When the sun is shining, both sides of the petals of the funnel‐shaped, open flowers of O. pes‐caprae are exposed to the ambient conditions. In cloudy weather, only some portions of the abaxial petal surfaces of the trumpet‐shaped, closed flowers of O. pes‐caprae are exposed to the ambient conditions. The micromorphology of the petals of O. pes‐caprae was imaged by using light, scanning and atomic force microscopy. In O. pes‐caprae, conical cells are found only on the adaxial epidermis of the petals, which also consist of a narrow mesophyll with a loosely arranged parenchyma and convex cells on their abaxial epidermis. High‐resolution imaging of the petal surfaces, using atomic force microscopy, revealed that the epidermal cells are further ornamented by submicron sculptures, indicating a different roughness, density, and arrangement of the folds between the adaxial and abaxial sides of the petals. Submicron sculpturing increases the surface area of the adaxial epidermal cells of the petals and the distances between the folds are almost equal to the visible waveband. On the abaxial epidermal cells, the distances between the folds are smaller than the subwavelength spectrum. The high and the negligible values of roughness that were obtained on the adaxial and the abaxial surfaces might facilitate the capture and the reflection of light, respectively.     

森林资源动态变化的时空拓扑分析

森林资源是一种动态变化的可再生资源,在地理信息系统中表现为空间位置和属性特征随时间发生变化。分析了森林资源动态变化的原因,描述动态变化过程中时间信息以及空间形态和属性特征的变化特点,在此基础上分析森林资源动态变化的时空拓扑关系,结合森林资源小班不会出现交叉、重叠的现象,空间拓扑变化只包括相离和相会的变化。时态拓扑变化先考虑同一时刻小班变化的时态拓扑变化,再结合发生变化的时间先后关系,综合考虑不同时刻小班变化的时态拓扑变化,这样可以简化时态拓扑变化的分析。     

4-氨基-3,5二-（4-吡啶基）-1,2,4三-氮唑-Cu（Ⅰ）配合物的溶剂热合成及结构表征

采用CuBr与4-氨基-3,5-二（4-吡啶基）-1,2,4-三氮唑配体（4-abpt）在溶剂热条件下合成了配合物[CuBr（4-abpt）],并用红外光谱、元素分析及X-射线单晶衍射对其进行了结构表征.结果表明,该配合物中Cu（Ⅰ）呈现四面体配位几何,4-abpt采取μ3-桥连模式与μ3-Cu（Ⅰ）在ab平面形成了具有（4.82）拓扑结构的[Cu-（4-abpt）]层,相邻层间通过N-H…Br氢键作用和π-π堆积构筑成三维超分子网络.配合物结晶于单斜晶系,P2（1）/n空间群,a=0.768 97（6）nm,b=1.332 70（10）nm,c=1.263 38（9）nm,β=91.388（2）,V=1.294 34（17）nm3,Z=4,S=1.050,R1=0.023 1,wR2=0.056 7[I〉2σ（I）].     

以“数字校园网络”建设为基础全面推进教育信息化进程

河北农大校园网采用当前主流的TCP/IP协议,坚持统筹规划、分布实施的原则,遵循计算机和网络技术的发展规律,集合网络办公、网络教学以及共享资源等一系列化的网络技术,为全校师生提供了一个信息服务的平台。随着计算机技术和网络通信技术的发展以及学校网络应用需求的不断变化,河北农业大学校园网将完善信息网络基础设施建设,扩大服务范围和内容,优化数据中心,建立更为完善的网络管理和安全保障体系,实现校园网用户的统一认证和管理。     

猪繁殖与呼吸综合征病毒E蛋白研究进展

猪繁殖与呼吸综合征(PRRS)是由猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)引起的高度接触性传染病,主要引起母猪繁殖障碍,表现为妊娠后期流产、死胎、木乃伊胎及弱仔。E蛋白是由ORF2b编码的一个非糖基化结构蛋白,分子质量约10 ku,具有影响病毒复制的作用,促使病毒粒子脱壳,但对病毒的装配不起作用,认为具有离子通道蛋白活性。作者就E蛋白的特性、亚细胞定位和拓扑结构、离子通道活性作一综述。     

基于实测载荷的蔬菜田间动力机械车架结构优化

蔬菜田间动力机械作为一种新型机器,可以实现不同的收获前机械化作业,车架在田间作业时受到各种载荷作用,会伴随有动载荷影响,有必要对车架进行强度研究与优化设计。研究了其车架基于田间实测应变数据的多目标拓扑优化设计方法。利用HyperWorks软件对该车架进行有限元分析,得到了静应力分析条件下的应力分布,并确定车架的疲劳损伤热点;在数据分析基础上,粘贴应变片,组建动态应变测试系统,采集蔬菜田间动力机械典型作业工况下的载荷时间历程;对实测的应变时间历程数据进行预处理,分析车架在相应工况下的受力情况;利用nCode软件编制载荷谱,进行车架的疲劳分析与寿命预测,以此为基础提出了拓扑优化,构建了综合多种工况、以车架应变能和动态低阶固有频率为响应的多目标拓扑优化数学模型,进行轻量化设计。试验结果表明,车架的交叉焊缝处的疲劳寿命为7.5×104h,为15个测点中最短疲劳寿命,满足使用寿命要求,车架整体结构强度设计过剩。优化后的车架质量减小443.55kg,减轻了53.47%。     

基于ABAQUS的喷雾机喷杆结构拓扑优化

喷杆喷雾机在田间正常作业时,由于地面不平产生的激励会传递到喷杆上,导致喷杆的振动问题。为此,对一种喷杆结构进行了拓扑优化,从喷杆的内部材料布局出发,得到最合理的喷杆材料分布,通过优化喷杆自身的结构来改变喷杆的固有频率,使喷杆的固有频率远离激振源的共振频率区间。以材料的畸变能密度为优化目标,在ABAQUS软件中采用变密度法对初始喷杆结构进行了结构拓扑优化设计,并对优化前后喷杆结构的动力学特性进行了比较,验证了此次拓扑优化的合理性。结果表明:在该喷雾机喷杆的质量减少16.3%的情况下,喷杆的1阶固有频率增加了9.56Hz,有效避开了激振源的频率区间,减轻了喷杆的振动。本文可为喷雾机喷杆的动力学特性研究与结构优化提供理论依据。     

地形复杂气田多级星状集输管网拓扑优化

气田集输系统为多级网络结构,通常采用分级优化的方式进行设计,且在计算过程中忽略地形起伏,将障碍物区域简化为平面凸多边形,其计算结果与工程实际相差较大。为了优化设计方案,以管网总长度最短为目标函数,将不同级别站点间的隶属关系、处理量、空间位置限制作为约束条件,建立了多级星状集输管网整体优化模型。在模型中引入三维地形和障碍因素,包含大量离散变量和连续变量,且约束条件呈非线性。为提高全局寻优能力,采用蚁群算法和粒子群算法相结合的群智能技术求解,为复杂地形的管网拓扑优化提供了高效准确的方法。算例计算结果表明:地形起伏和障碍影响管道走向、站点位置、管网长度,对真实地表特征进行模拟,实现三维曲面上的最优避障路径规划,基于三维地形和障碍的集输管网长度增幅约20%。     

Evolutionary topology optimization of the lower stable of a hydraulic press

It is difficult to obtain the globe optimum solution by applying conventional sizing and geometrical optimization methods. Evolutionary topology optimization is conducted for the lower stable of a hydraulic press using a bi directional evolutionary structure optimization (BESO) method based on ratio of stress changes, and the evolutionary history and index are analyzed. The presented algorithm obtains the simultaneous optimization on both geometry and topology, and a new topology of the lower stable of the press is evolved which possesses a reasonable topological structure. The results of finite element analysis show that the new structure has decreased maximum stress, uniform stress distribution and good material usage.