车辆激光拼焊板失效模式预测及有限元验证

拼焊板技术在汽车制造中得到了广泛应用,但也面临成形性下降的挑战。失效模式是拼焊板成形过程中的关键特征,要改善拼焊板成形性能,必须对失效模式进行预测。为了预测成形后拼焊板的失效模式,该文以汽车激光拼焊板为对象建立了拼焊板临界板厚比解析模型。结合理论解析法、有限元及试验法研究了拼焊板两侧母材的厚度之比（板厚比）与拼焊板母材材料参数及应变状态之间的关系,建立了拼焊板失效模式预测模型。基于等双拉应变状态,分别采用理论模型和有限元法计算出2种不同拼焊板临界板厚比。比较2种方法获得的临界板厚比,误差分别为7.76%和6.15%,处于可接受范围。结果表明,所建立的临界板厚比解析模型是合理的,能有效预测拼焊板变形过程中的失效模式。     

基于离散元的西北旱区农田土壤颗粒接触模型和参数标定

为了解决利用离散元法模拟土壤作业过程在预测农具阻力和土壤动态运动时存在失真等问题,整合延迟弹性模型(hysteretic spring contact model,HSCM)和线性内聚力模型(liner cohesion model,LCM)优势建立西北旱区农田土壤模型,以不同参数(静摩擦系数、动摩擦系数和内聚强度)组合下仿真得到的土壤仿真堆积角为响应值,基于Box-Behnken试验法建立回归模型,并根据该回归模型进行了参数预测并验证,对17组土壤仿真堆积角方差分析表明:静摩擦系数、动摩擦系数、动摩擦系数和抗剪强度的交互项、动摩擦系数的二次项对仿真堆积角的影响极显著;静摩擦系数和动摩擦系数的交互项、静摩擦系数的二次项对仿真堆积角的影响显著。使用预测的参数进行6种不同含水率土壤直接剪切仿真和试验对比可知,当含水率为1%~20%时,仿真与试验间的抗剪强度相对误差为1.18%~9.31%,仿真与试验间的内摩擦角相对误差为0.55%~4.07%。对仿真和试验鸭嘴插入阻力数据进行分析可知,仿真与试验曲线在入土距离处于0~50 mm期间时,但仿真入土阻力曲线波动较大,仿真和试验阻力走势基本一致,玉米直插穴播最深处50 mm处的仿真和试验入土阻力相对误差为0.928%,可利用此时的入土阻力分析直插鸭嘴结构对强度的影响。     

大蒜取种装置取种清种性能离散元模拟与试验

针对当前大蒜机械化种植单粒率低的问题,采用"取多留一"的设计思路,设计了爪式循环单粒取种装置,采用离散元技术建立大蒜充种与清种动力学模型,通过单因素仿真试验明晰了该装置完成单粒取种的内在机理。充种过程以取种爪中间板圆弧半径、圆心角及侧板横向间距为试验因素,以目标率为试验指标,通过Box-Behnken试验设计原理进行多因素仿真试验,得到影响目标率的参数依次为取种爪侧板横向间距、中间板圆心角、中间板圆弧半径;清种过程以清种栅板倾角为试验因素,以合格率、漏播率为试验指标,通过One-Factor试验设计原理进行清种性能试验,得到其响应曲线。采用Design-Expert8.0.6进行取种参数优化,结果表明各参数最优值分别为中间板圆弧半径为48.52 mm,中间板圆心角为72.59°,侧板横向间距为25.11 mm,栅板倾斜角度为7.41°;模型预测的目标率为90.64%,合格率为92.52%,漏播率为3.30%。开展了室内及大田试验,试验数据与优化结果一致,为大蒜机械化播种单粒取种技术研究提供了参考。     

金属表面的激光强化及强化类别的BP神经网络控制研究

通过试验分析，表明使用不同的激光工作参数，对金属材料进行激光强化处理，可使材料表面产生4种结果，即：未相变硬化、相变硬化、表面微熔及表面熔凝。建立了激光工艺参数与材料表面强化结果之间关系的BP神经网络模型，并应用该模型，对常用于制造农业机械和发动机齿轮、凸轮轴、链轮、曲轴等零件的材料HT300进行激光强化处理试验。结果表明，BP神经网络模型可方便、准确地选择激光工艺参数，控制材料表面强化类别及工作性能。     

基于ANSYS的基质草籽毯成型机挤出口优化与试验

基质草籽毯成型机主要以农业废弃物秸秆和牲畜粪便为主要原料,制作绿化用草坪,可以实现连续不间断成型生产。针对现有成型机挤出口质量较大,造成材料消耗多和螺栓连接负担重的现象,以挤出口缩颈处长度、缩颈处宽度、料板厚度和螺栓孔直径为研究对象,运用ANSYS Workbench19.2有限元软件在静态特性分析和参数化建模基础上,基于多目标优化的响应面方法对挤出口模型进行优化,得到尺寸参数最优值：缩颈处长度180 mm、缩颈处宽度60 mm、料板厚度3.5 mm、螺栓孔直径11 mm,此时挤出口部件最大变形和最大等效应力较优化前分别减小了35.95%和13.8%;为了进一步优化挤出口尺寸,利用拓扑优化使零件总质量减轻了36.60%。采用EDEM软件对参数优化和拓扑优化进行验证,得到成型颗粒密度和挤出颗粒质量分别为1 383.2 kg/m3和2 709g。利用优化结果制作样机,与优化前成型装置进行对比试验结果表明：成型颗粒密度和挤出颗粒质量与优化前相比分别提升5.84%和2.88%,进一步发芽和烘干试验表明,优化效果达到预期目标,可为相关设备的研发和生产提供理论参考。     

粉末等离子弧堆焊工艺在修复农机零件中的应用

对粉末等离子弧堆焊工艺用于修复磨损的锤片、犁铧、钉齿和螺旋挖沟机叶片等四种零件进行了试验研究。优选出两种合金粉末并选配一种合金粉末,确定了堆焊部位、焊层厚度和堆焊各零件的工艺规范参数。室内磨损试验及生产试验均证明了修复零件的使用寿命比新品提高一倍以上,作业成本降低49％-77％。     

狭缝型分布板流化床提高核桃壳颗粒的流化效果

为了提高Geldart D类大颗粒物料在流化床中的流化效果,该文设计了一种结构简单的狭缝型气体分布板,进行了核桃壳颗粒(2~2.8 mm)的流态化试验,结果表明狭缝型分布板比传统多孔分布板提高床层膨胀率约5%,降低最小流化速率约8%。在欧拉-欧拉法的双流体模型和颗粒动力学理论基础上,建立流化床内气固两相流的数学模型并对模型进行验证,模拟值与试验值的误差在8%以内。利用数学模型对2种分布板流化床内大颗粒流化过程进行数值模拟,比较了2种分布板结构对流化床内床层压降、床层膨胀率、颗粒相体积分数及气固两相的流化速度的影响。模拟结果表明:狭缝型分布板的"V"型气流通道结构,使得气流易于集束向上运动,形成大气泡对床层造成扰动,从而增大床层压降波动幅度,提高床层膨胀率,并在流化床内形成4个小环流,促进气体相和颗粒相之间的混合,使得核桃壳颗粒流化均匀。该研究为大颗粒物料处理过程中流化床分布板的设计和选用提供参考。     

畜牧养殖环境监测自主移动平台轨迹跟踪控制算法

为实现畜牧养殖环境全方位监测,开发了可实现轨迹跟踪的自主移动监测平台。以具有非完整约束特性的自主移动平台为研究对象,研究其轨迹跟踪问题。在平台的结构基础上,通过建立其运动学模型及误差模型,提出基于Lyapunov函数和反推(Backstepping)时变状态反馈控制方法的轨迹跟踪算法,实现自主移动平台转向轮转角和行驶速度的控制。仿真和试验表明:所提出的控制算法能使该平台较好的收敛于期望轨迹,当跟踪期望轨迹稳定后,控制参数为(k_1,k_2,k_3,k_4)=(0.1,0.2,0.15,0.3)时,直线轨迹跟踪误差为x_e=±7 mm,y_e=±9.8 mm,θ_e=±4.2°,圆弧轨迹跟踪误差为x_e=±6.2 mm,y_e=±8.3 mm,θ_e=±5.8°,取得良好的跟踪精度。该研究可为畜牧养殖环境监测自主移动平台轨迹跟踪控制提供参考。     

PC板温室的温湿度预测模型建立与分析

根据PC板温室内太阳辐射、通风、对流和作物蒸腾作用引起的质热交换物理过程,基于物质和能量守恒,建立了与温室内外气象参数、土壤蒸发、作物生长状况和土壤品质相关的温度与湿度预测模型,并根据所建模型及仿真结果对温室环境系统进行分析。     

基于全视域GA-SVR模型的鱼类行为双目视觉观测系统标定

针对大视场水下环境鱼类行为视觉观测系统较难准确标定的问题,该文以双目立体测量系统为例,提出一种基于全视域GA-SVR(genetic algorithm-support vector regression)模型的鱼类行为三维观测系统标定方法。该方法选用具有圆点靶标的方形标定板为标定工具,通过设计具备前后左右移动能力的简易滑动轨道,实现了标定板的全视域空间定位。然后利用HALCON算子获取标定板靶点二维坐标,联立标定板空间位置,构建训练样本集。选取SVR模型对样本集进行训练,对比不同的寻优算法对支持向量回归模型的参数组合寻优结果,选用最优参数分别建立X,Y,Z轴标定模型。试验结果表明,利用遗传算法进行参数寻优构建的标定模型,其X、Y、Z轴测量均方误差分别为0.959、0.893和4.381 mm,互相关系数分别为0.999 988,0.999 998和0.998 356,优于差分进化算法和粒子群算法参数寻优的标定结果。与传统标定方法比较,该方法单点测量均方误差为1.861 mm,距离测量均方误差为0.706 mm,均低于空气中标定方法(单点均方误差27.75 mm;距离均方误差10.188 mm)和水下测量标定方法(单点均方误差8.215 mm;距离均方误差2.832 mm)的标定结果,有效的提高了鱼类行为视觉观测系统的定位精度。该研究可为鱼类行为量化方法研究和优化提供理论支持和技术参考。     

玉米收获机车架应力及模态数值模拟焊点模型优选

玉米收获机车架作为一种典型的薄壁焊合结构,各结构件主要通过焊接关系连接,该文针对车架有限元建模分析中焊点连接关系复杂、不同焊点模型引起数值模拟精度差异的问题,以提高车架有限元建模准确性与计算精度为目标,研究不同焊点模型对收获机械车架有限元计算精度的影响。首先,研究了有限元建模中常用4种不同焊点模型的构造机理与数学描述,并分别建立了4种焊点的车架有限元分析模型,计算静态加载下不同焊点模型车架的应力分布;其次,设计了玉米收获机车架应变试验,得到不同测点的应力分布规律。通过对比分析仿真与试验数据得出:采用RBAR(rigid-bar)焊点模型计算结果与试验结果吻合,相关系数为0.993 2,较适合模拟计算应力-应变模式的静态工况。通过Block Lanzcos算法计算不同焊点模型的车架模态振动频率与振型,获取不同焊点模型对车架频率和振型的影响规律,得出采用ACM2(area contact model 2)焊点模型的计算结果与二阶四面体单元计算结果相关性较高,相关系数为0.995 9。综合考虑不同焊点模型的适用性与建模效率得出:对于应力-应变模式的静态分析,建议采用RBAR焊点模型;对于模态分析模式的车架动态振动特性分析,建议采用ACM2焊点模型。研究结果为收获机械焊接结构件的有限元建模方法、焊点模型的选用以及提高数值模拟精度和建模效率等问题提供依据。     

地下粮仓塑料-混凝土防水体系抗水压试验

地下粮仓具有节能、节地、低温和绿色环保等优点,但由于地下水的影响,防水防潮一直是安全储粮的技术难题,为此提出以聚丙烯塑料（Polypropylene Plastic,PP）作为内衬材料的塑料-混凝土防水体系,其中,塑料板与混凝土采用塑料栓钉连接。考虑不同栓钉间距200、300和400 mm,设计制作了3个用于地下粮仓的塑料-混凝土水压试件,进行了水压加载试验,分析了塑料构件在水压作用下形态、破环机理、内力和变形。试验结果表明：在水压作用下,塑料板内应力和位移都随水压的增大而增大,节点位置承受较大拉力且应力最大值分布不均,跨中位置承受应力较小且最大值分布均匀;塑料板内跨中位置的位移值随水压增大呈线性增加,节点位置的位移值变化较小。在试验分析的基础上,在10 mm厚塑料板和给定连接节点条件下,提出了塑料-混凝土防水体系优化设计措施,塑料-混凝土防水体系达到水压承载力时其破坏模式随栓钉间距的变化而不同,在栓钉间距为200 mm时,其水压承载力达到180 kPa时发生节点焊缝强度破环,此类构件可通过增强节点处焊缝强度提高塑料构件的整体水压承载力;在栓钉间距为300 mm时,其水压承载力达到80 kPa时发生塑料板破环,此类构件可通过增大板厚来提高构件的整体水压承载力;在栓钉间距为400 mm时,其水压承载力达到38 kPa时发生节点焊缝强度破环,此类构件可增大节点焊缝强度来提高构件的整体水压承载力,研究结果为地下粮仓的防水设计提供参考。     

基于遗传算法的土壤水分运动参数识别

土壤水分运动参数的识别是研究土壤水分运动的基础。该文以反映土壤含水率实测值和计算值吻合程度的均方差最小为优化目标,以土壤导水率和扩散率经验参数上下限为约束条件,建立了土壤水分运动参数识别的优化计算模型。采用遗传算法和田间均质土壤一维非饱和运动数值计算相结合的方法,获得土壤导水率和扩散率经验参数最优值。经验证计算,土壤含水率实测值和计算值吻合程度较高,表明这一方法是可行的。     

基于混合数值解法的一维全水动力学畦灌模型

数值模拟畦（沟）灌水流运动过程可为地面灌溉系统设计与评价提供必要的工具和手段。该文采用时-空混合数值解法构建起一维全水动力学畦灌模型,并基于典型畦灌试验结果,对比分析采用混合数值解法和Roe有限体积法数值求解一维畦灌全水动力学模型在数值计算稳定性与收敛性、计算精度与效率间的差异,验证基于混合数值解法的模型模拟效果。结果表明,混合数值解法要比Roe有限体积法表现出更佳的数值计算稳定性和收敛性,形成的水平衡误差和平均相对误差相对较低,相同度量环境下的计算效率提高2倍以上。基于混合数值解法的一维畦灌全水动力学数值模拟方法可明显增强数值计算的稳定性和收敛性,有效提高了计算精度和效率,为开展畦灌系统设计与性能评价提供了可靠的数值模拟手段。     

往复泵吸入特性的流体力学数值模拟

为了研究往复泵在吸入过程中流体的动力特性及相关参数对吸入特性的影响,对往复泵的吸入过程进行计算流体动力学的数值模拟。在吸入过程中,根据阿道尔夫泵阀运动微分方程和活塞运动引起的泵腔内流场变化确定泵阀的运动,同时运用动网格生成技术更新了不同曲柄转角下的计算模型。通过数值计算,得到了往复泵的瞬时吸入流量、柱塞端面上的压力分布,并研究了冲次、弹簧刚度对吸入阀迟滞关闭现象的影响。结果表明,流体的压缩性和惯性导致瞬时流量小于理论值,吸液量是理论值的0.91倍,往复泵的冲次从100/min增大到330/min时,吸入阀     

不同工艺参数下苜蓿草粉环模制粒机流场的模拟与验证

环模制粒成型技术以其高效率、高成型率、强适应性等优点广泛应用于生物质能源和饲料产业等领域。该文以苜蓿草粉为原料,应用POLYFLOW软件对环模制粒机挤压区流场进行数值模拟,研究了喂料量、环模转速和物料含水率的变化对流场压力、速度、剪切速率和黏度分布特性的影响规律,并以试验验证,旨在为生产工艺的有效控制提供参考依据。结果表明:在结构参数等条件一定的情况下,增大喂料量,流场压力升高,挤压成型区域扩大,且物料以较快的速度作层流运动,流场剪切速率降低,黏度增大,出模压力和成型密度较大;减小环模转速,流场压力和挤压成型区增大,流动速度减小,剪切速率降低,黏度较大,但出模压力和成型密度降低;物料含水率降低使流场压力、黏度、出模压力和成型密度增加。通过比较得出:当喂料量为6 t/h、环模线速度为6.5 m/s和物料含水率为15%时所形成的流场有利于苜蓿草粉的制粒成型。     

直插式覆膜小麦穴播机的设计

该文设计的直插式覆膜小麦穴播机，采用平行四杆机构与轨道共同控制成穴器运动，成穴器轨迹非常接近理想直插运动曲线，成穴器入土后沿机组前进方向无显著位移运动。解决了原用滚筒鸭嘴式穴播机的撕膜、错位问题。即使改变成穴器有效工作长度，不会引起成穴器轨迹的变化，可满足不同作物的穴播。成穴器直接接种、整体仿形、成穴器活门强制开关的定时打开和晚关是该机的特点。     

基于空间数据库和GIS的SPAC系统水分运动模型

农田SPAC系统水分空间变异通常较大,一维模型无法反应区域农田水分的运动和空间分布.该研究以空间数据库和组件式GIS为基础,结合适于北方平原农田水文过程的机理公式,开发出可以在ArcMAP(ESRITM)中加载的区域SPAC系统水分运动模拟工具,该工具结合GIS空间分析功能、空间数据库管理和水文过程数值模拟于一体,可以模拟计算SPAC系统水分的时空分布和运动,并提供二维或三维的输出结果.模型由多个数据处理和过程计算子模块组成,可模拟SPAC系统内土壤水分动态和蒸散量.验证表明,区域土壤水分模拟绝对误差在0.05(即体积含水量相差5%)以下的栅格点数达到总计算区域栅格数的95.61%;蒸散量验证显示,玉米生长季平均绝对误差为0.15 mm,平均相对误差为3.1%;小麦生长季平均绝对误差为0.13 mm,平均相对误差为5%.     

土壤盐渍化的监测和预报研究

本文采用田间观测和数值模拟相结合的方法，对改造后的重盐碱试验地的水盐动态连续三年进行了监测和预报研究。在田间，监测了地下水的水位和矿化度、土壤盐分和水分、降雨和农田蒸散量等参数，同时针对现场试验条件进行数值模拟。在土壤盐分输运模型中，考虑动水不动水概念和吸附作用，在解水分运动方程时采用了更合理的改进型Ｐｉｃａｒｄ迭代差分法。研究表明，在当前的自然因素和农耕活动中，试验地土壤中的盐分达到动态平衡，不