稻田水分监测无线传感器设计

【目的】为解决现有传感器存在的成本高、通信距离短等问题,设计出一款基于STM32微控制器和LoRa无线通信技术的稻田水分监测无线传感器,该传感器被广泛应用于对农田的监测中。【方法】该传感器由无线通信模块、土壤水分测量模块及水位识别模块组成。采用低频电容法对土壤中的水分进行测量,并将测量得到的信息通过LoRa通信模块进行远距离传输。该传感器整体由太阳能转换模块进行供电,太阳能转换模块采用MPPT节能技术。【结果】使用该传感器对土壤水分进行测试,结果表明,稻田土壤的含水量与输出的电压大致呈线性关系。水位识别测试结果表明,水位识别传感器对水位变化较为敏感,具有良好的线性关系。【结论】该传感器实现了对土壤水分信息的准确采集和数据的稳定传输,并具有较长的续航时间,可实现对稻田水分的实时监测和远程管理。下一步将考虑传感器在复杂环境中的稳定性及对其他农作物的适用性。     

基于微波原理的高精度液位传感器

本文提出并演示了一种基于微波谐振原理的带有电阻消能结构的高精度液位传感器,在0～50 mm的量程范围内,分辨率可达微米级。微波谐振原理传感器第一反射点是传感器自带的固定点,第二反射点为液面,即为可变点,两反射点之间形成谐振腔结构。当液面的高度发生变化时,第二反射点发生移动,会导致两个反射点之间的距离发生变化,因此改变谐振腔长,通过测量谐振腔长的大小即可确定液位的变化量。同时,所加入的电阻在提高量程范围的基础上,还大幅提升了频谱质量和测量精度。实验结果表明,该液位传感器在0～50 mm的量程范围内具有1μm数量级的分辨率和-1.927 2 mm/mm（谐振波长变化/液位）的灵敏度。该新型微波液位传感器具有机械鲁棒性强、易于制造、成本低和高分辨率等优点,有望应用于水利水电的量水堰监测等领域。     

基于Arduino的智慧农业大棚环境监控系统设计

【目的】为了提高农作物产量、生产效益及生产效率,同时实现大棚农业的自动化、智能化管理,以Arduino控制主板为核心,设计出智慧农业大棚环境监控系统。【方法】该系统通过温度传感器、光照检测传感器、土壤湿度传感器来采集大棚内的相关数据,并将采集到的数据上传到Arduino主芯片,通过对数据进行对比,实现自动化控制,调整大棚内的各项环境参数,使农作物达到生长最佳状态。【结果】当检测到温度不佳时,自动开启温度控制系统,进行散热或加热,调整大棚内温度,使大棚内的温度达到理想状态;当检测到光线不利于农作物生长时,自动开启光电控制系统来调整光照强度;当检测到土壤湿度不利于植物生长时,自动启动灌溉系统,直到土壤湿度达标才自动停止灌溉。【结论】经过试验测试,该系统对检测到的数据能快速处理,且控制模块的灵敏度高。智慧农业大棚可实现自动化、智能化管理,更符合现代农业大棚种植需求。     

基于FLUENT的齿轮成形磨削气液两相流仿真分析

【目的】针对齿轮磨削加工中冷却效果不佳,表面液流量少的问题进行研究。【方法】设定不同的砂轮转速对磨削气流场进行仿真分析。在液流场中使用VOF气液两相流模型对不同喷嘴位置进行仿真模拟。【结果】结果表明：砂轮旋转带动周围气体形成返回流,阻碍射流进入磨削加工区域;砂轮转速30 m/s流体速度比砂轮转速20 m/s时高50%,能够满足磨削加工需求且返回流强度适中;距离齿轮表面垂直距离40 mm的喷嘴位置,能更好地将磨削液喷射至磨削区域,冷却效果最优。【结论】经过上述仿真分析可得出最佳的砂轮转速和喷嘴位置,对实际加工中节能降耗有一定的指导意义。     

回火温度及时间对4330V钢力学性能的影响

【目的】探讨回火温度及时间对4330V低合金结构钢力学性能的影响，并探寻4330V钢的最佳回火工艺，从而提高4330V钢的产品性能。【方法】通过不同的回火温度及回火时间对4330V钢进行处理，对其强度、硬度、韧性及塑性的变化情况进行分析。【结果】随着回火温度的升高，4330V钢的屈服强度、抗拉强度及硬度都有所下降，韧性和塑性都有所升高；随着回火时间的延长，4330V钢的强度及硬度均有一定程度的下降，冲击吸收能量和塑性反而有一定程度的升高。【结论】当回火温度为640℃及700℃时，温度过高会造成过回火；当回火温度为500℃时，温度过低，回火不充分；当回火温度为620℃回火120 min后，4330V钢的各种性能匹配较好。4330V钢在500℃和580℃回火后，其断口形貌主要以准解理断裂为主，此时钢材的延伸率最低；当回火温度提高到640℃时，其断口形貌主要以细小韧窝为主，此时的断裂方式为韧性断裂，且随着回火温度的升高，韧窝也变得越大越深，材料的塑性和韧性不断提高。     

沥青混凝土路面裂缝的原因分析及防治措施

一、原因分析 造成沥青路面裂缝的原因有很多,其主要原因如下: 1.半刚性基层开裂引起路面裂缝. (1)低温收缩开裂.沥青混凝土和半刚性基层多在高温.夏季和常温时施工成型,入冬后温度骤降,如果收缩应力大于当时混合料的极限抗拉强度时,就会产生温度收缩裂缝,一般为横向裂缝,宽度约为2～16mm.温差越大,温度变化越快,则约束越大,混合料就越容易开裂.路面开裂发展的过程及应力分布规律是:当混合料由于温度下降产生的拉力超过其材料抗拉强度时就开始出现第一批裂缝,路面开裂后应力重新分布,如果此时温度应力小于或等于混合料极限抗拉强度时,裂缝的数量即停止发展,当温度升高裂缝逐渐缩小.     

沥青混凝土路面裂缝的原因分析及防治措施

一、原因分析 造成沥青路面裂缝的原因有很多，其主要原因如下： 1．半刚性基层开裂引起路面裂缝。 （1）低温收缩开裂。沥青混凝土和半刚性基层多在高温。夏季和常温时施工成型，入冬后温度骤降，如果收缩应力大于当时混合料的极限抗拉强度时，就会产生温度收缩裂缝，一般为横向裂缝，宽度约为2-16mm。温差越大，温度变化越快，则约束越大，混合料就越容易开裂。路面开裂发展的过程及应力分布规律是：当混合料由于温度下降产生的拉力超过其材料抗拉强度时就开始出现第一批裂缝，路面开裂后应力重新分布，如果此时温度应力小于或等于混合料极限抗拉强度时，裂缝的数量即停止发展，当温度升高裂缝逐渐缩小。     

基于SBAS-InSAR技术的羊角山小尺度区域地面形变监测研究

【目的】获取桂林市兴安县羊角山区域的地面形变监测结果，探究人类活动对地面形变的影响。【方法】采用2017年3月17日—2021年12月9日覆盖羊角山地区的90景升轨Sentinel-1A卫星影像作为数据源，基于SBAS-InSAR方法对该区域进行地面形变监测分析，SBASInSAR方法能够有效地减弱时空失相干扰和大气效应引起的误差，提高地面形变监测结果的准确性。【结果】在长时间序列的小尺度地表开发形变监测上使用SBAS-InSAR方法仍能得到较高精度的结果，研究区域地表平均形变速率处于-18 mm/a～10 mm/a，在研究区的西南方向累积形变量最大，达到了-60 mm。【结论】该区域由于开发时间长度和开发强度的不同表现出不同的形变结果，且随着对该区域的持续开发，整体形变量有继续增加的趋势。     

短基线定位在结构物动态变形监测中的应用研究

【目的】验证短基线定位在结构物动态变形监测中的应用效果，为测绘地理信息技术的跨界融合和应用延伸提供科学依据。【方法】通过试验模拟结构物的动态变形情况，采用GNSS接收机观测动态数据，通过TRACK动态定位模块对3个基准站和1个移动站的观测数据进行处理分析。【结果】移动站点位误差X方向为2.2 mm,Y方向为-1.7 mm；基准站最大的点位误差X方向为3.7 mm,Y方向为3.9 mm，移动站和基准站的点位精度误差均满足规范要求。【结论】GNSS短基线测量技术在结构物动态变形监测应用中具有较高的精度，可以更好地解决传统结构物动态变形监测方法速度慢、成本高及自动化程度低等问题。     

南阳市近50年四季变化特征分析

【目的】研究南阳市四季变化的趋势与规律。【方法】使用物候学来进行四季划分，同时采用线性回归方程计算气候倾向率来定量描述四季变化趋势。【结果】近50年南阳入春、夏、秋、冬的平均日期分别是3月25日、5月19日、9月10日、11月13日，春、夏季提前，秋、冬季推迟。近50年南阳春夏秋冬四季的平均长度分别为62天、118天、63天、123天，春秋长度短，夏冬长度长。【结论】近50年来南阳春季、夏季开始时间呈现提前的趋势，南阳秋季、冬季开始时间呈现延迟的趋势；南阳春季、夏季持续时间呈现缓慢增长的趋势，南阳秋季、冬季持续时间呈现缓慢减少的趋势。     

石砌体材料力学性能研究——以湘粤古驿道石拱桥为例

【目的】以湘粤古驿道石拱桥——万岁桥为背景,进行相关室内试验、数据拟合分析研究,为明确石砌体材料的力学性能,尤其是压剪力学性能,以及老旧石拱桥承载力的准确评估提供参考和依据。【方法】参考实桥选择当地普通石灰岩石,制作原石、砌缝砂浆、石砌体等三类试件,进行轴心抗压、压剪试验研究。通过数据比对、归纳总结、拟合分析等方式研究砌缝厚度、侧压力等参数对石砌体材料力学性能的影响规律。【结果】原石抗压性能存在一定的离散性,可能是所用的石材内部存在缝隙、节理等;砌缝厚度、侧压力对石砌体试件的抗压性能、抗剪强度有较大影响,砌缝厚度越小抗压强度越高,侧压力越大抗剪承载力越高。【结论】侧压力是影响石砌体抗剪强度的重要因素,两者呈正相关,且符合摩尔库-伦理论特征,其数学关系可以通过数据拟合的方式进行确定。     

基于摄影测量的多瓣液压抓斗运动监测系统设计及应用分析

【目的】多瓣液压抓斗是散货起重设备的核心附加属具。由于实际工况下的现场环境通常较为恶劣,为保证生产安全,提高工作效率,需要对其运动状态进行实时监测。【方法】基于双目视觉测量原理,设计了一种基于摄影测量的多瓣液压抓斗运动监测系统,通过对抓斗运动特征点位置的在线测量,获取液压杆的位移量和抓瓣的转动角度,从而实现对抓斗运动状态的实时监测。【结果】试验结果显示,针对不同特征点测量所计算出的运动状态参数具有较好的一致性,部分标志点被遮挡时能够保证测量过程不中断。【结论】所设计的多瓣液压抓斗运动监测系统能够对颚板的运动状态进行实时监测,满足复杂工况下的现场应用需求。     

脂肪组织材料本构模型参数力学响应灵敏度分析

【目的】确定脂肪组织材料各材料本构的参数灵敏度,以便合理简化参数反求变量,提高材料对标效率。【方法】采用对4种常用的脂肪组织材料本构模型进行无约束压缩试验,研究各材料参数对力学响应的影响情况。【结果】线性黏弹性材料本构中短效剪切模量与衰减常数对接触力影响显著,Mooney-Rivlin超弹性本构中材料常数对接触力值影响较大,Ogden超弹性本构模型中Ogden系数对接触力值影响最显著,软组织材料本构中材料常数对接触力影响显著。【结论】为脂肪组织材料力学性能研究、参数反求及材料对标工作的合理简化提供了参考,极大地提高了计算效率。     

基于不同速度等级的铁路接触网链形悬挂仿真研究

【目的】研究不同速度等级下铁路接触网链形悬挂类型和参数对弓网运行状态的影响。【方法】采用有限元仿真法来建立不同速度等级下铁路接触网链形悬挂弓网动态仿真模型。选取不同速度等级与不同接触悬挂类型的弹性链悬挂和简单链形悬挂接触网系统，建立基于有限元的弓网动态仿真模型，对弓网动态性能进行比较分析。【结果】仿真性能研究结果表明：简单链形悬挂适用于速度为200 km/h的电气化铁路。当速度为300 km/h时，弹性链形悬挂接触力的变化更加平顺，且波动幅度更小，综合性能要优于简单链形悬挂。【结论】不同速度等级下，接触网链形悬挂类型和参数对弓网运行状态有较大影响。     

高比例新能源渗透组网的系统稳定性研究

【目的】目前新型电力系统建设过程中存在多起重大电网事故,新型电力系统发展过程中所面临的稳定性问题尤为突出。通过分析新型电力系统的暂态特性,为提高新型电力系统稳定性提供建议。【方法】以某新能源富集区作为研究对象,通过对传统电网与新型电力系统的供电方式进行分析,研究其电网暂态稳定性的特性差异,探讨储能电站在新型电力系统中所起到的作用。【结果】系统分析结果表明,新能源装机占比越高,系统暂态稳定性越差;当新能源占比超过50%时,系统无法稳定运行,储能电站介入后,可以在很大程度上解决系统的暂态稳定性问题。【结论】储能电站是解决新型电力系统稳定性问题的一个可行方案且具有重大意义。     

“三软”特厚煤层巷道锚网支护技术与实践

【目的】针对焦家寨煤矿特厚煤层完整性差、松散易冒顶等突出问题,分析影响顶板冒漏的主要因素。【方法】通过现场煤层可锚性测试,确定了锚网支护的可行性;提出了长短锚索层次控制技术,优化了巷道支护方式;采用顶板超前“龙骨”预支护结构,有效防止顶煤漏冒。【结果】现场实践表明：顶板锚索受力稳定,支护效果良好,防止了顶板冒漏现象。顶底板最大移近量156 mm,两帮最大移近量82 mm,巷道变形量均在允许范围内。【结论】本研究成功实现了“三软”特厚煤层的锚网索应用。     

四足机器人结构设计及步态仿真研究

【目的】为提高四足机器人在复杂地面行走时的稳定性,对四足机器人结构进行设计,并对其步态进行仿真。【方法】基于哺乳动物的腿部结构,在SOLIDWORKS软件中构建四足机器人的三维模型,使用D-H模型法构建出腿部结构的运动学模型,通过运动学分析,得到四足机器人的足端运动轨迹图,并以Walk步态在V-REP仿真软件中进行仿真分析。【结果】本研究设计出一种结构简单、具有十二自由度的四足机器人。【结论】仿真结果证明,该机器人的机构设计有效,能实现稳步行走。本研究的研究成果为该类机器人的设计提供依据。     

相变材料在公路建筑节能中的应用试验研究

为研究相变材料在公路建筑中的节能特性,通过模拟公路建筑所处的气候环境,对不同组合形式、调温速率和相变参量下的建筑试件节能保温性能进行了试验研究.同时,提出利用变温法和节能效率值(K_0-K_1)/K_0×100%作为复合墙体节能保温性能的评价指标.试验结果表明:首先,墙体热阻越大,导热系数越低,其节能效果越高,当保温层热阻为0.67m~2K/W时,墙体节能效率最优;其次,相变材料掺量与墙体节能保温性能呈高度正相关特性;在墙体相变板参量为4kg/m~2,中间保温层厚25mm,下部无机板厚25mm,调温速率为1.2℃/h这一工况下,比基准墙体节能约37.5%,复合墙体节能效果最优.     

基于占空比调制的永磁同步直线电机直接推力控制策略

【目目的的】为了降低永磁同步直线电机的控制成本，本研究提出一种采用占空比调制实现电机直接推力控制的策略，只使用速度传感器即可实现电机的闭环控制。【方法】在传统直接推力控制策略的基础上，可推导出有效电压空间矢量和电机的推力波动间的关系。在此基础上，通过在一个控制周期内同时采用非零电压矢量和零矢量的共同作用，来降低电机的推力脉动。【结果】针对永磁同步直线电机的结构特点，通过仿真来分析其控制性能，结果显示该方法对降低电机推力波动有一定效果。【结论】因此，采用占空比调制策略能有效减小电机的推力波动。     

反复加卸荷作用下两种岩石的变形与声发射特征研究

【目的】为了研究反复加卸荷作用下不同类型围岩在隧道施工及运营过程中的变形与破坏特征。【方法】选取花岗岩和砂岩试样进行等荷载反复加卸荷试验。【结果】研究结果表明：当应力水平低于裂缝损伤应力时，滞回曲线在循环过程中由疏至密；当应力水平高于裂缝损伤应力时，滞回曲线并不会表现出明显的密集特征；当应力水平低于裂缝损伤应力时，在第一次加卸载过程中损伤已基本形成，花岗岩发生的声发射事件有限，而砂岩声发射事件稀少，并在后续循环累积过程中损伤明显减少；当应力水平超过裂缝损伤应力时，两种岩石在循环加卸荷过程中会逐次产生明显的损伤，且应力水平超过裂缝损伤应力越高，损伤增长速度越快。【结论】循环荷载的增大会促进花岗岩内部裂纹的扩展，导致声发射事件变得活跃，而砂岩只有在应力水平提高至93%时，声发射事件才表现出明显间歇性增长规律。