基于FEM-SPH耦合的卷辊式耕层残膜回收部件结构优化与试验

针对棉田耕作层内残膜力学性能差及膜土分离困难,残膜拾净率低和回收的残膜含土量高等问题,该研究对卷辊式残膜回收部件进行优化。在分析起膜捡膜工作过程和建立卷辊弹齿与膜土团聚体之间动力学关系的基础上,采用有限元法(finite element method,FEM)和光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)耦合算法,建立卷辊弹齿-膜土团聚体接触计算模型,探究卷辊弹齿与膜土团聚体之间相互作用机理,分析卷辊弹齿接触膜土团聚体后残膜受力程度和土壤扰动程度的变化规律。以卷辊回转半径、弹齿直径、弹齿顶端折弯角为试验因素,以残膜平均峰值应力及土壤最大应变为指标开展仿真试验,分析各因素对指标的影响规律并对卷辊弹齿结构参数进行优化,获得卷辊弹齿最优结构参数为：卷辊回转半径100 mm、弹齿直径5 mm、弹齿顶端折弯角42°,此时残膜平均峰值应力为0.1201 MPa,土壤最大应变为3.7584。为了验证优化后卷辊弹齿的捡拾作业性能,以拾净率和含土率为试验指标进行田间试验,结果表明：机具拾净率为80.34%,含土率为37.13%,与初代研制的样机相比拾净率提升了8.74个百分点,含土率下降了12.18个百分点,机具作业性能明显提升且试验指标达到设计要求。本文建立的有限元模型可为残膜回收机关键部件的结构优化提供参考。     

蓖麻波形圆盘割刀刃口曲线拟合与优化

为减少蓖麻收获的切割功耗,该研究对前期设计的蓖麻波形圆盘割刀进行刃口曲线拟合与优化。基于国内种植的低矮蓖麻物理力学特性,采用B样条算法和基于三点圆曲率分析并带几何约束的最小二乘拟合方法对蓖麻波形圆盘割刀刃口曲线进行参数拟合。并采用Smoothed Particle Hydrodynamics-Finite Element Modeling（SPH-FEM）耦合仿真方法模拟蓖麻茎秆切割过程,以刀盘厚度、底圆曲率半径和刃口角为试验因素,以最大切割力、切割功耗为评价指标进行正交旋转组合试验,对割刀结构参数进行优化,并对优化参数组合进行试验验证。最优割刀参数组合为：刀盘厚度3 mm、底圆曲率半径7 mm、刃口角19°,此时最大切割力为109.763 N、切割功耗为1.43 J。台架试验验证表明,SPH-FEM耦合仿真方法与台架试验获得的最大切割力和切割功耗基本吻合,误差在5%以内,所提方法能很好地研究模拟蓖麻割刀的切割过程,可为蓖麻收获装备研制提供支撑。     

多尺度行政区平衡视角下耕地空间布局优化

优化耕地空间布局对提升耕地生产能力、促进农业可持续发展具有重要意义。该研究以广东封开县为例,基于“现状耕地调出-可恢复地类调入”的微观调整逻辑,综合运用空间叠加、综合评价及蚁群优化算法,构建了耕地空间布局调整模型,以调入调出数量平衡为约束条件实现了不同行政区尺度下的耕地布局优化。结果表明：1）研究区共调出耕地1 689.89 hm²,占耕地总面积的7.62%,整体上呈现出“全局零散、局部聚集”的分布特征。2）研究区可恢复地类农业生产适宜性均值为67.04,具有开展作物种植的良好禀赋条件。3）不同行政区尺度平衡情景下,调入结果在研究区北部空间差异显著,与镇内平衡情景相比,县内平衡情景下,调入耕地的农业生产适宜性均值提高了2.08,综合生态系统服务均值下降了0.67。4）两种情景下,耕地的连片性、质量及稳定性均得到提升,因不受调入规模和行政单元空间范围限制,县内平衡情景下的提升效果更加明显,适当扩大可恢复地类筛选范围有利于提升整体耕地质量并降低重要生态用地筛选概率。该研究构建的耕地空间布局调整模型具有良好的适用性,可为制定农用地布局优化与整治提升方案提供参考依据。     

栅条式清杂装置机理分析与优化试验

残膜清杂是残膜回收的重要环节,现有机型的清杂装置存在清杂效果差及工作不可靠的缺点。为此,结合夹指链式残膜回收装置的改进设计与试验,提出了一种基于倾斜栅条的清杂装置。通过对该装置清杂机理进行分析,采用Box-Behnken响应面试验设计方法建立起清杂率与栅条间距b、栅条角度α、栅条长度L间的二次回归模型。通过分析模型响应曲面,寻得最优方案,确立了栅条式清杂装置的结构与尺寸。田间试验表明:当栅条间距为75mm、栅条角度为51°、栅条长度为870mm时,清杂率达85.35%。由此证明了优化方案的可行性,可为相关残膜清杂装置的研究提供理论依据。     

侧深施肥直斜偏置式免耕播种开沟器设计与试验

采用侧深施肥技术,施肥铲作业后播种带两侧土壤高度不一致,易加剧播种机横向偏摆,进而导致播种深度均匀性和播种横向一致性较差。为解决上述问题,该研究设计了一种直斜偏置式免耕播种开沟器。该开沟器主要由切土斜刃、挡土定位板、偏置推土板等组成,作业时滑切土壤并将其推移至肥沟一侧拓宽种沟,避免种子落至肥沟后位置过深,提高播种质量。通过离散元仿真试验,以前进阻力、肥沟回土深度、种沟回土深度为试验指标进行二因素五水平正交旋转组合试验,得到斜刃滑切角为37°、偏置角为15°时开沟器作业性能最好。在最优参数下与双圆盘式、尖角式开沟器进行田间作业性能对比试验,相对于双圆盘式和尖角式开沟器,直斜偏置式开沟器播种深度变异系数分别降低41.12%、19.41%;播种横向变异系数分别降低39.00%、28.41%;前进阻力分别降低7.26%、28.20%;作业后肥沟与种沟回土深度分别提高9.47%、13.68%和33.33%、7.14%。试验结果表明,该开沟器可以减小前进阻力,增加肥沟与种沟回土,提高播种深度均匀性和播种横向一致性,可为播种开沟器的设计提供参考。     

基于超参数优化算法下的随机森林模型预测奶牛呼吸频率

奶牛呼吸频率是评估环境造成的奶牛热应激程度的重要指标之一。该研究基于随机森林（random forest,RF）算法提出了适用于生产条件下的奶牛个体呼吸频率准确预测模型,为了平衡模型精度与计算效率问题,利用遗传算法（genetic algorithm,GA）、差分进化（differential evolution,DE）算法、粒子群优化（particle swarm optimization,PSO）算法、贝叶斯优化（Bayesian optimization,BO）算法对模型超参数进行优化,并与网格搜索（grid search,GS）下的人工神经网络（artificial neural network,ANN）和极限梯度提升机（extreme gradient boosting,XGBoost）模型进行了对比分析。研究结果表明,使用融合环境参数的修正温湿指数（adjusted temperature-humidity index,ATHI）、时间区域、奶牛产奶量、泌乳天数、身体姿势以及胎次作为输入特征时,基准RF模型的预测性能最佳。在此基础上,4种智能优化算法下的RF模型性能优于GS-ANN和GS-XGBoost,其中BO-RF的综合性能最优,其决定系数、平均绝对误差、平均绝对百分比误差以及均方根误差分别为0.614、7.723、14.4%、9.737,超参数优化耗时约为DE-RF的1/220。特征重要性分析表明,输入因子对奶牛呼吸频率的影响程度不同,ATHI是影响力最高的因子,相对重要性（relative importance,RI）为0.71,其次是时间区域（RI=0.09）和奶牛产奶量（RI=0.07）。研究为奶牛生产、健康评价及牛舍环境精准调控提供了有效方法和基础。     

夹持式鲜菱角脱壳机设计与试验

针对鲜菱角手工脱壳率低、菱仁损伤率高等问题,该研究以湖北省浠水县两角菱为对象,设计了一种夹持式鲜菱角脱壳机。对鲜菱角外形尺寸和力学性能参数进行了测量,确定采用夹持板与链条夹持输送、圆形齿刀横切菱角两侧弯角、对辊挤压碾搓脱壳的技术方案。对夹持板、弹性压紧装置、横切刀片和脱壳装置等主要部件结构进行设计和分析,确定了结构和运动参数。运用ANSYS Explicit Dynamics模块对横切过程进行仿真,根据理论分析和仿真结果试制了脱壳样机,开展了横切试验和脱壳试验。横切试验表明,成熟度、输送速度和刀片转速均对切壳率影响显著（P<0.05）,对菱仁损失率影响不显著（P>0.05）。运用Design Expert 12优化得横切装置最优工作参数为：脆熟菱角、输送速度0.1 m/s、刀片转速1 000 r/min,该参数下的平均切壳率为79.41%,平均菱仁损失率为9.82%。采用Box-Benhnken试验设计开展三因素二次回归正交组合试验,优化得到脱壳装置最优工作参数为：脆熟菱角、慢辊转速59r/min,线速比1.5,验证试验的平均脱壳率为66.52%,平均菱仁破损率为12.83...     

植被和梯田措施对坡沟系统细沟侵蚀调控作用

坡沟系统作为黄土丘陵沟壑区基本的地貌单元,也是黄土高原侵蚀泥沙的主要来源区。植被和梯田作为坡面水土流失治理的主要措施,对于土壤侵蚀控制和生态恢复发挥着重要的作用,定量评估林草、梯田对坡面细沟侵蚀的调控作用以及多措施协同配置问题对于黄土高原水土流失治理和生态保护具有重要意义。为了揭示植被和梯田的格局和配置对坡沟系统细沟侵蚀的协同调控作用,该研究采用人工模拟降雨,结合三维激光扫描技术,分析了坡面4种措施：上坡位植被（措施A）、下坡位植被（措施B）、梯田（措施C）、梯田+植被（措施D）对细沟侵蚀发生和演变过程的影响。结果表明：1）相同植被覆盖度下,下坡位的植被布设细沟最大长度较上坡位的植被布设细沟最大长度减小量更大;2）第1次降雨中,侵蚀率最大值达到3 500 g/min以上,第2次降雨过程中侵蚀率最大值仅为1 100 g/min以上,在各产流时间内第2次降雨侵蚀率均为第1次降雨侵蚀率的1/3～1/2;3）对于各措施下细沟沟长发育率由大到小表现为措施A(6.55 cm/min)、措施C(5.71 cm/min)、措施B(3.60 cm/min)、措施D(2.69 cm/min);4）梯田与植...     

红豆树老林分的群落特征

红豆树群落乔木层物种种类相对较少,红豆树、榕冬青、青冈栎、苦槠4个树种在乔木层中占居绝对优势地位,四者是红豆树群落的主要共建种;木荷、朴树、樟树、米槠、广东润楠、南岭黄檀6个树种的重要值分别为4.0、6.1、6.1、3.2、3.1、3.0,在红豆树群落中的生态环境资源的竞争能力相差不大。红豆树在群落中处于乔木上层,为林中霸王木,具有较显著的相对优势度,成林后对光照条件的竞争具有绝对优势。红豆树群落乔木层的垂直层次结构中,上层木为红豆树和米槠,中层木为榕冬青和青冈栎,苦槠、木荷、朴树、樟树、广东润楠、南岭黄檀为下层木。红豆树在群落中的水平层次地位最高,榕冬青、青冈栎、米槠次之。乔木层中处于上层地位的4个树种在灌木层中,其幼树的重要值仍然位居前列,红豆树、青冈栎、苦槠、榕冬青的重要值分别为7.94、5.94、2.57、2.48。可见红豆树群落的自然演替趋势仍然以红豆树、青冈栎、榕冬青、苦槠为主要共生结构,在无干扰状态下红豆树群落能够实现自然更替。     

园林空间视觉秩序的构建

论文通过对园林空间的整体性、可感知性和观赏性的分析,从视觉设计、空间序列和空间的生长去探讨园林空间视觉秩序的构建方法。