基于Python的SAP2000向ANSYS模型转化技术及软件开发研究

工程人员常通过对比设计软件与有限元软件的分析结果,以验算和校核结构设计的合理性。然而,由于软件分析内核的差异,设计软件与有限元软件之间的模型信息往往难以直接传递并转化。针对SAP2000结构设计分析软件向ANSYS有限元分析软件的模型转化问题,基于Python语言和APDL参数化设计语言,编译并开发了STAMT V1.0(SAP2000 To ANSYS Model Transformation V1.0)模型转化程序。相比已有转化程序,STAMT程序实现了更多单元类型、材料属性、截面类型、荷载形式的转化,提高了模型转化的通用性。其次,其涵盖了节点坐标系变换、梁单元坐标系变换、梁端自由度释放、创建刚性域等必备功能,进一步满足了模型转化过程中的功能性需求。然后,采用先建立几何模型后生成有限元模型的转化思路,实现了梁单元网格数量的自定义以及板壳荷载向梁的传递,软件操作界面简洁,便于工程人员的使用。最后,通过单层工业厂房和多层框架结构的两个算例分析,得到转化后模型的质量与原模型一致,前5阶周期的平均误差不超过3%,满足精度要求。研究分析验证了STAMT程序可实现SAP2000模型向ANSYS模型的准确、快速转化。

CGCS2000板块模型构建

基于中国地壳运动观测网络2001—2010年跨度长达10年的观测数据,采用基准优选、变异点数据分段处理等策略,计算获得ITRF2005框架下高精度速度场。同时针对国际上现有的NNR NUVEL1A、APKIM2005、PB2002等板块模型在中国区域适应性差,基于中国地质构造特性及实际速度场解算结果,构建了中国20个二级板块模型CPM-CGCS2000。采用本文提出的用板块模型参数将站点归算至CGCS2000的方法对板块模型进行外部检核,并用此方法验证所建的二级块体模型,精度可达2～3 cm。与国际上现有比较成熟的速度场模型———ITRF2005、APKIM2005、PB2002、NUVEL1A及国内文献[1—2]的板块模型进行的比较表明,CPM-CGCS2000板块模型实际精度优于目前现有的模型。

ORYZA2000模型模拟北京地区旱稻的适应性初探

利用北京昌平2年旱稻田间试验结果,对ORYZA2000模型模拟旱稻生长发育的适应性做了初步研究。根据2003年旱稻田间试验结果,对模型进行调试,获得了旱稻的基本作物参数,包括旱稻不同生育阶段的发育速率、干物质分配系数、比叶面积、最大根深等。利用2002年的数据对模型模拟的生物量、叶面积和产量等结果进行了检验。结果表明,ORYZA2000能够比较准确地模拟旱稻的生物量、叶面积动态变化过程及最终产量,尤其是在模拟穗生物量方面具有较高的准确性。地上部总生物量、绿叶生物量、茎生物量、穗生物量、叶面积指数和产量的相对均方根误差NRMSE值分别为45%、35%、57%、37%、35%和23%。

Austal 2000应用于国内“烟塔合一”类项目大气影响评价

简述了德国"烟塔合一"类大气污染扩散模式,以及相关模式Austal 2000的应用方法,修正了气象参数以适合本地化应用。以天津某电厂为实例,将Austal 2000模式"烟塔合一"和烟囱排烟方式的计算结果进行了对比分析。结果表明,在进行本地化修改后,Austal 2000模式适用于国内有关项目大气预测评价,但从环境影响角度考虑,"烟塔合一"相对于高烟囱排放方式没有明显优势,应用时需慎重。

水稻模型ORYZA2000在湖南双季稻区的验证与适应性评价

校准与验证水稻生长模型ORYZA2000,为模型本地化、区域化研究应用提供依据。采用湖南双季稻区作物田间观测数据,结合栽培管理措施、土壤以及同期逐日气象数据等资料对ORYZA2000进行参数校正,调试确定了早稻、晚稻有代表性品种的作物参数;利用独立的数据资料,对双季稻生育期、叶面积指数、生物量、产量等指标的模拟结果进行了详细地验证与适应性评价。结果表明:模型对双季稻品种的生育期模拟较好,开花期和成熟期的相对模拟误差为1—2d;早稻和晚稻叶面积指数的归一化均方根误差(NRMSE)均为24%,地上部总生物量、绿叶生物量、茎生物量和穗生物量的NRMSE值分别为18%、22%、22%、24%和19%、24%、28%、28%,产量的NRMSE值分别为11%和16%。校验的作物参数反映了湖南早稻和晚稻品种的生物学特性,参数值合理、有效。通过校准作物参数,ORYZA2000可较为准确地模拟双季稻生长发育及其生物量的动态累积过程,适应性较强,能够应用于双季稻生产。

基于CGCS2000的中国地壳水平运动速度场模型研究

首先介绍通过数据处理获取CGCS2000(中国大地坐标系统2000)下点位坐标和速度场的方法,其次研究分析在CGCS2000下建立满足中国大陆区域无整体旋转条件的中国大陆板块位移基准方法,计算得到的CGCS2000下中国大陆区域的欧拉角速度是0.2997(°)/Ma,旋转极的位置为(64.77°N,94.093°E),最后利用计算获取的CGCS2000下的国家高精度GPS网的坐标和速度值,采用有限元插值方法建立中国大陆区域地壳运动速度场模型,并初步分析CGCS2000下的中国大陆地壳运动整体趋势。通过本文的研究可以进一步维护和精化中国CGCS2000的稳定性、动态性和精确性,也可对CGCS2000坐标参考框架下的中国区域地壳运动特征的研究提供科学方法和高时空分辨率的基础数据。

利用ORYZA2000模型分析北京地区旱稻产量潜力及需水特征

在模型验证的基础上,利用ORYZA2000模型分析表明,北京地区旱稻产量潜力30年平均为8573kghm-2,变化范围为6747～11278kghm-2,年际间变异系数为16.3%。而雨养产量的多年平均值为4084kghm-2,变化范围223～8018kghm-2,年际间的变异系数高达51.1%。产量潜力与雨养产量之差表明北京地区旱稻尚有一定的增产潜力。旱稻全生育期需水量的多年平均值为713mm,年际间变异为8.5%。其中,出苗—穗分化阶段由于持续时间长,需水量最大,占全生育期的49.7%。全生育期的平均需水强度为5.3mmd-1,需水强度最大的时期为穗分化—开花阶段,平均为5.5mmd-1。北京地区生育期内的降水量不能完全满足旱稻的需水要求,50%的年份水分亏缺量在250mm以上,水分亏缺量多年平均值为226mm,年际间变异较大,变异系数高达81.4%。

基于ORYZA2000模型的北京地区旱稻适宜播种期分析

确定适宜播种期是制定合理的作物栽培管理方案的关键内容之一。在作物模型ORYZA2000有效性验证的基础上,以北京地区为例,利用该模型结合长期历史气候资料,对确定旱稻适宜播种期做了初步研究。结果表明:在不考虑水分因子条件下,北京地区旱稻297安全播期的范围较广,多年平均为3月26日—6月4日;受温度升高的影响,最早播期有提前趋势,而最晚播种期有延后趋势。在同一年份内,播期不同旱稻的产量也有一定的变化,呈现为先升高而后降低的趋势。播期过早或过晚导致生育期平均温度偏低是影响穗干物质累积且造成减产的主要原因,在适宜的播期范围内才能获得高产。以90%—100%当年最高产量潜力作为适宜播期的产量指标,确定北京地区旱稻297的适宜播期变化在5月11日—5月19日之间,相应的产量变化在6689—7257kg/hm2范围内。研究方法可为其他地区旱稻的播期研究提供借鉴。

应用ORYZA2000模型制定北京地区旱稻优化灌溉制度

通过优化灌溉提高水分利用效率,使有限的水资源发挥最大的效益,是推行节水农业的一个重要方面。在模型验证的基础上,利用ORYZA2000模型和多年气象资料,分析了北京地区不同降水年型条件下旱稻产量和水分利用效率与灌溉定额之间的关系,在此基础上制定不同降水年型和产量水平的北京地区旱稻优化灌溉制度。结果表明:当灌溉定额达到一定水平后,最高产量趋于不变。干旱和平水年型条件下旱稻均有较大的增产潜力,灌溉定额为300～500mm可增产约3000kg/hm2;丰水年型灌溉定额为250mm时可增产1000kg/hm2。70%、80%和90%产量潜力3个产量水平的最优灌溉制度分别需要保持根层土壤相对含水率在67%、73%和83%左右,灌水定额不宜过高,以50～60mm为宜。灌溉次数和灌溉定额随产量水平的提高而增加,并取决于实际的降水情况:干旱年型3个产量水平的灌溉次数为3～8次;平水年型为2～5次;丰水年型为1～5次。水分利用效率变化范围为0.92～1.28g/kg,受各年型降水量影响灌溉水水分利用效率变化在1.61～7.76g/kg之间,丰水年型的灌溉水水分利用效率高于平水年型和干旱年型。80%产量潜力水平时的水分利用效率最高,不同年型灌溉定额在98～239mm之间,灌溉次数为2～5次。

基于ORYZA2000模型的湘赣双季稻气候生产潜力

应用湘赣地区1961-2006年25个气象观测站的逐日气象资料以及31个农业气象观测站1981-2006年双季稻发育期、生物量观测等资料,对水稻生长模型ORYZA2000进行参数调试和验证。以双季稻发育速率参数为主,结合地形、气候、水稻熟性分布和当地生产实际,将湘赣双季稻区划分为7个区域,实现了ORYZA2000在湘赣双季稻地区的应用。利用本地化后的ORYZA2000模型模拟湘赣地区早、晚稻的逐日生长过程,分析了湘赣地区1961-2006年双季稻气候生产潜力的时空演变规律。分析表明,赣东、赣中、湘中一带双季稻气候生产潜力较高,湘北、湘南、赣南、赣东北双季稻气候生产潜力较低,其空间分布与实际生产情况相符。从历史演变看,25个站中有18个站的双季稻气候生产潜力呈下降趋势,每年下降22-86kg/hm^2不等。初步分析表明,湘赣地区双季稻气候生产潜力下降是由于生育期天数减少、生育期内辐射（日照时数）减少和（或）积温上升3个因素的共同影响。辐射减少导致光合作用产物减少,积温上升意味着生育期内温度升高,或产生高温胁迫,或引发生育期缩短,均对水稻生长不利。

CGCS2000与独立坐标系转换模型适用性研究

针对CGCS2000与城市独立坐标系转换中,如何根据需要选择合适转换模型,使产生的转换坐标具有高精度或者高符合性问题,利用CGCS2000与独立坐标系边长差和方位角差比较方法,分析转换模型特性。并通过实例对常用转换模型进行验证,归纳出模型的适用性,解决坐标转换中不同需求模型选择问题。文中方法对其它坐标转换有一定借鉴作用。

AUSTAL2000在恶臭污染环境影响评估中的应用研究

运用德国AUSTAL2000模型对某化工项目周边400 km^2的矩形区域和36个环境敏感点NH_3、H_2S浓度和恶臭发生频率进行了模拟计算,分析了该项目恶臭污染的影响程度和范围,并对各排放源的计算结果进行了对比分析。结果表明,预测范围内NH_3、H_2S只有小时浓度最大值超标,占标率分别为139%和120%,超标面积分别为0.16 km^2和0.13 km^2,但恶臭发生频率超标较严重,最大值达到了86.7%,超标面积达40.8 km^2;环境敏感点NH_3、H_2S浓度均未超标,恶臭发生频率也仅有两个点位的最大值略高于标准限值;与面源的无组织排放相比,采取排气筒的排放方式可以明显降低周边区域污染物浓度和恶臭发生频率,减少恶臭污染面积。

基于ORYZA2000模型模拟贵阳地区一季中稻的适应性初探

为了验证ORYZA2000模型在贵阳地区一季中稻的适应性,以贵阳地区2008—2009年气象资料为基础,采用2008—2009年‘金优527’、‘黔南优2058’、‘Q优6号’的田间试验数据对ORYZA2000模型进行校正,同时获取相关作物参数和开展模拟评价。结果表明,ORYZA2000模型对3个品种的地上部总生物量、茎生物量、穗生物量、绿叶生物量、叶面积指数、产量的NRMSE分别为:16.4%、22.5%、23.5%、26.5%、26.1%、11.3%。经过参数调试后的ORYZA2000模型能够比较准确地模拟贵阳地区一季中稻的生物量、叶面积动态变化及产量,尤其是在模拟产量、总生物量方面具有较高的准确性。

高分辨率区域重力场模型DQM2000

基于局部积分谱权综合法 ,选择国外重力场模型OSU91A和EGM96作为基础模型 ,利用中国地域2 0′× 2 0′、1 5′× 1 5′、1 0′× 1 0′和 5′× 5′平均重力异常 ,解算了一组高分辨率地球重力场系列模型DQM2 0 0 0 ,即DQM2 0 0 0A、DQM2 0 0 0B、DQM2 0 0 0C和DQM2 0 0 0D ,其完整阶次分别为 5 40、72 0、1 0 80和 2 1 60 ,采用内部符合和外部检核的方法以评价新模型的精度。

DQM2000d、UGM05和EGM2008地球重力场模型精度比较

给出由地球重力场模型计算重力异常和垂线偏差的公式，利用36阶、360阶、1800阶DQM2000d、UGM05以及EGM2008地球重力场模型计算国内某地区格网点重力异常和地面垂线偏差，并将其与实测数据进行比较，从而对三种模型的精度进行评估。结果表明，在表示国内某地区格网点重力异常时，UGM05模型精度最高，DQM2000d模型精度次之，EGM2008模型精度最低；在表示地面垂线偏差时，三种模型的精度相当。

水稻ORYZA2000模型在陕西省的适应性评价

采用陕西省城固县农气观测站的水稻田间观测数据,对ORYZA2000水稻模型进行参数校正与调试,分析和模拟水稻在陕西省南部的适应性.结果表明:在全球气候变暖背景下,水稻各发育期均不同程度地提前;ORYZA2000模型模拟的水稻总生物质量、穗生物质量、茎生物质量和绿叶生物质量的模拟值和观测值相关性好,且随着播期推后,水稻产量呈下降趋势.该模型能够较准确地模拟陕南地区水稻产量、生育期、各生物量和叶面积指数的动态变化.

CGCS2000高精度坐标转换格网模型的建立

CGCS2000启用后,用于地形图图廓线和坐标网变换的高精度坐标转换格网模型的建立成为实用中的重要问题。本文阐述我国CGCS2000高精度坐标转换格网模型的建立方法。一是讨论坐标转换最小曲率方程,该方程同时具备整体光滑和局部光滑特性,可以更好地符合地图线状要素坐标转换时的连续光滑性;二是提出格网节点迭代计算方法以及拟合推估两步极小法构建区域性格网模型的方法,构建了格网模型数据结构;三是给出全国范围CGCS2000高精度坐标转换格网模型的最优格网间距和转换精度,按48 433个2000国家大地控制网点坐标构建了BJS54和XAS80到CGCS2000坐标转换格网模型,转换后的点位外符精度分别为0.26m和0.03m。

平面四参数模型下的城市平面坐标与2000国家大地坐标转换方法研究

以广东省阳江市为例,充分利用现有成果,基于平面四参数模型对城市坐标系向2000国家大地坐标转换及其优化方法进行研究,考察不同重合点密度对坐标转换精度的影响,并在此基础上探讨了重合点选取的优化方法。研究表明,转换中的点位误差随重合点平均点间距的增加而增加,而在平均点间距达到60 km时,点位误差仍能保持在5 cm以内;同时根据平面上不同坐标系间的线性关系及两方向分量差值平行分布的特性,进行重合点的优化选取,可以快速剔除不可靠的重合点,提高转换精度,特别在已有控制网年代久、精度低、稳定性差的地区可以获得较好的效果。

CGCS2000板块运动模型建立方法研究

使用国家级CORS站数据,建立了CGCS2000板块运动模型,该模型可以提供高精度的速度场,实现2000历元至当前历元的点位的归算。

基于田间试验的水稻模型ORYZA2000区域参数比较

利用江苏南京、安徽宣城两地的水稻田间试验数据和气象资料,对ORYZA2000模型基本作物参数进行调整,包括不同发育阶段的发育速率、干物质分配系数、比叶面积等。两试验点的作物营养生长参数(DVRJ)和生殖生长参数(DVRR)差异很大,反应了模型的区域差异性。模拟效果均能准确反应叶面积指数、生物量的动态变化过程,在地上部生物量的模拟准确度最高。两试验点的叶面积指数、地上部生物量、绿叶生物量、茎生物量和穗生物量的归一化均方根NSMSE值分别为9%、19%、18%、13%、25%和16%、25%、17%、19%、24%,因而南京试验点的模拟效果比宣城好,参数更具区域适应性。