基于流固耦合分析支撑架对云杉抗风性的影响

在强风作用下新移栽的树木可能发生歪斜、倒伏等破坏,造成经济损失与人员伤亡,因此,树木的抗风性以及提高树木抗风性研究具有重要意义。以云杉为例,对设立支撑架前、后的云杉分别进行三维简化建模,树高8 m,冠幅4 m,主干基部直径0.3 m,并赋予模型对应的力学性能,再进行流固耦合数值模拟。结果表明：无支撑时,云杉树梢位移、枝干所受剪切应力和树底弯矩均随着风速的增强而增大。在20 m·s^-1风速下,云杉横纹方向剪切应力最大值为2.6 MPa,大于云杉横纹抗剪强度的85%,云杉可能发生剪切破坏,通过后处理发现破坏危险点位置在1级分枝与主干的交界处,云杉的枝干易被折断。分别在云杉树高的1/8、2/8、3/8处设立支撑架,对比无支撑架时云杉的风致响应,云杉的树梢位移、枝干所受剪切应力和树底弯矩均有所减小,云杉发生横纹剪切破坏的风险降低,发生倒伏的概率大幅下降。当支撑架置于树高2/8处时云杉所受的剪切应力最小,相对无支撑架时减小了50%,云杉枝干被折断的风险大幅下降。然而,处于支撑架上方的云杉部分随风摆动的振频较无支撑时有所增大,云杉的稳定性下降,长时间的高频振动亦会增大枝干折断...     

欠发达生态脆弱区城市化与生态环境耦合协调发展研究——以兰州市为例

本文在研究城市化与生态环境之间的耦合协调关系之上,通过建立兰州市城市化水平和生态环境水平综合评价体系,运用耦合协调度模型来量化兰州市城市化与生态环境的耦合协调发展关系,依此来探讨欠发达生态脆弱区城市化与生态环境之间生态系统相互作用、共同演进的规律性特征.实证结果表明:兰州市城市化发展水平持续稳步提升,生态环境发展水平总...     

西北旱区大豆玉米复合种植联合播种机的设计与试验

针对西北旱区大豆玉米复合种植机具短缺、机械化程度低等问题,设计西北旱区大豆玉米复合种植联合播种机。该机由旋耕装置、起垄装置、覆土装置、施肥装置、播种装置及机架等组成,能够实现旋耕、起垄、施肥、双幅覆膜覆土、镇压及播种等多个作业过程。对播种机关键部件进行设计与分析,利用离散元模型对覆土过程进行模拟仿真,分析覆土过程中膜边膜上覆土均匀性;采用DEM-MBD对大豆玉米播种装置耦合仿真,分析大豆玉米播种装置播种均匀性。仿真结果表明：1）土壤因跳跃和泼撒而落到垄面的颗粒数≤1.3%;2）播种装置对大豆和玉米种子挤压力≤10 N,土壤颗粒对鸭嘴的阻力≤50 N。田间试验结果表明：玉米播种装置播种合格率、漏播率和重播率分别为95.63%、1.65%和2.72%,大豆播种装置播种合格率、漏播率和重播率分别为91.24%、0%和8.76%,机组作业期间运行稳定,具有良好的作业效果,满足大豆玉米带状复合种植需求。     

西北地区生态保护与经济高质量发展耦合研究

【目的】构建西北地区生态保护与经济高质量发展综合评价指标体系,测度西北地区“生态-经济”系统耦合协调水平,为促进“生态-经济”系统及其要素协同共进提供对策建议。【方法】基于西北5省区2008—2020年的面板数据,运用熵值法与耦合协调度模型测算西北地区“生态-经济”系统耦合协调水平,利用聚类分析将西北地区“生态-经济”系统耦合程度划分为6个等级。【结果】西北地区“生态-经济”系统耦合协调度时序特征在考察期内稳定增长,协调水平逐步由轻度失调、低水平协调向优质协调过渡。空间特征表现在“生态-经济”系统耦合协调度呈现出陕西>甘肃>新疆>青海>宁夏的特征,西北5省区于2016—2020年间均达到并保持在V类基本协调水平,其中陕西于2020年率先进入Ⅵ类优质协调水平,宁夏和青海“生态-经济”系统耦合协调度波动增长。【结论】西北地区内部存在较强的空间异质性,应从内源创新、消费升级与政府推动3个方面完善西北地区“生态-经济”系统及其要素协同发展机制。     

黄河源园区水生态功能一二级分区

生态功能分区是区域水生态系统区划及水环境规划管理的基础,也是生态文明建设背景下更为全面和系统性的分析和规划。出于三江源国家公园区域生态保护与分区管理,为探究地表水资源及生态系统的空间格局分异规律,以黄河源园区为研究对象,在综合分析其自然环境条件和水陆生态控制因子的基础上,结合园区内部各区域生态地理特征,基于GIS和RS平台,构建黄河源园区水生态功能分区评价指标体系。通过空间自相关距离确定降水、河网密度和地貌3个一级分区指标以及植被指数、植被生产力、土壤类型、土地利用类型4个二级分区指标;基于子流域完整性,运用数据叠加技术将黄河源园区分为5个一级水生态功能分区和19个二级水生态功能分区,运用相关性分析检验分区的合理性和准确性,并讨论了不同区域的生态系统特征和主要生态环境问题,阐述了水资源、植被资源的空间特征和分布规律。分区结果可为区域水陆环境的管理和保护利用提供科学依据与目标定位。     

流固耦合作用对离心泵内部流场影响的数值计算

采用双向同步求解的方法对离心泵内流场和叶轮结构响应进行联合求解,研究了叶轮流固耦合作用对离心泵内部流场的影响.流场模拟基于Reynolds时均化N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型,采用多重坐标系法;结构响应基于弹性体结构动力学方程.并将计算所得的流道网格变形、流场静压和速度的分布以及径向力等结果与非流固耦合计算的流场进行对比分析.分析结果表明,流固耦合作用使得流体和固体区域计算网格发生微小变形,这不仅会改变流体对固体载荷的分布,而且会影响结构对流体的做功作用,从而影响流场的分布;叶片相对隔舌不同位置时,叶轮出口处和蜗壳流道内流场的静压分布变化趋势不同;流场速度变化主要出现在叶片和叶轮出口附近;各时间点上径向力的大小和方向变化较明显.     

添加剂湍流减阻流动的传热特性数值计算

采用雷诺应力模型和Cross粘度方程,对二维轴对称圆管内湍流流动的聚丙烯酰胺稀溶液（PAM）的流场和温度场进行了数值模拟.在数值计算结果的基础上,系统研究了流速对减阻流体的减阻性能和传热特性的影响.结果表明,减阻流体的减阻率和传热降低率随流速的增大逐渐增大到渐进值,而且传热降低率恒大于减阻率.减阻流体柯尔本（Colburn）因子与摩擦系数的对比结果表明柯尔本比拟,特别是在较低流动雷诺数下有较大偏差.     

铝合金柴油机气缸盖热-机耦合应力分析

利用Pro/E软件对某柴油机气缸盖进行三维实体建模,并对该模型进行了热负荷分析,其中水腔的热边界条件用CFD软件Fluent进行求解,将CFD计算出的对流边界条件影射到缸盖水腔表面,最后利用ANSYS-workbench软件计算出缸盖的温度场,并进行热-机耦合应力分析。结果表明,气门周围的应力较大,应作为设计重点考虑的部位。     

基于有限元的盘式制动器耦合场研究

盘式摩擦制动器在汽车上有着广泛的应用。但该制动器在制动过程中因制动器温度的急剧上升,将使制动性能降低,甚至有可能导致制动器失效,因此制动器温度和应力分布对制动器的寿命及制动性能有着重大影响。本文采用有限元方法对制动器的耦合场进行了分析研究,耦合分析结果表明:在制动开始阶段,制动器迅速升温,高温区集中在制动器摩擦面表层,最高温度达195℃;制动过程结束后,整个制动器有一段较长时间的降温过程;制动器的最大热应力-时间曲线变化规律不一致,但均满足材料强度要求。     

大型矩形水工渡槽动力分析

针对大型矩形渡槽的动力特性和动力响应问题,建立了流固耦合(FSI)系统的位移-压力(ui,p)有限元格式,给出流固耦合系统的动力特性方程;基于FSI系统的(ui,p)格式建立槽体-水体-槽墩-基础-地基系统的力学模型,采用非对称模态提取法求解了4种水深下渡槽的动力特性,并用隐式-显式积分算法计算了4种水深、2种强震作用下大型渡槽的动力响应。计算结果表明,基于FSI的(ui,p)格式,考虑到槽体与水体的相互作用,简化了计算模型,提高了计算精度,同时也得出不同水深、不同激励下渡槽结构动力特性和动力响应的变化规律等结论,可为大型渡槽及同类工程动力设计提供参考。