沼肥采运车储罐动力学数值模拟与相似模型试验

为满足沼肥采运车的工作效率,设计12 t大型车载式沼肥采运储罐,并针对大型沼肥采运车运输沼肥遇紧急制动时,储罐内部沼肥剧烈晃动对壁面产生的冲击可能导致储罐及连接支撑结构损坏,为安全运输带来隐患的问题。该文采用VOF(volume of fluid)多相流模型对采运车紧急制动时不同充料比下储罐内沼肥晃动进行分析和数值模拟,得出采运车的最佳运输充料比范围0.8~0.9;利用CATIA有限元分析模块在储罐三维模型上建立各零部件间具有联接和力传递关系的有限元模型,根据采运车工况,施加约束及储罐前封头和前防浪板所受冲击载荷峰值最大时的载荷边界条件后进行计算,依据计算结果调整储罐设计并优化结构,重新计算得到储罐的变形和应力分别为6.25 mm、136 MPa;运用相似理论量纲分析法确定储罐模型的几何尺寸及试验参数,模型试验中前防浪板迎峰面所受的冲击力计算值与原型中的数值模拟值存在近似1:64的比例关系,模型试验结果可推广至原型。研究为大型沼肥采运车储罐设计提供了可行的解决方案,同时也为类似运输罐车的研究提供参考。     

基于自适应小波偏微分方程的蝗虫切片图像去噪

蝗虫显微切片图像在获取的过程中不可避免地会受到噪声污染,其纹理、边缘与噪声又都属于高频分量,单独使用小波变换或偏微分方程(partial differential equation,PDE)扩散的方法都不能在有效去噪的同时保持边缘、纹理等。针对这一问题,提出了基于自适应小波PDE的去噪算法。首先对蝗虫切片含噪图像进行sym5小波软阈值去噪,分解层数根据去噪后图像的PSNR(peak signal to noise ratio)值自适应地选择,阈值门限使用Birge-Massart处罚算法获取。然后在此去噪的基础上进行Perona-Malik(PM)模型去噪,迭代次数根据去噪后图像的PSNR值自适应地选择,梯度阈值根据图像自身的2范数获取。为了验证所提出算法的去噪性能,进行了与常用去噪算法的对比试验。试验结果表明:视觉上,采用本文算法去噪后的图像噪声点较少且边缘、纹理清晰;客观上,采用该文算法去噪后的图像PSNR值比使用维纳滤波高出2 d B左右,比使用中值滤波高出3 d B左右,比使用小波阈值去噪高出2 d B左右,比使用PM模型去噪高出1 d B左右,并且在结构相似性(structural similarity image measurement,SSIM)上采用该文算法去噪后的图像与原始图像的相似度最高。因此,将自适应小波PDE的算法应用于蝗虫切片去噪是可行的、有效的,为其后续处理提供了技术支持。     

光滑双向渐进结构优化法拓扑优化连续体结构频率和动刚度

针对双向渐进结构优化(bi-directional evolutionary structural optimization, BESO)方法的单元过删除问题,提出了光滑双向渐进结构优化(smooth bi-directional evolutionary structural optimization, SBESO)方法,通过引入权重函数更新单元的质量与刚度矩阵,控制单元删除率以使低效单元逐渐从设计域中删除。以连续体结构固有频率最大化为目标,提出了一种基于SBESO的频率优化方法,对比分析了常函数、线性函数和正弦函数等不同权重函数对连续体结构优化的影响。将等效静载荷(equivalentstatic loads,ESL)方法与SBESO方法相融合,提出了动载荷作用下连续体结构的动刚度优化方法。数值算例表明,SBESO方法通过调节单元删除率和权重函数,控制低效单元在结构设计域中逐渐被删除,有效抑制了单元的过删除问题。采用线性和正弦权重函数,更有利于获得连续体结构的频率最优拓扑解。随单元删除率的减少,动刚度最优拓扑解的结构边界逐渐光滑,而且逼近于同一构形。由此,所提出的SBESO方法完善了BESO方法的优化准则,对于解决连续体结构动力学优化设计问题具有较为重要的理论意义。     

智能着水与压力控制精米抛光机的研制

根据大型化碾米工艺要求而研发的智能着水与抛光室压力控制的新型精米抛光机,集成应用机电气液及计算机技术,实现了精米抛光作业的高效、优质和低耗。所采用的分段式主抛和精抛流程的组合既有利于获得最佳的抛光效果,又提高了设备对原粮品种的适应性;系统设计中运用的机外着水及智能化着水量控制方案使水分的设定和控制可以根据进出机白米的状态达到最优化;具有独特构造的水、料混合装置,避免了传统螺旋混料器对白米的增碎作用,同时可以强化水、料之间的传质与传湿过程;抛光室压力的模糊自动控制的实现进一步提升了设备的性能和适用范围;喷风、补风和吸风结合的风系设计保证了低温升抛光条件,有利于保护大米表面。MPG21/18抛光机经生产考核其作业质量较高,可以满足现代精碾碾米工业的装备需求。     

滇东岩溶山地不同类型云南松林地土壤团聚体稳定性差异

[目的]研究滇东岩溶山地不同类型云南松林地土壤团聚体稳定性差异,为岩溶脆弱生境土壤培肥、质量提升、水土固持提供依据。[方法]通过野外调查和室内分析,研究了滇东岩溶山地云南松纯林、云南松人工混交林、云南松天然混交林、灌丛和原生林5种植被类型水稳性团聚体及团聚体有机碳分布特征,揭示不同类型云南松林团聚体稳定性差异。[结果]①云南松纯林、人工混交林和天然混交林的0.25 mm粒径质量分数(5.77%～9.39%)显著低于灌丛(20.92%)和原生林(27.47%)(p0.05),且人工混交林和天然混交林5 mm,2～5 mm粒径质量分数高于纯林。②湿筛处理的0.25 mm水稳性团聚体比例(R_(0.25))排序为:人工混交林天然混交林纯林灌丛原生林;平均重量直径(MWD)排序为:人工混交林天然混交林原生林灌丛纯林;几何平均直径(GMD)排序为:人工混交林天然混交林原生林纯林灌丛;分形维数(D)排序为:原生林灌丛纯林天然混交林人工混交林。③纯林、人工混交林、天然混交林的大粒级团聚体(0.25 mm)对土壤有机碳的贡献率高于小粒级团聚体(0.25 mm),且5,2～5,0. 25 mm粒径水稳性土壤团聚体有机碳含量均显著小于灌丛、原生林(p0.05)。[结论]云南松人工混交林的土壤团聚体稳定性最高,其养分积累和固碳能力低于灌丛和原生林,高于纯林,作为该区域水土保持的主要植被类型时需要避免人为干扰以提高土壤养分。     

不同胶粘面积钢板加气混凝土砌块粘结性能试验

针对新型地下粮仓采用钢板作为防水层、环氧结构胶粘结钢板与加气混凝土砌块作为防潮层的构造做法,分析在粮食水平侧压力及竖向摩擦力作用下该构造层的安全性与可靠性,设计3种胶粘面积分别为A、0.8A、0.5A的试件（A为单块加气混凝土砌块与钢板的接触面积）,分别对其进行竖向单向加载与水平-竖向双向加载,分析3种胶粘面积及2种受力状态对钢板加气混凝土砌块构造层的荷载-位移、承载能力、粘结强度及破坏形态的影响。研究结果表明：水平荷载即仓内储粮产生的水平侧压力对界面粘结性能是有利的;试件在水平-竖向双向加载时更有利于界面的稳定;竖向单向加载作用下胶粘面积为0.5A时的理论最大储粮高度最小,且大于实际储粮高度,说明在地下粮仓设计中,当环氧结构胶粘结面积超过加气混凝土砌块与钢板接触面积的50%时,能够满足储粮荷载作用下的承载能力及粘结强度要求。研究成果可为新型地下粮仓防水防潮构造层的安全性与可靠性提供参考依据。     

农业建筑工程设施设计年限研究

农业建筑工程设施是现代化农业产业化发展的基础设施,确定农业建筑工程设施合理的设计年限,对指导农业设施的设计和建造,促进设施园艺和设施养殖规模化、标准化发展,创导节约型现代农业生产,具有十分重要的意义。该文从农业建筑的自然属性与社会属性出发,重点分析研究了影响建筑结构耐久性的各种损耗,提出了农业建筑设计年限的确定原则包括一次性原则、自然属性原则、功能性原则及经济性原则。最后给出按属性、功能和效益的设计年限计算方法、按单项工程确定及经济使用年限推测的三种确定方法。     

Optimization of irrigation management and environmental assessment using the water cycle algorithm

Obtaining high crop yields with limited water consumption requires optimal irrigation strategies based on comprehensive studies of the parameters of plant–environment interactions. Here, we used a structural equation modelling (SEM) to assess the relationships among input irrigation factors and moderate factors to find an optimum water use efficiency (WUE) response factor, for outdoor and greenhouse cultivation of eggplant (Solanum melongena). The input irrigation factors (including irrigation interval, water salinity and environment) and the moderate factors (evapotranspiration, soil salinity, plant parameters, fruit parameters and crop yield) were used in water cycle algorithm (WCA) and genetic algorithm (GA) methods to optimize the water use efficiency. The optimization process included finding the best combination of irrigation factors and optimized eggplant cultivation. The structural equation modelling results indicate that irrigation interval negatively affected water use efficiency with a more dominant effect on plant parameters. Water salinity negatively affected the water use efficiency with a more dominant effect on soil salinity, crop yield and fruit parameters. Low salinity water was more effective than full irrigation to optimize the water use efficiency. The water cycle algorithm revealed that for outdoor cultivation, the optimal range of irrigation interval was 2–5 days and water salinity in the range of 0.8–2.2 ds/m. These factors optimized evapotranspiration (346.23–738.19 mm), soil salinity (4.16–9.45 ds/m), fruit parameters (33.81–35.12 cm) and crop yield (1715.7–2190.8 g/plant), as well as increasing the water use efficiency (3.08–4.89 g/(plant-mm)). Both the water cycle algorithm and genetic algorithm yielded very close to optimal values. Two years of repeated experiments and the closeness of the optimal values using the algorithms confirmed that the optimal amounts are reliable.     

Soil organic matter beyond molecular structure Part I: Macromolecular and supramolecular characteristics

This contribution reviews and discusses structural aspects of soil organic matter (SOM) and humic substances (HS) with special respect to the macromolecular and the supramolecular view. It can be concluded that (1) dissolved humic acids behave as supramolecular associations of relatively small molecules with an enormous flexibility of reaction of environmental conditions, (2) multivalent cations may increase the apparent molecular weight by the formation of coordinative crosslinks in dissolved and undissolved natural organic matter (NOM), (3) sorption nonlinearity in solid humic acids and SOM may be due to polymer properties of NOM, (4) sorbates affect sorbent characteristics of SOM, and (5) hysteresis and conditioning effects in SOM can up to now best be explained with the polymer analogy. A distinct polydispersivity of SOM over a wide range of molecular masses is to be assumed. The supramolecular and the macromolecular models were derived from humic acids with different composition and on the basis of different sample states. Although the supramolecular model has not explicitely been shown for unfractionated DOM, the combination of all discussed studies suggests supramolecular as well as macromolecular characteristics of NOM. Neither macromolecules nor small molecules can be fully excluded in solid and dissolved SOM. Microregions with different properties provide different types of sorption sites. SOM is suggested to be regarded as amorphous material. This point of view is not restricted to high molecular masses and may supplement our understanding of SOM by the model of physical aging.     

关中平原农田土壤水力参数空间分异与模拟

土壤水力参数是土壤水分和污染物迁移等陆面过程数值模拟的重要基础参数。为探明关中平原农田土壤水力参数空间分异特征,建立空间分布预测模型,在关中平原网格布设124个样点,采集根层0-20 cm原状和扰动土壤样品,利用van Genuchten模型拟合获取土壤水分特征曲线,获得残余含水量(θr)、饱和含水量(θs)以及系数α和n等土壤水力参数。采用经典统计学、地统计学和结构方程方法分析了θr、θs、α和n的空间变异特征及影响因子,建立了水力参数传递函数预测模型。结果表明:θr和α为强变异,θs为中等变异,n为弱变异。θr、θs、α和n半方差函数最佳拟合模型分别为球状模型、指数模型、指数模型和球状模型。θs和n具有强烈的空间依赖性,变程分别为32.7,54.3 km;θr和α具有中等程度空间依赖性,变程均为52.8 km。土壤质地、容重、pH、有机质和海拔是影响土壤水力参数空间分布的主要因子。基于土壤理化性质和海拔建立的水力参数传递函数模型具有较好的模拟效果,可用于关中地区大尺度农田生态系统土壤水力参数的模拟预测。