時(shí)間：2023-06-06 09:00:24
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
在對房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，要注意以下幾個(gè)原則。
1.計(jì)算簡圖要進(jìn)行恰當(dāng)、合理的選擇
房屋建筑物的結(jié)構(gòu)計(jì)算式是通過計(jì)算簡圖實(shí)現(xiàn)的，計(jì)算簡圖的選擇影響著結(jié)構(gòu)的安全，計(jì)算簡圖選擇不當(dāng)，則會經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全事故，因此，選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡圖，對于保障結(jié)構(gòu)的安全具有重要意義。除此之外，建筑物結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖，需要采取相應(yīng)的方法來保證，以能夠很好地控制住計(jì)算簡圖在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的誤差。
2.合理的選擇建筑結(jié)構(gòu)方案
合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)離不開經(jīng)濟(jì)合理的建筑結(jié)構(gòu)方案，也就是說，在結(jié)構(gòu)的形式和體系上要做到聯(lián)系實(shí)際，切實(shí)可行。建筑物的結(jié)構(gòu)體系不僅要有明確的受力，而且還要傳力簡捷。在同一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中，要選擇一種結(jié)構(gòu)體系，不適宜混用多種結(jié)構(gòu)體系。在地震區(qū)域中，應(yīng)嚴(yán)格遵守平面和豎向的原則。例如，在確定結(jié)構(gòu)方案的過程中，要全方位、全面地對建筑工程的設(shè)計(jì)要求、地質(zhì)條件、施工條件以及原材質(zhì)量等不同的因素進(jìn)行分析，并且在建筑、水電、供暖等方面經(jīng)過充分的協(xié)商后，擇優(yōu)選用。
3.對計(jì)算的結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確分析
目前，在我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，比較普遍的采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，軟件種類多種多樣，軟件不相同，計(jì)算的結(jié)果也就有所不同。針對此現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該針對各個(gè)不同的計(jì)算軟件使用的范圍和條件，進(jìn)行詳細(xì)全面的分析，在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，避免不必要的誤差。另外，還要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，要經(jīng)過認(rèn)真分析，做出合理的判斷。因?yàn)榭赡艹霈F(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況與軟件程序不符合、由于人為原因造成的錯(cuò)誤以及軟件自身存在的缺陷等問題，在一定程度上會造成計(jì)算結(jié)果的錯(cuò)誤。
4.采取相應(yīng)的構(gòu)造措施
房屋的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要牢牢掌握設(shè)計(jì)的原則，并且加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，提高建筑物構(gòu)件的延性性能，還要注意鋼筋的錨固長度，特別是鋼筋在執(zhí)行階段的錨固長度。其中，如震動(dòng)效應(yīng)、空氣沖擊波效應(yīng)、爆破飛石、噪聲、有害氣體等，這些都對建筑結(jié)構(gòu)造成間接或直接的危害。
二、動(dòng)力學(xué)中的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性
在建筑結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)反映抗震性質(zhì)的微分方程，其中的系數(shù)C1和C2能根據(jù)初始條件確定。運(yùn)用能夠妥善處理重復(fù)變換加載的三維有限元方法分析鋼筋混凝土柱在地震荷載作用下的非線性特性。鋼筋混凝土墻——框架體系的非彈性地震反應(yīng)，一般都參照了連續(xù)變化的軸向力和撓曲的相互影響和剪切變形的影響，加之軸向力變化對于動(dòng)力反應(yīng)的影響非常顯著，但剪切變形的影響卻不大。如果我們仔細(xì)研究鋼框架建筑的非彈性地震反應(yīng)我們會發(fā)現(xiàn)柱的軸向塑性變形會朝一個(gè)方向積累，進(jìn)而導(dǎo)致水平位移增大，從而加劇P—Δ效應(yīng)。軸向力將減小撓曲為主的振型的自振頻率，而且將加大拉伸振型的自振頻率。我們可以運(yùn)用離散變量方法，對整個(gè)體系進(jìn)行處理，用拉格朗日方程進(jìn)行一般性分析，以便考慮結(jié)構(gòu)的空間特性。
三、建筑結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的防震減震應(yīng)用
建筑結(jié)構(gòu)中的防震減震應(yīng)用最主要的就是對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行特性優(yōu)化分析，例如，針對某高層建筑，業(yè)主要求必須體現(xiàn)大空間概念，最后經(jīng)過與設(shè)計(jì)院的協(xié)調(diào)溝通，確定采用28層的設(shè)計(jì)方案，其中，地下2層，地上26層，總面積30000m2，高度達(dá)到94m。針對建筑結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化選擇，設(shè)計(jì)院具體的對建筑結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的減震防震應(yīng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)應(yīng)用，具體方法如下。
1.反應(yīng)譜設(shè)計(jì)法
根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)所特有的特性，動(dòng)力結(jié)構(gòu)在地震時(shí)就會有一定的動(dòng)力效應(yīng)，簡單的說就是結(jié)構(gòu)上質(zhì)點(diǎn)的地震反應(yīng)加速度與地面運(yùn)動(dòng)的加速度有所不同，且結(jié)構(gòu)上質(zhì)點(diǎn)的地震結(jié)構(gòu)自震周期與阻尼具有一定的聯(lián)系。對動(dòng)力學(xué)方法的應(yīng)用可以對自由度彈性體系質(zhì)點(diǎn)的加速度反應(yīng)進(jìn)行求解，并求得不同周期的加速度反應(yīng)。
2.能力設(shè)計(jì)法
想要能夠有效地保證建筑結(jié)構(gòu)中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有足夠的彈性，就需要運(yùn)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能力設(shè)計(jì)法。此方法的原理就是對非彈性性能對結(jié)構(gòu)抗震能力的理解和超靜定結(jié)構(gòu)的地震機(jī)理的理解，并在地震的作用下對具有巖性破壞機(jī)制的控制思想進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而保證結(jié)構(gòu)的抗震效果和設(shè)防目標(biāo)，同時(shí)還可以保證設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理性。
四、結(jié)語
關(guān)鍵詞：凸輪機(jī)構(gòu)；接觸應(yīng)力；滾輪外形優(yōu)化
凸輪分割器是通過輸入軸上的共軛凸輪與輸出軸上帶有均勻分布滾針軸承的分度盤無間隙垂直嚙合，凸輪輪廓面的曲線段驅(qū)使分度盤上的滾針軸承帶動(dòng)分度盤轉(zhuǎn)位，直線段使分度盤靜止，并定位自鎖。通常情況下，輸入軸旋轉(zhuǎn)一圈，輸出軸便完成一動(dòng)一停的一個(gè)分度過程，在一個(gè)分度過程中，輸出軸有一個(gè)轉(zhuǎn)位時(shí)間和停止時(shí)間之比叫動(dòng)靜比，動(dòng)靜比的大小與凸輪曲線段在整個(gè)凸輪圓周上所占的角度大小有關(guān)系，動(dòng)程角越大，比值越大，分割器運(yùn)轉(zhuǎn)越平穩(wěn)；凸輪圓周上直線段所占的角度叫靜止角，動(dòng)程角與靜止角之和為360°。
1 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性
本研究所采用的滾輪分別是一般的平底滾輪和經(jīng)過優(yōu)化后的鼓形滾輪，其中，L1、L3為圓弧段長度尺寸，L2直段長度，h為圓弧段高度，R為圓弧曲率半徑，D為滾輪直徑，平底滾輪則沒有圓弧段。本研究中的凸輪機(jī)構(gòu)包括柱塞、挺柱、銷、襯套、滾輪、凸輪、彈簧座盤、調(diào)整墊塊、彈簧九部分。在柱塞的壓油段上，挺柱體作用著合力P，它包括燃油壓力P1，由柱塞、彈簧、挺柱體總成等質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力P2，彈簧力P3，P=P1+P2+P3 ，在滾輪、襯套和銷的旋轉(zhuǎn)中心則作用著凸輪對滾輪的驅(qū)動(dòng)力N。
圖1 鼓底滾輪外廓尺寸圖 圖2 受力圖 圖3 余弦力加載圖
1.1 實(shí)體模型導(dǎo)入
將凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)體模型導(dǎo)入ADAMS后，設(shè)置各剛體的材料屬性，根據(jù)機(jī)構(gòu)中各部件的實(shí)際尺寸、相對位置和約束關(guān)系建立多剛體動(dòng)力學(xué)模型。柱塞、挺柱與大地之間的點(diǎn)線副，只允許柱塞、挺柱沿豎直方向平動(dòng)；柱塞、彈簧座盤、調(diào)整墊塊之間的固定副，剛性固定連接，不允許有任何相對運(yùn)動(dòng)；滾輪、襯套、銷和挺柱之間的旋轉(zhuǎn)副，只允許相對轉(zhuǎn)動(dòng)；滾輪與凸輪之間的凸輪副，約束兩者的輪廓曲線始終接觸。
1.2 參數(shù)的設(shè)置
設(shè)置凸輪轉(zhuǎn)速為1000 r／min，彈簧的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)分別為25 N／mm、0.0l N?s／mm，預(yù)載荷488 N。在柱塞上表面作用一個(gè)已知的隨機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)而變化的燃油壓力P1。應(yīng)用機(jī)構(gòu)模塊，分別取柱塞和滾輪的重心來定義動(dòng)態(tài)測量柱塞的升程、速度、加速度和滾輪的受力。由仿真結(jié)果可大致得到同種噴油泵中兩類不同型號凸輪輪廓線的基本特征，推程啟始角分別為δ1=1170，δ2=1220，回程運(yùn)動(dòng)角和滾輪的升程均相等，分別為1800和13mm。在加速段，凸輪二用時(shí)較短，且速度的最大值為2261.739 mm／s ，高于凸輪一的1970.825 mm／s。凸輪一、二加速度峰值分別為2991655mm／s2和2807396 mm／s2。
2 凸輪一滾輪接觸應(yīng)力分析
2.1 滾輪有限元模型的建立
接觸應(yīng)力計(jì)算是高度非線性的問題，本研究將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)工作過程離散為若干準(zhǔn)靜態(tài)過程，在每個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過程中計(jì)算接觸位置，對接觸區(qū)域進(jìn)行預(yù)測，保證預(yù)測接觸區(qū)域?qū)挾却笥趯?shí)際接觸區(qū)域?qū)挾龋︻A(yù)測接觸區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)一步細(xì)分。為了對同一個(gè)問題進(jìn)行一系列研究，必須固定網(wǎng)格劃分的方法和網(wǎng)格的大小，以保證相同的精度。接觸模型的建立決定于凸輪不同轉(zhuǎn)角時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的相對位置，下述實(shí)例選擇凸輪轉(zhuǎn)角為1550的接觸模型進(jìn)行計(jì)算和分析。
2.1.1 設(shè)置材料屬性
考慮到凸輪表面的熱處理效果，將凸輪分割為厚度1.5 mm的滲炭層外殼和凸輪核心兩部分。以凸輪旋轉(zhuǎn)中心線為軸，建立一個(gè)半徑為1 mm的圓柱體與導(dǎo)入的模型進(jìn)行布爾求交。由于在Pro／E中采用的是毫米千克牛的單位制，輸入時(shí)要考慮單位的轉(zhuǎn)換。材料的屬性設(shè)置為：彈性模量分別為206 MPa(滾輪、凸輪核心)和210 MPa(凸輪外殼)，泊松比均為0.3，密度均為7.8xl0-6 kg／mm3。
2.1.2 網(wǎng)格劃分
實(shí)體模型采用8節(jié)點(diǎn)六面體的solid45和solid73單元，采用映射單元?jiǎng)澐值姆绞綄δＰ瓦M(jìn)行網(wǎng)格劃分。通過對接觸寬度進(jìn)行預(yù)估，確定凸輪一滾輪的預(yù)接觸區(qū)并進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，由此將模型劃分為141860個(gè)單元，146131個(gè)節(jié)點(diǎn)。建立接觸對，接觸區(qū)域采用三維面對面單元，選擇凸輪外殼為目標(biāo)面，滾輪為接觸面；定義接觸剛度為1，穿透容差為0.1，法向接觸剛度取210 GPa。
2.2 邊界條件的施加
2.2.1 自由度約束
將有限元模型調(diào)整至凸輪轉(zhuǎn)角為1550時(shí)的位置，提取上文所建半徑為1 mm的圓柱體中的所有節(jié)點(diǎn)，約束所有方向的自由度。對凸輪和滾輪的軸向?qū)ΨQ面約束Z方向的自由度。對滾輪下半部分周向的對稱面約束Y方向的自由度。
2.2.2 載荷處理
根據(jù)在ADAMS中所建立的凸輪機(jī)構(gòu)剛體模型，滾輪一襯套之間用旋轉(zhuǎn)副連接，凸輪機(jī)構(gòu)的傳遞力在此處即體現(xiàn)為襯套外表面對滾輪內(nèi)表面的壓力。采取對滾輪加載余弦力面載荷的方法，F(xiàn) y為法向合力,f1為對滾輪內(nèi)側(cè)下表面圓周上的第個(gè)節(jié)點(diǎn)加載的余弦力,如圖3所示，f1與法向夾角為θi、fix和fiy分別為fi的切向分量和法向分量。因此可得：
式A為余弦載荷的基本量，為滾輪內(nèi)側(cè)下半表面圓周上的節(jié)點(diǎn)總數(shù)，為滾輪軸向的截面數(shù)量xi和yi為節(jié)點(diǎn)在局部直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。根據(jù)上述公式可計(jì)算得A=2798.198 N，則在定義完余弦函數(shù)后對滾輪內(nèi)下半表面上的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加載。
2.3 結(jié)果分析
從接觸應(yīng)力分布情況可以看出，接觸應(yīng)力只發(fā)生在一個(gè)很窄的區(qū)域且沿滾輪軸向的分布是不連續(xù)的，其分布無明顯的數(shù)量關(guān)系。應(yīng)力在兩端變化幅度較大，中間區(qū)域變化幅度較小，最大可達(dá)745.09 MPa，這是由理想表面接觸時(shí)產(chǎn)生的變形相互擠壓造成的。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可發(fā)現(xiàn)：凸輪-滾輪間的接觸面積隨接觸應(yīng)力的上升而增大。平底滾輪的接觸區(qū)域形狀較均勻，基本是矩形；鼓底滾輪邊緣弧度較大，接觸區(qū)域的寬度在兩端遞減，呈三角狀；凸輪-滾輪之間的接觸應(yīng)力在切向和軸向上不均勻分布。軸向長度上應(yīng)力從中間向兩端遞增，分別在邊緣處達(dá)到峰值。切向?qū)挾壬蟽啥说膽?yīng)力高于中間部分，且由于凸輪外形的不對稱性，導(dǎo)致在接觸狀態(tài)下，切向?qū)挾壬献笥覂蓚?cè)峰值不對等；凸輪-滾輪的接觸應(yīng)力峰值在基圓段、升程段的初期和后期較低，在50～60 MPa之間；在升程段的中期接觸應(yīng)力峰值明顯增大，這也從側(cè)面說明高速、大功率的柴油機(jī)必然將使凸輪機(jī)構(gòu)的接觸應(yīng)力增大；當(dāng)同時(shí)采用鼓底滾輪時(shí)，比較推程段的應(yīng)力峰值，凸輪二要明顯小于凸輪一，分別為1045.8 MPa和745.09 MPa，且前者的增長率也遠(yuǎn)低于后者，基圓段兩種凸輪相應(yīng)的應(yīng)力峰值相差不大；當(dāng)同時(shí)采用凸輪二時(shí)，在凸輪轉(zhuǎn)角為1450、1500和1550時(shí)，平底滾輪的應(yīng)力峰值比鼓底滾輪的明顯高很多，而在其它角度上卻略低，說明在凸輪機(jī)構(gòu)工況最惡劣的階段宜采用大弧度的鼓底滾輪，通過使?jié)L輪表面圓滑，減小邊緣應(yīng)力集中，提高噴油泵的耐久性。
3 結(jié)束語
通過有限元模型計(jì)算可知，凸輪-滾輪接觸應(yīng)力的分布情況受柱塞腔油壓、凸輪型線以及滾輪外型結(jié)構(gòu)共同影響。為緩解凸輪機(jī)構(gòu)惡劣工況，在燃油壓力確定的情況下，宜采用推程啟始角較小，推程運(yùn)動(dòng)角較大的凸輪和大弧度的鼓底滾輪。根據(jù)加工工藝水平、滾輪和凸輪材料等實(shí)際情況，可選擇不同尺寸的鼓型滾輪使其結(jié)構(gòu)優(yōu)化，由此減小凸輪-滾輪的邊緣應(yīng)力，解決應(yīng)力不均的問題，提高滾輪與凸輪的使用壽命。
參考文獻(xiàn)：
[1] 胡秀成，張思青，張立翔．基于CFD的長短葉片水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪研究[J].水電能源科學(xué)，2009，27(3)：144-146
關(guān)鍵詞：數(shù)值計(jì)算方法；結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)
中圖分類號：TU311.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：
一、數(shù)值計(jì)算方法在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用
結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)是一門研究結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。其中許多問題涉及到用有限自由度來代替無限自由，問題及其復(fù)雜，想得到解基本上很難，要么就花費(fèi)許多時(shí)間，進(jìn)入采取數(shù)值計(jì)算方法來求解并結(jié)合計(jì)算機(jī)編程來實(shí)現(xiàn)[1]。
下面就動(dòng)力反應(yīng)數(shù)值分析方法來簡要說明一下：
（1） 求結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的反應(yīng)時(shí)，要求特征值，由于行列式及其復(fù)雜，求特征值就必須用到數(shù)值計(jì)算方法中的Jacobi迭代法、Gauss-Seidal迭代法，一步一步迭代來接近精確解，由于手算很麻煩，一般編一個(gè)程序通過計(jì)算機(jī)來完成。
（2） 中心差分法基于有限差分代替位移對時(shí)間的求導(dǎo)，（即速度和加速度）。如果采用等時(shí)間步長ti=t，則速度和加速度的中心差分近似為：
（1）
（2）
（3）
（3）對于結(jié)構(gòu)的位移與受的力的關(guān)系不成線性變化時(shí)采用變剛度迭代法,但是變剛度法有一個(gè)缺點(diǎn)是要反復(fù)修正剛度矩陣；這時(shí)就要用迭代方法的熟練條件來判斷剛度陣的病態(tài)問題。如果第k步誤差與前k-1步誤差的總和之比小于一個(gè)給定的小量ε時(shí)，則認(rèn)為迭代收斂，達(dá)到要求的精度，停止迭代計(jì)算。
二、舉例編程
運(yùn)用MATLAB求解這個(gè)問題時(shí)，一般要經(jīng)歷建模和編程兩個(gè)過程，只有在建模正確的前提下，方能得出正確的結(jié)果。下面舉例說明單自由度體系有阻尼振動(dòng)。
1. 建立計(jì)算模型
由動(dòng)力學(xué)可知，單自由度體系有阻尼自由振動(dòng)的振動(dòng)方程為：
（4）
可以轉(zhuǎn)化為：
（5）
其中，，，那么運(yùn)動(dòng)方程的解為：
（6）
其中，，，，x0表示初始位置，ν0表示初始速度。
現(xiàn)在，分別設(shè)ξ從0.1到1，公共參數(shù)ωn=1，x0=1，ν0=0，計(jì)算的終止時(shí)間tf=2。試求運(yùn)動(dòng)方程的解，并畫出波形。
2. MATLAB編制解算程序
編寫M文件C11L1.m如下：
%首先清空MATLAB的工作空間
clear;
%給定初值
wn=10;
tf=2;
x0=1;
v0=0;
%計(jì)算不同的ξ值所對應(yīng)的振型
for j=1:10;
eta(j)=0.1*j;
wd(j)=wn*sqrt(1-eta(j)^2);
%求振幅A
a=sqrt((wn*x0*eta(j)+v0)^2+(x0*wd(j))^2)/wd(j);
%為了求四象限相位角調(diào)用函數(shù)atan2
phi=atan2(wd(j)*x0,v0+eta(j)*wn*x0);
%設(shè)定自變量數(shù)組t
t=0:tf/1000:tf;
%求過渡過程
x(j,:)=a*exp(-eta(j)*wn*t).*sin(wd(j)*t+phi);
end
%在同一個(gè)圖形窗口中繪制不同的ξ值所對應(yīng)的振型
plot(t,x(1,:),t,x(2,:), t,x(3,:),t,x(4,:),...
t,x(5,:),t,x(6,:), t,x(7,:),t,x(8,:),…
t,x(9,:),t,x(10,:))
grid on
%新建一個(gè)圖形窗口，繪制三維網(wǎng)格圖
figure
mesh(x)
>>
程序的運(yùn)行結(jié)果如圖1和圖2所示，曲線放映出不同的ξ值對圖有振動(dòng)模態(tài)的影響。圖2是其三維圖形。
圖1不同的ξ值得固有振型
圖2不同ξ值得固有振型三維網(wǎng)格圖
從三維圖中可以形象地看出ξ對固有振型的影響，如果改變初始條件令x0=0，ν0=1，即給定一個(gè)初始速度，其運(yùn)動(dòng)曲線實(shí)際上就是系統(tǒng)的脈沖過渡函數(shù)，如圖3和圖4所示。由于脈沖函數(shù)的幅值無窮大，而持續(xù)時(shí)間和是無窮小，其面積是一個(gè)單位，因此，脈沖激勵(lì)的最后效果是：可在處形成一個(gè)單位的初速度ν0，由它產(chǎn)生的波形就是脈沖過渡函數(shù)。
圖3脈沖函數(shù)不同的ξ值的固有振型
圖4脈沖函數(shù)不同的ξ值的固有振型三維網(wǎng)格圖
三、結(jié)語
（1）在試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與錄入過程中，數(shù)據(jù)格式不一定能以表格形式繪出，部分?jǐn)?shù)據(jù)也需要取舍，采用Matlab文件輸入輸出方面的函數(shù)及矩陣運(yùn)算功能，可以使成千上萬的數(shù)據(jù)處理方便迅速地完成[2]。
（2）通過本次試驗(yàn)研究表明，Matlab強(qiáng)大的功能可以使研究人員的精力集中于試驗(yàn)分析本身，而不在算法上，從而節(jié)省了大量寶貴時(shí)間，提高了研究工作的效率，由于其功能強(qiáng)大，在很多方面還未有效地利用Matlab，因此，有待繼續(xù)探索研究[3]。
參考文獻(xiàn)：
[1]關(guān)文閣, 楊黎萌, 魏翠玲. 應(yīng)用MATLAB計(jì)算結(jié)構(gòu)自振頻率和振型的一種方法[J]. 河北工程學(xué)院學(xué)報(bào), 2005, 12(4): 5-7.
ABSTRACT：Since the structural members and influence factors of tall-buildings are more than common structures, the structural design of tall-buildings is more complicated and time-elapsed, and full structural analyses are needed. There is practical significance to establish a rational reliable theoretical analysis model and process an accurate analysis. The whole 3D finite element model of a steel structural tall buildings was established by using the program ANSYS, then the three dimensional dynamic finite element analysis was made, in which the peak value of accelerated speed was used to 0.1g. And finally the response characteristics of dynamic behavior were obtained, and the security of steel structural factory building was verified. The results would be helpful for the design and construction of similar buildings.
中圖分類號：TU97文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
1引言
高層建筑的出現(xiàn)，把人類的生活推向高空，盡管與整個(gè)人類建筑史相比高層建筑興起的時(shí)間不長，但發(fā)展卻異常迅速。特別是近幾十年來，形成了世界性的高層建筑熱潮，建筑的數(shù)量、規(guī)模、結(jié)構(gòu)形式以及施工技術(shù)上等都達(dá)到了前所未有的程度，并成為一個(gè)國家和地區(qū)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的象征。同高層建筑相適應(yīng)的鋼骨架結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、施工工期短、防火性、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)高層空間結(jié)構(gòu)越來越多，體型也日趨復(fù)雜。我國屬于地震多發(fā)地區(qū), 合理有效地進(jìn)行抗震分析就成了高層鋼骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮的問題，也是減輕地震災(zāi)害的重要手段。作為抗震設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一, 結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算就成了確定所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是否滿足最低抗震設(shè)防的關(guān)鍵性步驟。
低層房屋的設(shè)計(jì)主要按靜力問題處理，而高層建筑的風(fēng)振、地震動(dòng)力響應(yīng)成為設(shè)計(jì)考慮的關(guān)鍵因素，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性影響形成對結(jié)構(gòu)很重要的荷載效應(yīng)。由于風(fēng)和地震作用的復(fù)雜性，高層建筑風(fēng)振和地震響應(yīng)分析至今仍處于深入研究中。高層建筑動(dòng)力響應(yīng)是由結(jié)構(gòu)特征、環(huán)境作用等諸因素綜合影響決定的，是結(jié)構(gòu)整體性能的體現(xiàn)，同時(shí)也表明要獲得滿意的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)特征，必須綜合考慮結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，這是高層結(jié)構(gòu)動(dòng)力向應(yīng)分析與設(shè)計(jì)難度較大的另一個(gè)原因。
由于地震振動(dòng)的隨機(jī)性以及觀測點(diǎn)的廣泛性, 普遍實(shí)現(xiàn)比較困難, 因而對結(jié)構(gòu)抗震性能的研究多以動(dòng)力計(jì)算和動(dòng)力模型試驗(yàn)為主。現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震動(dòng)力計(jì)算方法主要包括三種: 傳統(tǒng)的擬靜力學(xué)法、動(dòng)力反應(yīng)譜分析法和動(dòng)力時(shí)程分析法[1]。時(shí)程分析法是對結(jié)構(gòu)物的運(yùn)動(dòng)微分方程直接進(jìn)行逐步積分求解的一種動(dòng)力分析方法。由時(shí)程分析可得到各質(zhì)點(diǎn)隨時(shí)間變化的位移、速度和加速度動(dòng)力反應(yīng),進(jìn)而可計(jì)算出構(gòu)件內(nèi)力和變形的時(shí)程變化。由于此法是對運(yùn)動(dòng)方程直接求解, 又稱直接動(dòng)力分析法[2]。近年來隨著計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備及大型計(jì)算軟件的飛速發(fā)展, 越來越多的研究者采用三維有限元技術(shù)對大型廠房進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析。
本文以某高層鋼骨架結(jié)構(gòu)為研究對象，利用現(xiàn)有大型有限元軟件 ANSYS，建立鋼結(jié)構(gòu)骨架有限元計(jì)算模型，對模型進(jìn)行動(dòng)力特性研究、風(fēng)荷載以及地震響應(yīng)分析，從而為設(shè)計(jì)提供可靠的計(jì)算和分析依據(jù)。
2高層骨架結(jié)構(gòu)的有限元建模
高層鋼結(jié)構(gòu)一般是指六層以上(或30m以上)，主要采用型鋼、鋼板連接或焊接成構(gòu)件，再經(jīng)連接、焊接而成的結(jié)構(gòu)體系。高層鋼結(jié)構(gòu)常用鋼框架結(jié)構(gòu)、鋼框架――混凝土核心筒結(jié)構(gòu)形式。后者在現(xiàn)代高層、超高層鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較為廣泛，事實(shí)上，它屬于鋼――混凝土混合結(jié)構(gòu)。
本文的研究對象是某一高層辦公大樓為對象，其主要結(jié)構(gòu)為地下3層，地上25層，地面以上高度為110m，橫截面為33m×32m，大樓4角各設(shè)一根支柱，截面尺寸為6.45m×6.45m，由750mm×750mm×70mm方形鋼管作為立體支撐柱，在頂層及14層處各設(shè)一根支撐橫梁。4根支柱與兩道、雙向各兩根橫向支撐柱組成一個(gè)單跨、雙層的立體的框架結(jié)構(gòu)。在建模過程中，鋼骨架結(jié)構(gòu)中的縱向方管型材和工字鋼采用程序提供的BEAM189進(jìn)行建模，四根支柱的橫向支撐采用BEAM4進(jìn)行建模，四根支柱及橫向支撐支柱中的斜支撐、豎向支撐采用LINK8進(jìn)行建模，該模型共有26345個(gè)BEAM189單元及6840個(gè)BEAM4單元和4698個(gè)LINK8單元。計(jì)算中采用的材料物理力學(xué)參數(shù)如表1所示，地基的底部節(jié)點(diǎn)位移全約束。建立的有限元計(jì)算模型如圖1所示。
圖1 有限元計(jì)算模型
表1材料物理力學(xué)參數(shù)
計(jì)算過程中，考慮作用于結(jié)構(gòu)的荷載主要有：自重，風(fēng)載荷，地震荷載（7度地震情況）。
3鋼骨架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析
3.1模態(tài)分析
離散以后結(jié)構(gòu)自振頻率和振動(dòng)模態(tài)的計(jì)算可以表示為[3]：
（1）
式中，為系統(tǒng)剛度矩陣；為系統(tǒng)質(zhì)量矩陣；為角頻率；為模態(tài)。
結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型反映了結(jié)構(gòu)固有的動(dòng)力特性，利用 ANSYS 進(jìn)行模態(tài)分析可以得到結(jié)構(gòu)的各階頻率和振型。在有限元分析中，工程上最感興趣的是較小的那些特征值。模態(tài)分析采用子空間迭代技術(shù)，其內(nèi)部采用廣義的Jacobi 迭代算法。該方法采用完整的質(zhì)量矩陣和剛度矩陣，計(jì)算精度較高，適合無法確定主自由度和大型結(jié)構(gòu)特征值的求解。
模態(tài)分析時(shí)，考慮前 10 階振型的影響，擴(kuò)展模態(tài)也取 10 階。表 2 列出了前 10 階自振頻率和振動(dòng)的方向。圖2、3分別為結(jié)構(gòu)的1階及2階振型圖。
Hafner 的近自由電子-緊束縛混合模型，建立了C u-T i-Z r三元合金原子間勢函數(shù)。在建立勢函數(shù)的基礎(chǔ)上，利用分子動(dòng)力學(xué)模擬從原子層次上對Cu60Ti20Zr20非晶合金的結(jié)構(gòu)以及液態(tài)-非晶態(tài)動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)變過程進(jìn)行了深入研究。發(fā)現(xiàn)Cu60Ti20Zr20非晶合金具有中程有序結(jié)構(gòu)，解釋了這種特殊結(jié)構(gòu)與原子間相互作用的關(guān)系。對廣泛應(yīng)用于描述非晶動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)變過程的模式耦合（MCT）理論在描述多元非晶體系動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)變的合理性進(jìn)行了評估，發(fā)現(xiàn)MCT理論不能準(zhǔn)確描述β-馳豫過程初期體系的動(dòng)力學(xué)。根據(jù)非相干中間散射函數(shù)的Laplace變化，在不使用近似的情況下精確計(jì)算了體系的動(dòng)力學(xué)記憶內(nèi)核（Memory Kernel）；通過比較由Laplace變化精確計(jì)算和在近似基礎(chǔ)上MCT理論預(yù)測的動(dòng)力學(xué)記憶內(nèi)核，明確了MCT理論在描述β-馳豫初期失敗的原因是忽略了原子的振動(dòng)。提出了一種根據(jù)體系特征參數(shù)λ及非相關(guān)散射函數(shù)平臺值在MCT臨界溫度Tc附近重現(xiàn)動(dòng)力學(xué)記憶內(nèi)核的簡便方法。
目前，大塊非晶合金的制備和表征已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，然而人們對于晶體-非晶動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)變微觀過程并不明確。該研究對于闡述多組元大塊非晶合金的動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)變過程具有重要的科學(xué)意義，同時(shí)有利于豐富材料科學(xué)關(guān)于液態(tài)/非晶態(tài)動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)變的理論描述。
該工作得到世界著名的德國洪堡研
2007年德國于利希研究中心固體物理所承擔(dān)了西門子公司的一項(xiàng)課題――“構(gòu)建高精度原子間相互作用勢函數(shù)以預(yù)測氧化物陶瓷的熱導(dǎo)率”。韓秀君特別研究員與Dederichs教授合作，采用第一性原理與“力匹配法”相結(jié)合的方法建立了TiO2的原子間相互作用勢函數(shù)。對TiO2晶體結(jié)構(gòu)、狀態(tài)方程、聲子譜、熱膨脹系數(shù)、熵、自由能以及等容比熱的計(jì)算表明，建立的勢函數(shù)能夠很好的描述rutile結(jié)構(gòu)TiO2，其準(zhǔn)確性較之過去廣泛使用的Matsui-Akaogi（MA）勢函數(shù)得到了很大提高，建立的勢函數(shù)亦能夠較好描述Anatase 和Brookite 兩種結(jié)構(gòu)的TiO2。
原子間相互作用勢函數(shù)是分子動(dòng)力學(xué)模擬的前提與關(guān)鍵，是計(jì)算材料學(xué)在原子層次上無法回避的難點(diǎn)。原子間相互作用勢函數(shù)的構(gòu)建非常冗繁復(fù)雜。發(fā)展高精度的勢函數(shù)對于計(jì)算材料學(xué)這一新興學(xué)科的發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。建立的高精度TiO2勢函數(shù)可以應(yīng)用于TiO2塊體、表面、納米晶和納米線等相關(guān)問題的研究，這對于TiO2催化和光學(xué)等性能的研究具有重要的意義。
該工作的創(chuàng)新點(diǎn)是在勢函數(shù)構(gòu)建過程中引入了極化和偶極矩，由此得到的勢函數(shù)能夠比較準(zhǔn)確的描述TiO2的聲子色散曲線，在高頻區(qū)其準(zhǔn)確度可以比擬實(shí)驗(yàn)和第一性原理計(jì)算，而目前廣泛采
[關(guān)鍵詞]家庭動(dòng)力學(xué)；系統(tǒng)家庭治療
兒童的行為和情緒問題與家庭環(huán)境有密切的關(guān)系，系統(tǒng)式家庭治療對兒童的心理問題有很好的幫助。家庭動(dòng)力學(xué)理論是家庭治療的核心及基礎(chǔ)[1]。本調(diào)查對兒童家庭動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行探討，以便更好地在家庭治療中采取與動(dòng)力學(xué)相適應(yīng)的干預(yù)技術(shù)。
1 對象與方法
1.1對象選擇昆明市盤龍區(qū)城市、農(nóng)村和城郊結(jié)合部小學(xué)各1所，以整群分層的原則抽取四年級、五年級學(xué)生共957名，其中男孩491人(51.3％)，女孩466人(48.7％)，年齡9～14歲，平均10.5±3.2歲。這些學(xué)生能夠理解問卷的問題，做出獨(dú)立的回答。
1.2方法均使用問卷調(diào)查：(1)家庭動(dòng)力學(xué)評價(jià)：采用楊建中等[1]主編的家庭動(dòng)力學(xué)自評量表。該問卷包括29個(gè)條目，分別從家庭氣氛、個(gè)性化、系統(tǒng)邏輯、疾病觀念4個(gè)維度來評價(jià)家庭動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)。家庭氣氛越輕松、愉快、平等，家庭氣氛維度得分越低；家庭成員分化程度越好，個(gè)性化維度得分越低；家庭成員越傾向于用“非此即彼”的邏輯思維看待問題，系統(tǒng)邏輯維度得分越低；患者越多地將患病及疾病康復(fù)與本人的責(zé)任和主觀努力聯(lián)系在一起，疾病觀念維度得分越低。每一項(xiàng)目按1、2、3、4、5五級評分，經(jīng)檢驗(yàn)信度和效度較好。(2)一般情況調(diào)查問卷；內(nèi)容包括年齡、性別、家庭生活環(huán)境(農(nóng)村、城市、務(wù)工)、家庭結(jié)構(gòu)(核心、單親、大家庭、普通家庭)、父母的文化程度。957名學(xué)生全部在課堂填寫家庭動(dòng)力學(xué)量表、自制一般情況調(diào)查問卷，現(xiàn)場收回有效問卷928份，回收率96.9％，其中男475人(51.2％)；女453人(48.8％)。
1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)方法數(shù)據(jù)采用SPSS11.5統(tǒng)計(jì)軟件錄入并進(jìn)行單因素方差分析。
2 結(jié)果
有效問卷928份，家庭動(dòng)力學(xué)各維度總體得分為家庭氣氛23.81±7.67；個(gè)性化22.31±5.01；系統(tǒng)邏輯16.57±4.45；疾病觀念11.95±3.82。
經(jīng)檢驗(yàn)兒童的性別對家庭氣氛、系統(tǒng)邏輯、疾病觀念維度的影響有顯著差異(P＜0.05)；家庭的生活環(huán)境對個(gè)性化、系統(tǒng)邏輯維度的影響有顯著差異(P＜0.05)；家庭結(jié)構(gòu)(是否獨(dú)生子女)對家庭動(dòng)力學(xué)影響沒有差異，見表1、2。
3 討論
系統(tǒng)式家庭治療認(rèn)為，兒童和青少年的大多數(shù)心理問題的產(chǎn)生是因?yàn)榧彝?nèi)部的出現(xiàn)了問題之后，家庭在解決問題的努力無效時(shí)發(fā)展出來的力求解決家庭平衡、緩解家庭矛盾的解決辦法，這個(gè)辦法的代價(jià)是犧牲了自己的心理健康，如果忽視家庭就難以很好地解決兒童青少年的心理問題[2]。與成人相比較，兒童心理疾病的社會環(huán)境、應(yīng)激因素與家庭密切相關(guān)，家庭治療對于兒童尤其重要，并且越來越多地在實(shí)際工作中得到運(yùn)用[2]。家庭動(dòng)力學(xué)是一門研究家庭內(nèi)部的心理過程、行為溝通以及家庭和外部環(huán)境間相互作用的科學(xué)，能夠?qū)彝ブ袕?fù)雜的心理學(xué)進(jìn)行抽象概括，為臨床實(shí)際提供有效的觀察視角。家庭治療就是對紊亂的家庭動(dòng)力學(xué)模式進(jìn)行干預(yù)來達(dá)到治療目的。
在海德堡流派中家庭動(dòng)力學(xué)是以7個(gè)反映家庭認(rèn)知、情緒和互動(dòng)行為特征的維度來衡量的，他們是家庭氣氛、個(gè)性化、系統(tǒng)邏輯、疾病觀念、關(guān)系控制、關(guān)系現(xiàn)實(shí)、時(shí)間組織。由于社會文化背景差異在移植時(shí)發(fā)現(xiàn)有4個(gè)特征適合我國的文化背景，在臨床上有適用性和操作性。①家庭氣氛一指家庭內(nèi)部交流、溝通的情緒特征，一極是“敵對、沉悶”，另一極是“輕松愉快、和諧開放”；②個(gè)性化一指家庭成員之間情感和行為表分化程度，一極為分化極低，自我界限不清晰的粘結(jié)、混沌的狀態(tài)，另一極為分化極高的自立自主。③系統(tǒng)邏輯一指家庭成員價(jià)值判斷的邏輯特征，由典型的“非此及彼”，二元對立邏輯思維和典型的“既…又…”多元寬松邏輯思維兩極構(gòu)成；④疾病觀念一指家庭成員關(guān)于患者對疾病過程的自我責(zé)任的看法，一極為“完全的受害者”，認(rèn)為自己對患病無所作為，完全受疾病支配，另一極為“完全的行為者”，較多地將患病及疾病的康復(fù)與本人的責(zé)任和主觀的努力聯(lián)系在一起[1]。研究表明沒有兒童行為問題的家庭動(dòng)力學(xué)特征是家庭氣氛輕松、愉快，個(gè)性化分化程度高，系統(tǒng)邏輯傾向多元寬容，疾病觀念傾向患者是完全的行為者[4]。在本調(diào)查中家庭氣氛維度女孩得分低于男孩，說明女孩的家庭氣氛較男孩活躍，可能與傳統(tǒng)教育中男孩要管教嚴(yán)厲的觀點(diǎn)有關(guān)；系統(tǒng)邏輯維度女孩得分低于男孩，說明女孩的家庭中“非此及彼”的觀念重于男孩，價(jià)值觀單一；疾病觀念維度男孩得分高于女孩，說明女孩的家庭傾向于女孩是“完全的行為者”，而男孩是“完全的受害者”，這與傳統(tǒng)文化中重男輕女的觀念非常有關(guān)，對男孩寬容，對女孩傾向于責(zé)任和要求[3]。個(gè)性化維度得分務(wù)工家庭高于農(nóng)村，農(nóng)村高于城市，說明城市家庭中成員間相互獨(dú)立程度最好，分化較好，而務(wù)工家庭中成員間相互獨(dú)立程度最差。系統(tǒng)邏輯維度得分務(wù)工家庭最高，傾向于接受不同的價(jià)值觀與客觀現(xiàn)實(shí)，農(nóng)村最低，越傾向于“非此及彼”表觀念，傾向于固有的價(jià)值觀念；家庭結(jié)構(gòu)如是否獨(dú)生子女或單親家庭對家庭動(dòng)力學(xué)影響不大，沒有顯著的差異。家庭中是否只有一個(gè)孩子對家庭動(dòng)力學(xué)影響不大，可能與我國的獨(dú)生子政策實(shí)行多年，已經(jīng)得到了人們的接受有關(guān)，而重男輕女一直是中國傳統(tǒng)文化中非常重要的一點(diǎn)，對男孩、女孩有不同的期望值是現(xiàn)實(shí)生活中存在的現(xiàn)象，因而性別的影響是很大的。
本文對基于空氣動(dòng)力學(xué)的電動(dòng)汽車造型設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，對電動(dòng)汽車的發(fā)展和普及起到一定的促進(jìn)作用。
關(guān)鍵詞：
電動(dòng)汽車；造型設(shè)計(jì)；空氣動(dòng)力學(xué)
1電動(dòng)汽車車身造型特點(diǎn)
電動(dòng)汽車是未來汽車發(fā)展的主要方向之一，目前，電動(dòng)汽車的發(fā)展才剛剛起步，而電動(dòng)汽車車身造型的設(shè)計(jì)師大部分參與過傳統(tǒng)汽車造型的設(shè)計(jì)工作。因此，汽車造型的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢，將會對電動(dòng)汽車造型發(fā)展的趨勢產(chǎn)生極大的影響，但是電動(dòng)汽車由于本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制，與傳統(tǒng)汽車的特點(diǎn)存在一定的差異，這些特點(diǎn)對于電動(dòng)汽車的造型設(shè)計(jì)非常重要，下面進(jìn)行了詳細(xì)的分析［1］。
1．1結(jié)構(gòu)和空間布局不同
相對于傳統(tǒng)汽車，電動(dòng)汽車在結(jié)構(gòu)方面的最大差異是驅(qū)動(dòng)方式的差異，傳統(tǒng)汽車依靠汽油機(jī)和柴油機(jī)燃燒花式燃料產(chǎn)生能量，然后通過離合器、變速器以及傳動(dòng)裝置傳遞能量，實(shí)現(xiàn)汽車的行駛，而電動(dòng)汽車則依靠電池進(jìn)行能量的儲存和供給，通過將電池儲存的能量傳遞給電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對汽車的驅(qū)動(dòng)。因此，電動(dòng)汽車上減少了體積龐大的機(jī)械師傳統(tǒng)系統(tǒng)，而由體積更小的電動(dòng)機(jī)取代傳統(tǒng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)占據(jù)的空間。因此，相對于傳統(tǒng)汽車來說，電動(dòng)汽車的前懸距離大大縮短，前圍到擋風(fēng)玻璃的車頭部分也有一定的縮短，車身比例更加協(xié)調(diào)，同時(shí)能夠省略傳統(tǒng)汽車進(jìn)氣格柵結(jié)構(gòu)，只需對前懸結(jié)構(gòu)進(jìn)行包覆為設(shè)計(jì)師留下了更大的創(chuàng)作空間。
1．2集成化
集成化是電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展的主要方向之一，通過線控技術(shù)的應(yīng)用能夠使電動(dòng)汽車底盤傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)極大簡化，提高電動(dòng)汽車的空間利用效率，底盤平整度提高，也為電動(dòng)汽車的造型設(shè)計(jì)留下了更大的自由度。線控電子技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)汽車各種電子系統(tǒng)的電子控制，通過設(shè)計(jì)出類似軟件接口的擴(kuò)展插口，即可實(shí)現(xiàn)車身與底盤的連接，減少傳統(tǒng)機(jī)械控制系統(tǒng)對空間的占用，同時(shí)還使車身與底盤的設(shè)計(jì)融合度提高，實(shí)現(xiàn)兩者的模塊化拼接，提高車身造型設(shè)計(jì)的自由度。
1．3智能化
智能化同樣也是未來電動(dòng)汽車發(fā)展的主要方向之一，從家喻戶曉的EBD、ESP等，再到逐漸普及的智能泊車系統(tǒng)、只能制動(dòng)系統(tǒng)等，在提高汽車安全性方面發(fā)揮了重要作用［2］。電動(dòng)汽車智能化的持續(xù)發(fā)展，將不斷降低交通事故發(fā)生的概率。現(xiàn)在的汽車造型設(shè)計(jì)中，包含了大量被動(dòng)的安全性設(shè)計(jì)，包括前后防撞鋼梁以及車身前后端預(yù)留的緩沖區(qū)域等。而隨著智能行車系統(tǒng)的發(fā)展，這些被動(dòng)安全設(shè)計(jì)可以逐漸減少，這對車身的整體造型必然會產(chǎn)生較大程度的影響，也為電動(dòng)汽車的造型設(shè)計(jì)提供了更大的發(fā)揮空間。
2電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)
對電動(dòng)汽車來說，良好的空氣動(dòng)力學(xué)性能能夠提高電動(dòng)汽車的操控性能和諧有效果，并且能夠使電動(dòng)汽車獲得更好的續(xù)航能力，因此，電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)非常重要。
2．1電動(dòng)汽車空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)原則
雖然電動(dòng)汽車的造型在未來必然會呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢，但是從空氣動(dòng)力學(xué)的角度來看，仍然需要遵循以下幾方面的原則：1）車身的簡潔性，這一原則主要是要求減少車身表面的凸起物、減少不必要的進(jìn)氣口，確保車身的整體性，避免凸起物和進(jìn)氣口增加空氣阻力，保證氣流通過車身受到的阻力盡量要小。2）流線型車身，該原則是要求氣流在流過車身時(shí)，盡量避免出現(xiàn)分離現(xiàn)象，圖1給出的大眾XL1概念車就屬于典型的流線型外觀。
2．2電動(dòng)汽車空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)
針對電動(dòng)汽車造型的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，需要注意以下幾個(gè)方面的問題：
1）車頭高度設(shè)計(jì)。電動(dòng)汽車車頭的高度將會直接影響到整車的啟動(dòng)阻力系數(shù)CD。通常，車身啟動(dòng)阻力系數(shù)與車頭高度成正比。對于傳統(tǒng)汽車來說，由于發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊性，車頭高度必然會達(dá)到一定的值，而電動(dòng)汽車由于省略了發(fā)動(dòng)機(jī)艙，因此，車頭高度能夠得到降低，對于降低車身的氣動(dòng)阻力系數(shù)具有作用，也為車頭設(shè)計(jì)提供了更大的空間。
2）車身尾部造型設(shè)計(jì)。汽車尾部造型與空氣的流動(dòng)關(guān)系非常復(fù)雜，通常很難對各種尾部造型的優(yōu)劣進(jìn)行準(zhǔn)確的評價(jià)。從理論分析來看，小斜背的造型具有更低的氣動(dòng)阻力系數(shù)。因此，在進(jìn)行電動(dòng)汽車尾部造型設(shè)計(jì)時(shí)，首先把握好大方向的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，然后經(jīng)過復(fù)雜的工程分析之后，再對最初的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷優(yōu)化。
3）車身底部離地高度設(shè)計(jì)。從相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，光滑的汽車底板結(jié)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)更好的空氣動(dòng)力學(xué)性能，存在一個(gè)最佳離地高度。圖2給出了汽車底板結(jié)構(gòu)離地高度與氣動(dòng)阻力系數(shù)之間的變化關(guān)系。從圖中可以看出，VW－Van、VW－Por－sche914和CompetitorF2－2這3種車型的氣動(dòng)阻力系數(shù)與汽車底板離地高度成正比；而Citroen－ID19車型由于車身底部屬于光滑結(jié)構(gòu)，存在一個(gè)最佳離地高度［3］。電動(dòng)汽車的底板結(jié)構(gòu)能夠被設(shè)計(jì)為光滑的行駛，因此，在設(shè)計(jì)過程中需要結(jié)合工程分析的數(shù)據(jù)確定最佳離地高度，從而獲得最佳的空氣動(dòng)力學(xué)性能，但是需要注意滿足車輛的通過性要求。
4）前后擾流器設(shè)計(jì)。擾流器包括前后擾流器兩個(gè)部分。由于電動(dòng)汽車自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其造型的設(shè)計(jì)更為靈活多變，擾流器的設(shè)計(jì)應(yīng)該結(jié)合電動(dòng)汽車的整車造型風(fēng)格能夠設(shè)計(jì)，同時(shí)這種風(fēng)格應(yīng)該以追求良好的空氣動(dòng)力學(xué)性能為主要目標(biāo)。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，尾翼與車身表面的高度參數(shù)非常重要，同時(shí)尾翼的高度也可能影響整車造型風(fēng)格。通常情況下，利用尾翼與汽車表面的高度和尾翼弦長之比來描述，當(dāng)這一比值大于1時(shí)，升力系數(shù)達(dá)到最小值，且不再繼續(xù)變化。現(xiàn)代汽車的唯一更多的是與側(cè)后圍高度結(jié)合到一起，其作用不會過度凸顯出來。
5）車輪與輪腔的設(shè)計(jì)。從相關(guān)實(shí)驗(yàn)可以看出，有輪腔覆蓋的車輪通常比完全暴露在空氣中的車輪具有更好的空氣動(dòng)力性能。對于前后車輪均存在輪腔包覆時(shí)，車輪的大小及輪腔間距的影響非常明顯。通常情況下，如果車輪高度與直徑之比大于0．75，則氣動(dòng)阻力系數(shù)與升力系數(shù)最小。當(dāng)然，由于前輪存在專項(xiàng)問題，其空腔應(yīng)大于后輪，空腔對外部氣流更為開放，因此，前輪所受的氣動(dòng)阻力與氣動(dòng)升力比后輪更大。
3結(jié)語
空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)在未來電動(dòng)汽車造型設(shè)計(jì)中占據(jù)著至關(guān)重要的地位，其設(shè)計(jì)水平將會直接影響到電動(dòng)汽車的操作性能和節(jié)油性能。本文結(jié)合對電動(dòng)汽車造型特點(diǎn)的分析，提出了基于空氣動(dòng)力學(xué)的電動(dòng)汽車造型設(shè)計(jì)原則，并從多個(gè)方面提出了電動(dòng)汽車空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)注意的內(nèi)容，通過本文的討論，希望能夠?qū)M(jìn)一步提高電動(dòng)汽車造型設(shè)計(jì)水平，對電動(dòng)汽車的發(fā)展和推廣起到一定的促進(jìn)作用。
參考文獻(xiàn)
［1］張金磊，雷雨成．空氣動(dòng)力學(xué)的模擬分析在汽車造型過程中應(yīng)用［J］．農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2009（5）：10－13．
［2］張晨銘，李彥龍，王東，等．面向空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化的電動(dòng)汽車造型設(shè)計(jì)研究［J］．包裝工程，2012（16）：43－46；66．
關(guān)鍵詞：醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)系統(tǒng)；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)
引言
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提高，對醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)的要求也隨之增加，并且需求趨向多元化，但是目前我國醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)仍存在很多的不足，“看病難，看病貴”的問題一直沒有得到根本性解決，人們往大醫(yī)院扎堆的現(xiàn)象仍然很嚴(yán)重，醫(yī)保不能合并，大病醫(yī)療問題，仍然是現(xiàn)在亟待解決的問題，要有效的解決這些問題，就要從整體上分析醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)體系，用系統(tǒng)的科學(xué)的方法研究。
衛(wèi)生服務(wù)系統(tǒng)是一類具有多變量、多回路和非線性的反饋系統(tǒng)，組成部分之間因果關(guān)系復(fù)雜，并且內(nèi)部運(yùn)行機(jī)理復(fù)雜目前尚未清楚，需要我們用動(dòng)態(tài)的長期的觀點(diǎn)研究，而系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是一門研究系統(tǒng)反饋結(jié)構(gòu)與行為的學(xué)科，擅長處理定性與定量結(jié)合的問題，和一些數(shù)據(jù)不足的社會系統(tǒng)問題。醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)系統(tǒng)單元應(yīng)保證三個(gè)基本要素：一是系統(tǒng)構(gòu)建科學(xué)，二是與之相適應(yīng)的管理制度合理，三是機(jī)構(gòu)與制度適應(yīng)所處的外部環(huán)境，而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵因素[1]。
1.研究對象和方法
1.1研究對象
研究對象為山東省城市醫(yī)療機(jī)構(gòu)，一般包括縣級以上衛(wèi)生部門所屬醫(yī)療機(jī)構(gòu)以及社區(qū)衛(wèi)生院等基層醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)。
1.2研究方法
參考系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，構(gòu)建模型，通過對文獻(xiàn)的研究和理論分析發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中現(xiàn)有問題，形成理論框架，界定主要因素，劃定衛(wèi)生資源配置系統(tǒng)邊界，研究系統(tǒng)內(nèi)主要因素間的因果關(guān)系，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究，構(gòu)建出系統(tǒng)行為反饋結(jié)構(gòu)，形成系統(tǒng)因果關(guān)系圖。將可以量化的指標(biāo)進(jìn)行篩選區(qū)分出研究該系統(tǒng)的變量、輔助變量、常量和流量繪制系統(tǒng)流圖。將流圖通過軟件模型化，設(shè)置模型初始值，構(gòu)建模型變量間函數(shù)關(guān)系，進(jìn)行衛(wèi)生資源配置系統(tǒng)模型模擬，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析，將模型輸出結(jié)果與真實(shí)值對比檢驗(yàn)?zāi)Ｐ驼鎸?shí)性同時(shí)對敏感性進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果對模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，提高模型的信度和效度。并且可以通過改變衛(wèi)生服務(wù)系統(tǒng)模型的一些參數(shù)和結(jié)構(gòu)，模擬政策實(shí)施的效果，對政策的實(shí)施起到模擬仿真和評估的作用。本文使用美國Ventana公司編制的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件Vensim PLE進(jìn)行模型處理。
1.3研究步驟
建模的步驟包含的問題和使用的主要工具
1.明確問題，確定系統(tǒng)的邊界選擇問題，關(guān)鍵變量，時(shí)限，參考模式
2.提出動(dòng)態(tài)假說現(xiàn)有的理論解釋，聚焦于系統(tǒng)的內(nèi)部，繪圖（包括系統(tǒng)邊界圖、子系統(tǒng)圖、因果回路圖、存量流量圖、政策結(jié)構(gòu)圖以及其他可以利用的工具）
3.寫方程明確決策規(guī)則，確定參數(shù)、行為關(guān)系和初始化條件，測試目標(biāo)和邊界的一致性
4.測試與參考模式比較，極端條件下的強(qiáng)壯性分析，靈敏度，其他測試
5.政策設(shè)計(jì)與評估具體化方案，設(shè)計(jì)政策，“如果-則”分析，靈敏度分析，政策的耦合性
[2]
2.模型建立
2.1建模目的
針對山東省醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)在衛(wèi)生服務(wù)的需要和需求以及衛(wèi)生服務(wù)供給和利用兩方面的現(xiàn)狀和存在的問題進(jìn)行分析，分析各因素間相互制約相互促進(jìn)的因果反饋關(guān)系，研究影響我省醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)系統(tǒng)發(fā)展的因素，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)對未來山東省醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)體系發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，然后提出對策建議。
2.2系統(tǒng)邊界
城市醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)是一個(gè)動(dòng)態(tài)復(fù)雜反饋系統(tǒng)，它與人口、經(jīng)濟(jì)和社會等有著密切的關(guān)系。同時(shí)這些因素之間也相互影響，構(gòu)成因果關(guān)系。其中人口包括人口數(shù)量、出生率、死亡率、人群患病率等。經(jīng)濟(jì)包括衛(wèi)生服務(wù)投入與產(chǎn)出以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況等。社會包括醫(yī)療保險(xiǎn)政策、醫(yī)療保障政策。
3.結(jié)論
3.1采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的優(yōu)點(diǎn)
與經(jīng)濟(jì)計(jì)量建模方法不同、，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模以信息反饋原理為基礎(chǔ)，可以有效模擬系統(tǒng)未來的行為，解決系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性和方向性為題，因此非常。適用于廣泛存在多重反饋，結(jié)構(gòu)，而難于進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測的復(fù)雜系統(tǒng)的仿真和模擬[3]。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是一種直接反映因果機(jī)制的模型，它不以準(zhǔn)確估計(jì)系統(tǒng)參數(shù)為目的，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化中的行為內(nèi)生，體現(xiàn)了事物發(fā)展過程中內(nèi)、外因關(guān)系的辯證觀點(diǎn)[4]。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是系統(tǒng)科學(xué)理論與計(jì)算機(jī)仿真緊密結(jié)合的一門學(xué)科，許多學(xué)科領(lǐng)域已經(jīng)有了不少運(yùn)用輔助軟件建模的成功實(shí)例，使用軟件輔助建模，使建模過程直觀化，模型結(jié)構(gòu)調(diào)整方便。
3.2研究的意義
將醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)體系與系統(tǒng)科學(xué)理論結(jié)合豐富了系統(tǒng)科學(xué)理論的應(yīng)用領(lǐng)域，國內(nèi)外關(guān)于醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)的研究多是定性或者從某一局部進(jìn)行的，很少利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)從系統(tǒng)的角度整體研究醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)結(jié)合也豐富了醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)的研究方法。
利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對城市醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行政策模擬，通過對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、相關(guān)制度、衛(wèi)生政策與外部環(huán)境等的模擬研究，獲得城市醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為特征與內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問題的根源和作用機(jī)制，提出解決系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問題的政策建議。（作者單位：山東科技大學(xué)）
參考文獻(xiàn)：
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Ab Initio Molecular
Dynamics
Basic Theory and Advanced Methods
2009；584pp
Hardback
ISBN9780521898638
D. Marx等著
從頭計(jì)算分子動(dòng)力學(xué)方法或稱為第一原理分子動(dòng)力學(xué)，是對分子作經(jīng)典與量子混合處理的一種方法，其基本思想最早是由Paul Enrenfest 提出來的，他把原子核視為經(jīng)典粒子而把電子仍作為量子對象，實(shí)質(zhì)是一種平均場理論。其后，發(fā)展成著名的BornOppenheimo "絕熱分子動(dòng)力學(xué)"，廣泛地應(yīng)用于量子化學(xué)和一些少體問題的研究工作。1985年R.Car 和M. Parrinello 把兩者的優(yōu)點(diǎn)以優(yōu)化的方法結(jié)合起來，極大地提高了這一方法的應(yīng)用能力和使用范圍，因而受到普遍的重視。
從頭計(jì)算分子動(dòng)力學(xué)通過統(tǒng)一處理分子動(dòng)力學(xué)和電子結(jié)構(gòu)理論把密度泛函理論和分子動(dòng)力學(xué)方法有機(jī)地結(jié)合，使復(fù)雜分子體系和過程，包括化學(xué)反應(yīng)以及電子的極化效應(yīng)和化學(xué)鍵的本質(zhì)等實(shí)際的計(jì)算機(jī)模擬領(lǐng)域發(fā)生了革命性改變。
本書第一次提供了這一快速增長領(lǐng)域涉及的方法及其廣泛的應(yīng)用范圍，從基礎(chǔ)理論直到先進(jìn)的方法給出了協(xié)調(diào)一致的闡述，堪稱是對研究生和研究人員的一部極具吸引力的教材。它包含了各種從頭分子動(dòng)力學(xué)技術(shù)的系統(tǒng)推導(dǎo)，使讀者能理解常用的方法，評估它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。本書還討論了廣泛使用的CarParrinello方法的特點(diǎn)，糾正了目前在研究文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)的各種錯(cuò)誤。
此外，本書還詳細(xì)地介紹了一些用于典型平面波的電子結(jié)構(gòu)編碼和程序設(shè)計(jì)的、使該領(lǐng)域的初學(xué)者容易理解并普遍使用的程序包，并使開發(fā)人員能夠方便地改進(jìn)它們的代碼及添加新的功能。
除了前言和第1章開場白“為什么需要從頭計(jì)算分子動(dòng)力學(xué)”之外，本書的內(nèi)容分為三大部分共10章，第一部分基本技巧，含第2-4章，2. 入門：統(tǒng)一MD和電子結(jié)構(gòu)；3. 實(shí)現(xiàn)：使用平面波的基；4. 用平面波處理原子：精確的贗勢。第二部分高級技巧，含第5-8章，5.超出標(biāo)準(zhǔn)的從頭計(jì)算分子動(dòng)力學(xué)；6. 超越保模贗勢；7. 計(jì)算性能；8. 并行計(jì)算。第三部分應(yīng)用，含第9-11章，9. 從材料到生物分子；10. 來自于從頭模擬的一些性能； 11. 展望。
這是一部內(nèi)容十分新穎豐富且實(shí)用性很強(qiáng)的高水平教材。作者們敘述的內(nèi)容盡可能詳盡，特別注重一些使用的技巧和難點(diǎn)的分析討論。對于從事與分子動(dòng)力學(xué)相關(guān)的教學(xué)與科研人員、高年級大學(xué)生和研究生是一本很好的參考書。
丁亦兵，
教授
(中國科學(xué)院研究生院)
關(guān)鍵字：發(fā)動(dòng)機(jī)；曲柄連桿機(jī)構(gòu)；動(dòng)力學(xué)
曲柄連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性對于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性、振動(dòng)效果、噪聲等有很大關(guān)聯(lián)，利用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)有限元分析平臺（ANSYS）創(chuàng)建D6114B發(fā)動(dòng)機(jī)的仿真動(dòng)力學(xué)模型，分析發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的曲軸、連桿的模態(tài)數(shù)據(jù)，對準(zhǔn)確的掌握D6114B發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的零部件動(dòng)力學(xué)特性具有一定的參考價(jià)值。
1. 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)是由缸體、曲軸、連桿、飛輪活塞，構(gòu)成。上柴D6114B發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型結(jié)構(gòu)如圖1所示
圖1上柴D6114B發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型結(jié)構(gòu)圖
缸體與曲軸連接鉸鏈中有一條為轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈，其余為圓柱鉸鏈，飛輪與曲軸固定，連接桿與曲軸之間的連接采用轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈，其大頭一端連接曲軸，小頭一端連接活塞，活塞與缸體之間采用圓柱鉸鏈連接。
利用以上模型的各個(gè)部件的幾何位置參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)建立CAD數(shù)據(jù)模型，傳入給機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)有限元分析平臺（ANSYS）進(jìn)行分析和計(jì)算，活塞1-8作用在各缸體氣壓力學(xué)特性輸入ANSYS如圖1所示：
圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)各缸氣體壓力特性
得出發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的曲軸模態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示
模態(tài)
階數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
頻率 124.8 149.9 335.4 372.1 398.0 490.7 599.2 632.1 841.1 947.2
模態(tài)
階數(shù) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
頻率 1015.3 1264.3 1340.6 1369.2 1413.9 1465 1664 1745 1862.5 2394.9
2. 曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析
當(dāng)對活塞逐級施加壓力0-12/104pa，對應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)速2200r/min，活塞運(yùn)動(dòng)其對氣缸的側(cè)推力在-7804~6960N之間周期性變化，側(cè)推力對汽缸壁的磨損影響很大。缸活塞隊(duì)氣缸側(cè)推力如圖2所示：
圖2 缸活塞對氣缸的側(cè)推力
由此，利用對側(cè)推力的周期變化頻譜進(jìn)行分析，優(yōu)化對發(fā)動(dòng)機(jī)懸置。
發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的載荷能力與曲軸主頸上的進(jìn)油口、油槽布置情況有關(guān)，同時(shí)，曲軸主頸的磨損也與曲軸主軸頸的載荷有關(guān)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)周期曲軸主軸頸的載荷受力大小成波峰、波谷間變化，在波峰與波谷的頂點(diǎn)出載荷受力最大。由此，可以在布置進(jìn)油口、油槽布時(shí)應(yīng)避開在波峰與波谷點(diǎn)。
發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿軸所承受的力在柄稍處于膨脹沖程最高點(diǎn)時(shí)達(dá)到做大力值，最大受力點(diǎn)在柄稍和連桿軸承相接處的位置。因此，可以在布置進(jìn)油口、油槽布時(shí)應(yīng)避開該位置附近。
發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)固定在缸體上，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，產(chǎn)生的慣性會帶動(dòng)缸體的抖動(dòng)，而缸體連接的是汽車的車架，通過力的傳導(dǎo)車體就會發(fā)生抖動(dòng)，這會使駕駛者感覺到形成的振動(dòng)顛簸，影響行車的舒適感。在曲軸轉(zhuǎn)角發(fā)生變化時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)沿著上下、左右、前后成周期性變化，在變化幅度方面上下、左右變化頻率大致相同，前后抖動(dòng)頻率較高。由此，在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝時(shí)應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)的剛度合理選擇懸置點(diǎn)，進(jìn)而可以降低其對車架的影響，提高駕駛的舒適性。
發(fā)動(dòng)機(jī)工作輸出功率呈波峰、波谷變化，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)剛開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)逐漸提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，當(dāng)達(dá)到摩擦峰值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)會逐漸下降，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率向下滑落，當(dāng)摩擦值小于臨界點(diǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)又逐漸提高，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速再次增加，形成循環(huán)。由此，發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦峰值的大小直接影響著對發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，降低摩擦系數(shù)是提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的有效方法。
3. 結(jié)論
綜上所述，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性與發(fā)動(dòng)機(jī)的功率大小和發(fā)動(dòng)機(jī)的性能息息相關(guān)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能，對于發(fā)動(dòng)機(jī)的性能具有非常重要的作用。
4. 參考文獻(xiàn)
[1]王遠(yuǎn),朱會田,曹永晟,盛德號,谷葉水.基于有限元法的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿疲勞強(qiáng)度分析研究[J].機(jī)械傳動(dòng).2010(03)
[2]葉國林,曾建謀,杜寶雷.柴油機(jī)連桿有限元分析[J].內(nèi)燃機(jī).2008(01)
Abstract: This paper, based on the basic system dynamics theory, through vensim software builds the simulation model of system dynamics, conducts the systemic simulation analysis of structure, function and dynamic behavior of system for the liquid cooling issues in the closed container. The results shows that the temperature of the liquid which is heated in the container is falling within a certain time, but when the temperature drops to the room temperature, the liquid will not fall, and remain in the room temperature.
關(guān)鍵詞：液體冷卻；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；vensim軟件；因果循環(huán)圖；積流圖
Key words: liquid cooling；system dynamics；vensim software；causal circular diagram；product flow diagram
中圖分類號：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2010）34-0026-02
1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)
1.1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)簡介[1]美國麻省理工學(xué)院（MIT）的福瑞斯特教授于1958年提出了一種系統(tǒng)仿真方法――系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（簡稱SD―system dynamics）。它是分析復(fù)雜系統(tǒng)的信息反饋的學(xué)科。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基于系統(tǒng)科學(xué)論，運(yùn)用定性與定量相結(jié)合，綜合推理，計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)等分析方法，吸收了信息論的精髓，借助于計(jì)算機(jī)對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，以便對某一項(xiàng)目進(jìn)行前期的評價(jià)與預(yù)測或者揭示事物的內(nèi)在規(guī)律，最終找到解決問題的方法對策。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)廣泛應(yīng)用于社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、生物等領(lǐng)域，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型也被稱為社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等復(fù)雜大系統(tǒng)的“實(shí)驗(yàn)室” [2]。
1.2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基本理論[1]
1.2.1 系統(tǒng)的復(fù)雜多變性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)所研究的實(shí)際系統(tǒng)一般都是非線性，多重反饋的復(fù)雜系統(tǒng)。它包括三個(gè)基本要素：物質(zhì)本身，信息和運(yùn)動(dòng)。
1.2.2 因果循環(huán)圖因果循環(huán)圖用來描述系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間相互影響，緊密聯(lián)系的復(fù)雜關(guān)系。它是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的基礎(chǔ)。因果箭頭由A指向B，說明B隨A變化而變化，旁邊的“+”號表示正因果關(guān)系，A增B增；“-”號表示負(fù)因果關(guān)系，A增B減。
反饋回路。反饋就是信息的輸入與輸出，主要反映了信息的回饋。由一系列相互聯(lián)系、相互作用的因果關(guān)系鏈組成的閉合回路就是反饋回路。在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中，反饋回路就是由信息與運(yùn)動(dòng)構(gòu)成的閉合路徑。
1.2.3 積流圖系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的積流圖主要研究系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)本身或者信息之間的相互關(guān)系，基本的流圖如圖1。
1.2.4 系統(tǒng)變量①狀態(tài)變量：反映系統(tǒng)中的變量隨時(shí)間累積的過程，受速率變量的影響。②速率變量：描述狀態(tài)變量的時(shí)間變化情況，在模型中用平均速率代替瞬時(shí)速率。③輔助變量：描述狀態(tài)變量和速率變量之間的中間變量，位于兩者的信息通道上。④常量：指在考慮的時(shí)間范圍內(nèi)變化甚微或相對不變化的參數(shù)，它可以直接或輔助形式對狀態(tài)變量或速率變量賦值。
1.2.5 系統(tǒng)方程式用各種方程式把模型中非正規(guī)的，概念化的結(jié)構(gòu)構(gòu)思轉(zhuǎn)化成正規(guī)的，定量化的數(shù)學(xué)表達(dá)式，借助于計(jì)算機(jī)模擬仿真，可以研究模型系統(tǒng)中的各項(xiàng)指標(biāo)，找出存在的問題，進(jìn)而確定解決問題的對策。
1.3 Vensim系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件簡介[1]Vensim系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件是由美國Ventana公司推出的一個(gè)可視化的建模工具，對系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)思，模擬，分析與優(yōu)化都可以通過該軟件實(shí)現(xiàn)[2]。進(jìn)入軟件操作界面后：①繪制因果循環(huán)圖；②創(chuàng)建積流圖；③輸入模型方程和參數(shù)；最后單擊按鈕,得到各種模擬仿真結(jié)果圖形。
1.3.1 Vensim建模步驟[2]①運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理對研究對象進(jìn)行全面的系統(tǒng)的分析；②通過對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析，劃分系統(tǒng)因子，確定反饋機(jī)制；③運(yùn)用Vensim建模軟件對模型的結(jié)構(gòu)構(gòu)思進(jìn)行圖形化，定量化，規(guī)范化；④通過計(jì)算機(jī)模擬仿真，指出研究對象的內(nèi)在規(guī)律，或找出系統(tǒng)中存在的問題，進(jìn)而修改模型；⑤對模型進(jìn)行檢驗(yàn)評估，找出本質(zhì)特征或提出改進(jìn)對策。
2因果循環(huán)圖
根據(jù)物理學(xué)原理，對于一個(gè)密閉容器中的液體，其冷卻速度與液體和環(huán)境的溫差、傳導(dǎo)介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)[3]。將該密閉容器內(nèi)液體冷卻問題這個(gè)大的復(fù)雜系統(tǒng)劃分為5個(gè)相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)因子：液體溫度，液體溫度變化率，環(huán)境溫度，液體與環(huán)境的溫差，介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)。模型中體現(xiàn)了1個(gè)主要的正反饋環(huán)：液體溫度一+液體與環(huán)境的溫差一+液體溫度變化率一+液體溫度；根據(jù)Vensim軟件繪制出的因果循環(huán)圖如圖2。
3積流圖
首先，給定一個(gè)初始值，假設(shè)當(dāng)前環(huán)境溫度N=25℃，初始液體溫度A=80℃，對介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)賦值=0.004，令液體溫度用B表示。然后編輯系統(tǒng)仿真變量及變量之間的相互關(guān)系式：
①液體與環(huán)境的溫差=液體溫度-環(huán)境溫度
②液體溫度變化率=介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)*液體與環(huán)境的溫差
③液體溫度= INTEG（IF THEN ELSE（液體溫度
由以上公式，進(jìn)入Vensim軟件得出系統(tǒng)流位流率圖如圖3。
4系統(tǒng)仿真結(jié)果分析
由圖4可知：在介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)（0.004），環(huán)境溫度（25度）不變的情況下，密閉容器內(nèi)液體的溫度在20分鐘之前隨著液體溫度變化率和液體與環(huán)境的溫差的下降而降低；但基于物體的熱量傳遞原理，液體溫度B不會一直無止境的降下去，20分鐘后液體溫度下降緩慢，大約30分鐘當(dāng)液體溫度B降到環(huán)境溫度N時(shí)，就不再降了，一直保持環(huán)境溫度N不變。這個(gè)結(jié)果正好與日常生活中的實(shí)際情況相符。
5結(jié)束語
通過以上這個(gè)簡單的物理現(xiàn)象，說明系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究事物的方便性，可行性；解決問題的實(shí)際性，可靠性。它為人們的各項(xiàng)分析研究節(jié)省了大量的人力，物力，財(cái)力，減少了實(shí)際實(shí)施過程中的一些不必要的浪費(fèi)，對一個(gè)項(xiàng)目的前期策劃有很大幫助。
參考文獻(xiàn)：
[1]謝英亮，謝林海，袁紅萍，劉貽玲.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在財(cái)務(wù)管理中的應(yīng)用 [M].第一版.北京：冶金工業(yè)出版社,2008；3-7.
關(guān)鍵詞：升降機(jī)殼體；Simulation；模態(tài)分析；瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
引言
JWM系列升降機(jī)是通過蝸輪蝸桿副傳動(dòng)梯形絲桿實(shí)現(xiàn)物體的升降，具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用靈活、性能可靠、安裝方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、建筑工程、貨物升降、安裝維修等各個(gè)方面［1］。升降機(jī)殼體是升降機(jī)的關(guān)鍵部件，主要起導(dǎo)向和防旋轉(zhuǎn)作用。在工作過程中，殼體會受到機(jī)械負(fù)荷和沖擊載荷的共同作用［2］產(chǎn)生振動(dòng)，不但使設(shè)備的工作性能變差，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作甚至造成結(jié)構(gòu)破壞［3］。課題組在給某企業(yè)做工程項(xiàng)目時(shí)發(fā)現(xiàn)，某型號升降機(jī)在工作過程中殼體出現(xiàn)了宏觀裂紋，為了作業(yè)安全可靠，必須進(jìn)行研究分析。為了找出此系列升降機(jī)殼體產(chǎn)生裂紋的原因，避免進(jìn)一步發(fā)生振動(dòng)破壞，需對其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。基于有限元分析理論，利用Simulation軟件對升降機(jī)殼體進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，分析了殼體整體的頻率、振型以及下殼體的應(yīng)力應(yīng)變情況，為JWM系列升降機(jī)的行程設(shè)計(jì)及殼體優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論參考依據(jù)。
1升降機(jī)殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1．1升降機(jī)工作原理及殼體結(jié)構(gòu)JWM系列升降機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，其工作原理為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪通過蝸輪軸帶動(dòng)梯形絲桿上下運(yùn)動(dòng)，絲桿頂端裝有法蘭，從而拖動(dòng)物體升降，其中蝸輪軸內(nèi)孔為螺紋結(jié)構(gòu)，與梯形絲桿構(gòu)成絲桿副。升降機(jī)殼體主要有端蓋、底座和下殼體3部分組成，端蓋對軸承起到固定和預(yù)緊作用；底座的性能決定著升降機(jī)的最大負(fù)荷；下殼體與方形塊間隙配合，一是防止梯形絲桿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，二是對梯形絲桿起導(dǎo)向作用。此外，為了防止梯形絲桿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)超行程，在下殼體上裝有限位開關(guān)，起限位保護(hù)作用。圖1JWM系列升降機(jī)結(jié)構(gòu)1．2升降機(jī)殼體建模及簡化Simulation采用FFE（fastfiniteelement）算法技術(shù)，使得工程技術(shù)人員能夠快速對復(fù)雜耗時(shí)的工程設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算分析，并且同SolidWorks無縫集成，即強(qiáng)大的三維建模功能和有限元分析功能共享一個(gè)數(shù)據(jù)庫，避免了將實(shí)體模型轉(zhuǎn)換格式導(dǎo)入其它有限元分析軟件的繁瑣過程。利用SolidWorks軟件基于特征的參數(shù)化建模技術(shù)建立升降機(jī)殼體各部分的三維實(shí)體模型，然后進(jìn)行整體裝配。為了保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，并減少計(jì)算量，對模型適當(dāng)簡化，簡化模型的一般原則是在保證原有結(jié)構(gòu)力學(xué)性能不發(fā)生改變的前提下［4］，省略一些螺栓孔、圓角等對動(dòng)態(tài)特性影響很小的幾何特征。升降機(jī)殼體實(shí)體模型如圖2所示。
2升降機(jī)殼體模態(tài)分析
2．1分析過程模態(tài)分析是動(dòng)力學(xué)分析中最為基礎(chǔ)的部分，是對結(jié)構(gòu)和機(jī)器零部件進(jìn)行無阻尼狀態(tài)下的自由振動(dòng)分析，得出它們的固有頻率及其對應(yīng)振型。升降機(jī)殼體材料為鑄造碳鋼，鑄鋼的密度為7800kg／m3，彈性模量為2．1e＋011N／m2，泊松比為0．32，屈服強(qiáng)度極限為250MPa。在模態(tài)分析中，因振動(dòng)被假定為自由振動(dòng)，所以只有邊界條件起作用［5］，根據(jù)殼體的實(shí)際安裝情況施加約束條件，然后劃分網(wǎng)格，進(jìn)行分析計(jì)算。2．2分析結(jié)果結(jié)構(gòu)的振動(dòng)可以用各階固有振型的線性組合來表達(dá)，其中低階固有振型對結(jié)構(gòu)的振動(dòng)影響較大，決定了結(jié)構(gòu)的剛度，故進(jìn)行結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性分析時(shí)取前5階即可。提取前5階固有頻率和振型，結(jié)果如表1所示。升降機(jī)殼體要具備良好的動(dòng)力學(xué)性能，固有頻率應(yīng)遠(yuǎn)離其工作時(shí)激振源的頻率，以避免發(fā)生共振［6］。升降機(jī)殼體的激振源主要有：蝸輪蝸桿的回轉(zhuǎn)振動(dòng)和嚙合振動(dòng)、電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)及滾動(dòng)軸承的振動(dòng)。其中，滾動(dòng)軸承的振動(dòng)對殼體性能影響很小，可忽略不計(jì)［6］；電機(jī)主軸和蝸桿之間使用聯(lián)軸器連接，忽略聯(lián)軸器振動(dòng)的影響。激振源頻率如表2所示。由表2可知，電機(jī)主軸、蝸輪蝸桿回轉(zhuǎn)振動(dòng)及嚙合振動(dòng)引起的激勵(lì)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于升降機(jī)殼體的最低固有頻率985．65Hz，故不會導(dǎo)致殼體產(chǎn)生共振破壞。
3下殼體瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析是用于確定結(jié)構(gòu)承受任意隨時(shí)間變化載荷的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)［7］。對于線性動(dòng)力學(xué)問題，動(dòng)力行為由線彈性結(jié)構(gòu)行為和施加的動(dòng)力載荷2個(gè)特性確定，線彈性結(jié)構(gòu)行為用來確定結(jié)構(gòu)特征值，然后，基于結(jié)構(gòu)的特征值和特征模態(tài)計(jì)算給定載荷歷程的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)［8］。瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)一般方程為：［M］｛¨x｝＋［C］｛x｝＋［K］｛x｝＝｛F（t）｝（1）［M］為質(zhì)量矩陣；［C］為阻尼矩陣；［K］為剛度矩陣；｛F｝為外載荷矢量矩陣；（t）為外載荷作用時(shí)間；｛x｝為節(jié)點(diǎn)位移矢量；｛x｝為節(jié)點(diǎn)速度矢量；¨x為節(jié)點(diǎn)加速度矢量。3．1動(dòng)載荷確定由于蝸輪蝸桿存在嚙合間隙及梯形絲桿副存在配合間隙，升降機(jī)在工作過程中方形塊會對下殼體有一個(gè)動(dòng)態(tài)載荷作用。在升降機(jī)啟動(dòng)和換向瞬間，方形塊會對下殼體有一個(gè)瞬態(tài)沖擊載荷；升降機(jī)在啟動(dòng)和換向后進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，方形塊會對下殼體有一個(gè)變化很小的力。JWM050型升降機(jī)空載時(shí)方形塊的扭矩為1．2N•m，滿載時(shí)方形塊的扭矩為25．52N•m，故方形塊總扭矩大小為26．72N•m，在瞬態(tài)沖擊載荷工況下取5倍方形塊總扭矩即為133．6N•m。根據(jù)升降機(jī)、伺服電機(jī)及實(shí)際測試的數(shù)據(jù)可知，動(dòng)態(tài)變化扭矩作用的時(shí)間約為0．02s，在Simulation函數(shù)加載器中繪制出扭矩隨時(shí)間變化的線性曲線，如圖3所示。其中X軸為時(shí)間，Y軸為扭矩載荷，在0～0．01s扭矩由零上升到最大值，0．01～0．011s扭矩由最大值下降到1％，即穩(wěn)態(tài)變化載荷，0．011～0．02s載荷保持不變。3．2分析設(shè)置升降機(jī)在工作過程中，可能隨時(shí)停車、啟動(dòng)及換向，動(dòng)態(tài)載荷工況復(fù)雜，為了減少計(jì)算量和節(jié)省時(shí)間，本節(jié)只分析升降機(jī)在啟動(dòng)時(shí)（即升降高度為零）、升降高度100mm和升降高度200mm（即滿行程）3種工況下，下殼體的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)特性。實(shí)際應(yīng)用中可以看出，下殼體最容易發(fā)生振動(dòng)破壞的部位是棱角處，為了更好地了解這些部位在瞬態(tài)動(dòng)載荷作用下的應(yīng)力和應(yīng)變情況，以下殼體上端面為原點(diǎn)在15mm、65mm、115mm、165mm、215mm處的棱邊上分別放置了4個(gè)傳感器探測點(diǎn)P1～P20，如圖4所示。3．3瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析對升降機(jī)下殼體在啟動(dòng)時(shí)、升降高度100mm和升降高度200mm工況下進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，提取20個(gè)傳感器探測點(diǎn)的應(yīng)力及變形情況進(jìn)行分析可以看出，①同一種工況下，P1～P4探測點(diǎn)（即離下殼體安裝位置最近處）等效應(yīng)力最大，變形最小；P17～P20探測點(diǎn)（即離下殼體安裝位置最遠(yuǎn)處）等效應(yīng)力最小，變形最大，這與實(shí)際情況相符合；②比較3種工況，啟動(dòng)時(shí)工況下等效應(yīng)力、變形量最大，這為升降機(jī)的行程設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)，行程越大啟動(dòng)時(shí)的沖擊振動(dòng)越厲害，行程較大時(shí)必須加防護(hù)措施；③同一截面的4個(gè)探測點(diǎn)等效應(yīng)力、變形量基本相同，說明下殼體4個(gè)棱角的受力情況是等效的。啟動(dòng)時(shí)工況下，下殼體的等效應(yīng)力云圖、位移云圖如圖5～6所示。由圖5可以看出，下殼體的最大等效應(yīng)力約為100MPa，主要發(fā)生在靠近安裝位置的內(nèi)部直棱角處，與實(shí)際產(chǎn)生裂紋處相吻合；由圖6可以看出，下殼體的最大變形量約為0．095mm，主要分布在遠(yuǎn)離安裝位置的外部圓角處，依次向靠近安裝位置處遞減。
4結(jié)束語
