三元非结构肥效模型提高水稻施肥推荐的可靠性

【目的】针对三元二次多项式肥效模型的设定偏误和多重共线性危害导致建模成功率低的问题,研发三元非结构肥效模型,扩大模型适用性。【方法】在福建省平和县和仙游县选择了13个水稻氮磷钾田间肥效试验结果作为研究案例。田间试验均采用"3414"设计方案,即:1) N_0P_0K_0;2) N_0P_2K_2;3) N_1P_2K_2;4) N_2P_0K_2;5)N_2P_1K_2;6) N_2P_2K_2;7) N_2P_3K_2;8) N_2P_2K_0;9) N_2P_2K_1;10) N_2P_2K_3;11) N_3P_2K_2;12) N_1P_1K_2;13) N_1P_2K_1;14)N_2P_1K_1。其中,"2"水平为试验前当地氮磷钾推荐施肥量,"0"水平表示不施肥,"1"水平和"3"水平的施肥量分别为"2"水平的50%和150%。在一元非结构肥效模型基础上,利用氮磷钾田间肥效试验结果,在每个试验点分别构建了三元二次多项式肥效模型和三元非结构肥效模型。利用已有的668个水稻"3414"田间试验结果,比较验证了两种模型的拟合效果和推荐施肥量的可靠性。【结果】在构建的13个三元二次多项式肥效模型中,有2个模型的结果未达到统计显著水平,3个肥效模型属于非典型式,而构建的13个三元非结构肥效模型均得到了典型式。通过668个水稻氮磷钾田间肥效试验结果验证表明,三元二次多项式肥效模型未能通过显著性检验的比例达到30.1%,而三元非结构肥效模型未能通过的比例下降到23.4%。在推荐施肥量外推的非典型式中,三元二次多项式肥效模型的比例为4.0%,而三元非结构肥效模型则提高到30.7%。在系数符号不合理和无最高产量点的两种非典型式类型中,三元二次多项式肥效模型的比例分别达到32.3%和14.4%,而三元非结构肥效模型则分别降低到6.9%和0。三元二次多项式肥效模型的典型式比例仅为19.5%,而三元非结构肥效模型典型式比例则提高到39.1%,是前者的2.0倍,明显提高了田间试验结果的建模成功率。【结论】大样本田间试验充分证明,相比三元二次多项式肥效模型,采用三元非结构肥效模型进行早、中、晚稻推荐施肥,提高了建模的成功效率和模型的实用性,是可靠性更高的模型。

啤酒糟蛋白提取模型的建立

为了更好地利用啤酒糟中含有的蛋白成分,研究了不同提取条件对糟蛋白提取率的影响,并利用二次多项式回归的方法建立了啤酒糟蛋白提取率与提取条件之间关系的数学模型,并探讨了因素相互间的影响和产生的原因。结果表明:利用岭脊分析的方法得到较佳的提取条件为pH 10.5,液料比15.0∶1,45.7℃提取59.9min。通过方差分析和判定系数检验,证明该模型拟合度较好。

基于非支配排序遗传算法的塔机有限元模型修正

为了建立一个能准确反映结构实际状态的有限元模型,提出了一种基于非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)的有限元模型修正方法.首先建立初始有限元模型,基于二次响应面法,得到有效的响应面替代模型,然后采用NSGA-Ⅱ对该模型进行修正,最终建立了满足工程精度要求的可靠的有限元模型.给出了某型塔机有限元模型修正的工程算例,将修正后的计算结果与实测数据相比较,说明了基于NSGA-Ⅱ多目标优化算法对于有限元模型修正具有理想的效果,修正后的有限元模型能准确反映结构力学特性.

地脉动作用下主机装置靶室结构稳定性分析与评估

在大型固体激光器结构稳定性设计中,数值模拟结果是结构稳定性设计的主要依据,故数值模拟的可信度至关重要。为了评估装置稳定性计算结果的可信度,基于现代模型验证与确认技术中关于不确定性源的量化及传播分析方法、模型形式误差与预测推断的叠加方法研究,对靶球结构的最大位移响应进行了预测推断。稳定性分析中为了快速进行不确定性参数的传播和灵敏度分析,使用二次响应面模型作为代理模型,灵敏度分析结果表明模态阻尼比对靶球结构的稳定性影响更大。对关心量的稳定性预测结果表明,靶球结构最大位移响应的上界与稳定性设计指标相比,安全裕度仍大于7,说明主机装置的稳定性设计具有足够的可信度。

二元非结构肥效模型构建及其田间试验验证

二次多项式肥效模型假设单位养分增产量与施肥量之间为线性模型,结果导致最高施肥量之前和最高施肥量之后的施肥效应是对称关系。这种模型设定偏误以及模型存在的强烈多重共线性和异方差是建模成功率明显偏低的重要原因。本研究研发二元非结构肥效模型,旨在提高二元肥效模型的适用性。在一元非结构肥效模型基础上,根据植物营养元素功能不可相互替代原理,构建二元非结构肥效模型,并通过氮、磷、钾二元组合的田间肥效试验结果检验新模型的拟合效果和推荐施肥量的可靠性。结果表明,在水稻、花生、马铃薯、毛豆、冬小麦和夏玉米的17个氮磷、氮钾、磷钾二因素肥效田间试验结果中,二元二次多项式肥效模型均能通过统计显著性检验,但典型肥效模型仅占试验点总数的58.8%,模型一次项系数或二次项系数代数符号不合理以及推荐施肥量属于外推的非典型式占41.2%。基于二元非结构肥效模型拟合上述试验结果,同样均能通过统计显著性检验,典型肥效模型的比例占试验点总数的88.2%,非典型式模型(均属于推荐施肥量外推)比例仅占11.8%,建模成功率较二元二次多项式肥效模型提高了29.4个百分点。两种模型的最高产量施肥量之间、经济产量施肥量之间存在显著的线性正相关,但线性回归方程的一次项系数分别仅有0.9153和0.9161,表明当二元二次多项式模型推荐的最高施肥量或经济施肥量每增加1 kg时,二元非结构肥效模型的相应推荐施肥分别仅增加0.915 3 kg和0.916 1 kg,较好地克服了二次多项式模型推荐施肥量偏高的问题。分析表明,二元二次多项式肥效模型是二元非结构肥效模型的简化式和特例,新模型具有更广的适用范围。

基于耐撞性的多学科近似模型预测精度研究

以整车100%正面碰撞有限元模型为基础研究了三种近似模型的预测精度,分析并选取前部结构中对汽车碰撞安全性影响较大的12个部件厚度为变量,利用最优拉丁超立方试验设计方法生成80个样本数据并进行计算,应用多学科优化中常用的二次多项式响应面(Quadratic Polynomial Response Surface,QPRS)、Kriging以及径向基函数(Radial Basis Function,RBF)三种近似方法分别对选取部件的总质量、吸收总能量、B柱最大加速度和踏板侵入量建立近似模型。结果表明:RBF近似方法对部件总质量、吸收总能量、B柱最大加速度预测精度高于其他两种方法,Kriging近似方法对踏板侵入量预测模型具有较好的精度,QPRS近似方法适合于部件总质量的近似建模。

化学镀镍-磷两种动力学模型的比较

对石英光纤表面化学镀镍-磷的动力学进行了研究。在相同实验范围内,分别建立了幂函数型和多元二次型动力学模型。通过79个不同因素水平组合所获得的实验数据对两种模型的可靠性进行了比较。结果表明,幂函数动力学模型计算的镀速与实验值相对误差小于5%的有67个,大于5%而小于10%以及大于10%的各有6个,最大相对误差为13.86%;多元二次型动力学模型计算的镀速与实验值相对误差小于5%的有78个,大于5%的只有1个(7.68%)。多元二次动力学模型更可靠。与幂函数动力学模型相比,用Design-Expert 7.00软件中的响应面(Box-Behnken)程序可自动建立多元二次型动力学模型,并判别模型的可靠性及各模型项对镀速影响的显著程度。

金佛山方竹营养需求特性及配方施肥模型构建

以金佛山方竹林土壤营养状况和营养分配规律为基础,建立配方施肥数学模型,并研制适合方竹生产的专用肥。结果表明:金佛山方竹林地土壤各类主要营养元素总量以N含量最高,其次是K,P相对较低,而有效养分同样以碱解N含量最高,其次是速效K,有效P最低,竹林土壤能够提供有效N、P、K的最大养分量分别为350.4 kg·hm^(-2)、15.8 kg·hm^(-2)、216.3 kg·hm^(-2);金佛山方竹试验林的树体营养元素总贮量为55.82 g·株-1,各器官营养元素贮存量的大小顺序为:秆(25.62 g·株-1)>叶(10.82 g·株-1)>枝(10.51 g·株-1)>笋(8.88 g·株-1);整个树体各营养元素积累和分配大小排列顺序为:N>K>P>Mg>Ca>Fe>Mn>Zn>Cu,其中竹叶、枝、秆中各养分贮量从大到小排列均为:N>K>P>Mg>Ca>Mn>Fe>Zn>Cu,竹笋中各养分贮量大小顺序为N>K>P>Mg>Ca>Mn>Fe>Zn>Cu;根据金佛山方竹的“3414”施肥试验处理,得出第2水平的产量最高,为20920.1 kg·hm^(-2),得到三元二次肥料效应方程为:Y=3307.7+0.35X_(1)+24.28X_(2)+31.56X_(3)-0.01X_(1)^(2)-0.13X_(2)^(2)-0.05X_(3)^(2)+0.05X_(1)X_(2)+0.04X_(1)X_(3)-0.06X_(2)X_(3),拟合度较高,可作为金佛山方竹林施肥的指导模型。

TC4钛合金铣削温度预测的试验及响应面法研究

为研究不同铣削参数下TC4钛合金铣削区域最高温度的变化,搭建TC4钛合金的铣削温度测试系统。使用红外热像仪实时采集刀具与工件接触区域的铣削温度,得到不同铣削参数下测温区域铣削温度的时间历程曲线;分析不同铣削参数下最高温度的变化特征。基于试验数据,在Design-Expert软件中进行以铣削参数为影响因素、以最高温度为响应值的响应面优化法试验,建立最高温度关于铣削参数的三元二次多项式回归模型。结果表明:随着铣削参数的增大,最高铣削温度总体呈上升趋势;所建立的铣削温度特征值回归模型是显著的,可以较好地预测最高铣削温度;通过对最高温度进行数值优化,可得到铣削温度特征值最低时的最佳铣削参数。

基于BP神经网络的聚偏氟乙烯/聚丙烯梯度复合滤料工艺优化

口罩是防止病毒通过呼吸系统和黏膜进入人体的重要防疫屏障。一次性口罩存在过滤效率随静电衰减下降快、呼吸阻力大、使用寿命短等问题。将静电纺纳米纤维膜与熔喷布复合,减少颗粒物过滤性能对静电作用的依赖,实现长效过滤。以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,基于静电纺丝技术制备聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜,与聚丙烯(PP)熔喷基布覆合,制备PVDF/PP纳/微米复合纤维膜。实验研究静电纺丝工艺参数对复合结构纤维膜气溶胶过滤性能的影响规律。建立三元二次多项式模型优化纺丝工艺,同时构建反向传播(BP)神经网络模型,预测不同工艺下的纤维膜过滤阻力。结果表明,电压、接收距离、注射速度、纺丝液浓度和纤维膜面密度对过滤效率和过滤阻力有着一致的影响规律。纺丝液浓度为15wt%、面密度为3 g/m^(2)时,优化纺丝工艺参数为:电压30 kV,接收距离16.8 cm,注射速度1.6 mL/h。应用多项式模型预测的过滤阻力值为76.79 Pa,相对误差为9.23%,误差变异系数(CV)值为59%。BP神经网络预测的过滤阻力值为81.25 Pa,相对误差为1.99%,误差CV值为48%。实验证明,三元二次模型和BP神经网络具有较高的预测准确度。