基于知识的变速箱齿轮虚拟设计研究

【目的】为解决农机变速箱虚拟设计与仿真过程中,齿轮零件复杂多变、知识重用率低的问题。【方法】在对变速箱齿轮知识进行分类的基础上,采用本体对齿轮设计知识进行描述,融合知识工程与参数化设计技术,提出了一种基于知识的齿轮虚拟设计方法。以拖拉机变速箱复杂花键齿轮设计为例对系统进行验证。【结果】以三维建模软件NX为平台开发了变速箱齿轮虚拟设计系统,通过人机系统界面获取齿轮设计需求,在齿轮设计知识库和模型库的支持下,利用知识重用推理出齿轮结构,在几何参数的驱动下,快速构建出符合设计需求的齿轮模型,实现了复杂结构齿轮的快速智能设计。验证结果表明,在人机界面进行设计需求录入,系统在数秒内自动输出花键齿轮详细结构模型。【结论】该系统可以较好地支持变速箱的虚拟设计与仿真,缩短了农机的开发周期,也可为其他机械产品的虚拟设计提供技术借鉴。     

Parameterization of Freundlich adsorption isotherms for heavy metals in soils from an area with intensive livestock production

Adsorption coefficients are valuable tools used to estimate the environmental relevance of heavy metal contamination. However, their determination with batch experiments is laborious. Thus, attempts have been made to deduce these coefficients from soil parameters. However, the application of the resulting parameterized equations to different sets of samples has often yielded poor results. Hence, the objectives of the present study were (1) to deduce basic soil properties governing the coefficients of Freundlich adsorption isotherms for Cd, Cu, Ni, Pb, and Zn, and (2) to derive parameterized isotherms and examine their accuracy. For this purpose, 30 topsoil and nine subsoil samples were investigated which represented one Podzol‐Cambisol‐Gleysol soilscape in an area with intensive livestock production in Lower Saxony, Germany. Total background concentrations (aqua regia digestion) of heavy metals in topsoils ranged from 0.290 (Cd) to 19.2 mg kg^—1 (Zn) and exhibited elevated mobilizable proportions (NH₄EDTA pH 4.6 extract) of 17 (Ni) — 66 % (Zn) from the total concentration. Background concentrations were higher in topsoils than in subsoils by factors of 1.7 (Ni) — 28 (Zn). These differences were assigned to the special situation of heavy metal input mostly originating from animal excrements. The isotherms obtained by batch experiments showed larger coefficients K_F for partition among soil solid phase and soil solution in topsoils than in subsoils by a factor of 3.5. The coefficients of the isotherms were significantly correlated with routinely determined soil properties such as cation exchange capacity and pH (R = 0.36—0.89). Parameterized isotherms were calculated for each metal by inserting the relevant parameters in multiple linear regression equations. Among these parameters were the soil pH, cation exchange capacity, total metal concentration, and the concentrations of organic carbon, clay, fine silt, and various pedogenic oxides. The K_F values, separately calculated for topsoils and subsoils, agreed well with those determined by batch experiments (R = 0.63—0.97). Therefore, parameterized isotherms are valuable tools for the prediction of heavy metal partition in soils from one soilscape and for a risk assessment in the investigated, densely stocked area and similar areas.     

计算机辅助机械原理课程设计系统的开发

计算机辅助机械原理课程设计系统应用Visual Basic6．0语言，依托解析法的理论模型及公式，在计算机上实现了平面四杆机构、凸轮机构、齿轮机构、牛头刨床和压床等机构的参数化设计及其运动和力分析。     

基于WRF模式的渭河上游夏季降水及气温模拟

[目的]探索WRF模式不同方案在渭河上游的适用性,探讨其降水格局形成的物理机制,进而对该流域的水资源及环境管理预测提供依据。[方法]采用最新的WRF V4.1.2模式,选用Kain-Fritsch(K-F)和Grell-3两种积云对流参数化方案及其微物理过程,进行了不同分辨率的渭河流域上游夏季降水及温度试验模拟及评估。[结果] 5 km分辨率下夏季6月、7月、8月两种方案模拟的气温略低于实际值,K-F方案和Grell-3方案误差分别为5.8%～10%及7%～12%。两种方案对降水模拟表现为偏高,降水随海拔高度和纬度变化不规律,误差分别为13%～39%和10%～25%。2 km分辨率下,K-F方案模拟的西南东南及西风气流较强,表现出垂直速度波动变化大,积云对流不稳定强烈,对流性降水偏多。Grell-3方案模拟的偏南暖湿气流较强,垂直速度较大,随高度增加较快,有利于大尺度强降水产生。5 km分辨率下夏季6月、7月、8月的气温及降水模拟对两种积云对流参数化方案具有较强的敏感性和适应性。K-F方案对气温模拟效果好于Grell-3方案,Grell-3方案对降水模拟效果优于K-F方案,尤其是强降水...     

积云参数化方案对北极区域气候模拟的影响

[目的]加深对积云在北极区域气候中作用的理解。[方法]利用一个北极区域气候模式,针对浮力能量型云模式以及质量通量型方案2种积云参数化方法,开展了北极区域气候数值模拟试验,分析了不同积云参数化方案模拟结果的差别以及相似之处,并对相关问题进行了初步探讨。[结果]积云参数化方案对北极年平均地表气温分布模拟影响明显,浮力能量型云模式方案可以更好地模拟温度场,模拟的温度存在较大的冷偏差,且随着高度抬升偏差减小;质量通量型方案模拟的降水误差更小,模式对总降水的模拟水平主要由对大尺度降水的再现能力决定,提高大尺度降水的模拟水平对改善北极区域降水模拟是至关重要的。[结论]该研究可为区域气候模式的改进和气候变化的预测及评估提供参考。     

积云与微物理方案对山西南部暴雨预报的敏感性试验

利用WRF(Weather Research and Forecast system)中尺度数值模式,采用KF、BMJ、GF 3种积云对流参数化方案和WSM5、WSM6、WDM5、WDM6 4种微物理方案,对山西南部2007年7月29—30日的一次特大暴雨过程进行数值模拟与敏感性试验,并对不同积云方案和微物理方案的降水预报性能进行定量评估。结果表明：粗网格选用不同的积云对流参数化方案,可以对细网格强降水的落区预报产生较大的影响,GF积云方案能够合理地预报出主雨带、降水中心的位置和强度,选择适当的积云方案可以使强降水预报的TS评分提高0.19;不同微物理方案对强降水中心位置、强度、分散程度等的模拟结果有显著差异,WDM6微物理方案对于此次山西南部暴雨过程的模拟能力最好,尤其对于强降水预报具有明显优势。进一步分析表明：微物理过程中水相物质预报量的增加,可以改进模式的降水预报性能;综合考虑各种水相物质混合比和数浓度的双参数方案的计算过程更为精确,强降水预报能力更好,双参数方案较单参数方案的强降水TS评分可以提高0.08。     

APSIM苜蓿模型在宁夏半干旱地区的适应性

基于宁夏3个试验点的数据和同期气象资料,对APSIM模型在宁夏半干旱地区的适应性进行研究。根据试验条件建立相应模型,通过“试错法”对模型相关参数进行校准,实现参数的本地化;并运用多个检验统计指标验证紫花苜蓿（Medicago sativa）土壤含水量及其分别在同心和银川试验点的生育期和干草产量。结果表明：各生育期模拟值和实测值显著相关,决定系数R²分别为0.99和1.00,D值均为0.99,NRMSE分别为2.4%和7.8%;干草产量表现出良好的相关性和一致性,决定系数R²分别为0.82和0.98,D值均为0.99,NRMSE分别为7.1%和9.3%。模拟值比实测值平均高估了7.1%;土壤含水量整体表现出较好的相关性和一致性,决定系数R²为0.82,D为0.85,NRMSE为10%,模拟值比实测值平均高估了10.1%。产量的高估很有可能与水分的高估相关,需要更详细的测量田间试验数据,改善模型土壤参数描述,提高模型预测准确度。校准后的APSIM模型在宁夏半干旱地区具有较好的适应性,可以用于指导该区半干旱区苜蓿生产及栽培措施优化管理。     

干旱区地膜覆盖玉米农田地表反照率动态参数化方法及其模拟效果分析

利用2015年6月1日至7月24日干旱区地膜覆盖玉米农田下垫面的观测资料,分析地表反照率在植被生长期间的变化特征及其与土壤湿度的关系。与未覆盖地膜情形的下垫面相比,地膜覆盖农田下垫面地表反照率的变化特征及其与土壤湿度的相关性具有显著性差异。为此建立了相应的地表反照率动态参数化方案,并将修改的地表反照率动态参数化方案应用到陆面过程模式Co LM中进行了3组模拟试验,分析和检验新方案在地膜覆盖农田下垫面的准确性和适用性。数值模拟结果表明:3组试验都能很好地反映陆面过程特征的日变化趋势,但是相比较而言,利用新建立的地表反照率动态参数化方案模式的模拟效果最好,明显提高了模式对向上短波和长波辐射的模拟能力,使浅层土壤温度和湿度的模拟效果有了一定的改善。因此,地表反照率动态参数化方法对干旱区地膜覆盖农田下垫面陆面过程的模拟效果有一定的改进,对今后陆面过程模式的发展和完善有较好的参考价值。     

AquaCrop模型在大葱生物量和土壤贮水量模拟中的应用和验证

为评估AquaCrop模型在华北平原模拟大葱生长和农田水分的适用性,本研究利用实测的农民施肥方式的一个小区和增施氮肥处理的土壤水分、作物生长和产量数据,结合气象资料,获得了AquaCrop模型模拟大葱生长和土壤水分的模型参数,并利用实测的农民施肥方式的另外一个小区、减施氮肥、优化施氮和秸秆还田处理的土壤贮水量和生物量数据进行了模型验证。结果表明：在无水分胁迫条件下AquaCrop模型对大葱土壤贮水量及生物量的模拟结果是可以接受的。对土壤贮水量实测值与模拟值的RMSE为19.4~24.9 mm之间,相对误差为3.9%~12.4%;大葱生物量实测值与模拟值的RMSE为0.31~0.73 t/hm2,相对误差为5.8%~12.8%。     

速度矩分布规律的参数化描述及对混流泵性能的影响

为提升设计水平、改进混流泵叶片速度矩分布规律的给定,该文通过理论分析,对速度矩分布规律进行参数化表述,选取无量纲速度矩沿流线分布曲线的相对系数a0与速度矩分布曲线在叶片出口处的导数值P作为速度矩分布参数。基于混流泵叶轮正反问题迭代法设计平台,给定不同速度矩分布参数组合设计了一系列混流泵叶轮。基于SIMPLEC算法,通过求解N-S方程和RNGk-ε湍流模型方程,对混流泵叶轮内部三维湍流流场进行了模拟,获得了相对速度与压力分布,并预估了水力效率。研究表明,速度矩分布参数直接影响着叶片包角与出口边位置,进而影响到叶轮内部相对速度与压力的分布以及流动的稳定性。合理选择速度矩分布参数,有利于增强叶片对于流体运动的控制能力,改善叶轮内部压力分布,使叶轮具有更为优越的水力特性。该文提出的速度矩分布规律参数化方法,为混流泵叶轮设计过程中速度矩分布规律的给定提供了有益的借鉴。