時間：2023-06-06 09:00:24
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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篇結構動力學，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
在對房屋建筑結構進行設計過程中，要注意以下幾個原則。
1.計算簡圖要進行恰當、合理的選擇
房屋建筑物的結構計算式是通過計算簡圖實現的，計算簡圖的選擇影響著結構的安全，計算簡圖選擇不當，則會經常出現結構安全事故，因此，選擇恰當的計算簡圖，對于保障結構的安全具有重要意義。除此之外，建筑物結構的計算簡圖，需要采取相應的方法來保證，以能夠很好地控制住計算簡圖在設計范圍內的誤差。
2.合理的選擇建筑結構方案
合理的建筑結構設計離不開經濟合理的建筑結構方案，也就是說，在結構的形式和體系上要做到聯系實際，切實可行。建筑物的結構體系不僅要有明確的受力，而且還要傳力簡捷。在同一個結構單元中，要選擇一種結構體系，不適宜混用多種結構體系。在地震區域中，應嚴格遵守平面和豎向的原則。例如，在確定結構方案的過程中，要全方位、全面地對建筑工程的設計要求、地質條件、施工條件以及原材質量等不同的因素進行分析，并且在建筑、水電、供暖等方面經過充分的協商后，擇優選用。
3.對計算的結構進行準確分析
目前，在我國的建筑結構設計中，比較普遍的采用計算機網絡信息技術，由于網絡技術的發展，軟件種類多種多樣，軟件不相同，計算的結果也就有所不同。針對此現象，結構設計人員應該針對各個不同的計算軟件使用的范圍和條件，進行詳細全面的分析，在結構計算時，避免不必要的誤差。另外，還要求結構設計人員在通過運用計算機軟件進行設計過程中，要經過認真分析，做出合理的判斷。因為可能出現建筑結構的實際情況與軟件程序不符合、由于人為原因造成的錯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算結果的錯誤。
4.采取相應的構造措施
房屋的建筑結構設計，要牢牢掌握設計的原則，并且加強建筑結構中的薄弱環節，提高建筑物構件的延性性能，還要注意鋼筋的錨固長度，特別是鋼筋在執行階段的錨固長度。其中，如震動效應、空氣沖擊波效應、爆破飛石、噪聲、有害氣體等，這些都對建筑結構造成間接或直接的危害。
二、動力學中的結構動力特性
在建筑結構中結構動力學反映抗震性質的微分方程，其中的系數C1和C2能根據初始條件確定。運用能夠妥善處理重復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，一般都參照了連續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力反應的影響非常顯著，但剪切變形的影響卻不大。如果我們仔細研究鋼框架建筑的非彈性地震反應我們會發現柱的軸向塑性變形會朝一個方向積累，進而導致水平位移增大，從而加劇P—Δ效應。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。我們可以運用離散變量方法，對整個體系進行處理，用拉格朗日方程進行一般性分析，以便考慮結構的空間特性。
三、建筑結構中結構動力學的防震減震應用
建筑結構中的防震減震應用最主要的就是對建筑結構進行特性優化分析，例如，針對某高層建筑，業主要求必須體現大空間概念，最后經過與設計院的協調溝通，確定采用28層的設計方案，其中，地下2層，地上26層，總面積30000m2，高度達到94m。針對建筑結構體系的優化選擇，設計院具體的對建筑結構中結構動力學的減震防震應進行了設計應用，具體方法如下。
1.反應譜設計法
根據結構動力學所特有的特性，動力結構在地震時就會有一定的動力效應，簡單的說就是結構上質點的地震反應加速度與地面運動的加速度有所不同，且結構上質點的地震結構自震周期與阻尼具有一定的聯系。對動力學方法的應用可以對自由度彈性體系質點的加速度反應進行求解，并求得不同周期的加速度反應。
2.能力設計法
想要能夠有效地保證建筑結構中鋼筋混凝土結構具有足夠的彈性，就需要運用鋼筋混凝土結構能力設計法。此方法的原理就是對非彈性性能對結構抗震能力的理解和超靜定結構的地震機理的理解，并在地震的作用下對具有巖性破壞機制的控制思想進行實現，進而保證結構的抗震效果和設防目標，同時還可以保證設計的經濟合理性。
四、結語
關鍵詞：凸輪機構；接觸應力；滾輪外形優化
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使分度盤上的滾針軸承帶動分度盤轉位，直線段使分度盤靜止，并定位自鎖。通常情況下，輸入軸旋轉一圈，輸出軸便完成一動一停的一個分度過程，在一個分度過程中，輸出軸有一個轉位時間和停止時間之比叫動靜比，動靜比的大小與凸輪曲線段在整個凸輪圓周上所占的角度大小有關系，動程角越大，比值越大，分割器運轉越平穩；凸輪圓周上直線段所占的角度叫靜止角，動程角與靜止角之和為360°。
1 凸輪機構運動特性
本研究所采用的滾輪分別是一般的平底滾輪和經過優化后的鼓形滾輪，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。本研究中的凸輪機構包括柱塞、挺柱、銷、襯套、滾輪、凸輪、彈簧座盤、調整墊塊、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、挺柱體總成等質量所產生的慣性力P2，彈簧力P3，P=P1+P2+P3 ，在滾輪、襯套和銷的旋轉中心則作用著凸輪對滾輪的驅動力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 實體模型導入
將凸輪機構的實體模型導入ADAMS后，設置各剛體的材料屬性，根據機構中各部件的實際尺寸、相對位置和約束關系建立多剛體動力學模型。柱塞、挺柱與大地之間的點線副，只允許柱塞、挺柱沿豎直方向平動；柱塞、彈簧座盤、調整墊塊之間的固定副，剛性固定連接，不允許有任何相對運動；滾輪、襯套、銷和挺柱之間的旋轉副，只允許相對轉動；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 參數的設置
設置凸輪轉速為1000 r／min，彈簧的剛度系數和阻尼系數分別為25 N／mm、0.0l N?s／mm，預載荷488 N。在柱塞上表面作用一個已知的隨機構運動而變化的燃油壓力P1。應用機構模塊，分別取柱塞和滾輪的重心來定義動態測量柱塞的升程、速度、加速度和滾輪的受力。由仿真結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，回程運動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 凸輪一滾輪接觸應力分析
2.1 滾輪有限元模型的建立
接觸應力計算是高度非線性的問題，本研究將凸輪的連續轉動工作過程離散為若干準靜態過程，在每個準靜態過程中計算接觸位置，對接觸區域進行預測，保證預測接觸區域寬度大于實際接觸區域寬度，并對預測接觸區域的網格進一步細分。為了對同一個問題進行一系列研究，必須固定網格劃分的方法和網格的大小，以保證相同的精度。接觸模型的建立決定于凸輪不同轉角時凸輪機構的相對位置，下述實例選擇凸輪轉角為1550的接觸模型進行計算和分析。
2.1.1 設置材料屬性
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。以凸輪旋轉中心線為軸，建立一個半徑為1 mm的圓柱體與導入的模型進行布爾求交。由于在Pro／E中采用的是毫米千克牛的單位制，輸入時要考慮單位的轉換。材料的屬性設置為：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 網格劃分
實體模型采用8節點六面體的solid45和solid73單元，采用映射單元劃分的方式對模型進行網格劃分。通過對接觸寬度進行預估，確定凸輪一滾輪的預接觸區并進行網格細化，由此將模型劃分為141860個單元，146131個節點。建立接觸對，接觸區域采用三維面對面單元，選擇凸輪外殼為目標面，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
將有限元模型調整至凸輪轉角為1550時的位置，提取上文所建半徑為1 mm的圓柱體中的所有節點，約束所有方向的自由度。對凸輪和滾輪的軸向對稱面約束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
根據在ADAMS中所建立的凸輪機構剛體模型，滾輪一襯套之間用旋轉副連接，凸輪機構的傳遞力在此處即體現為襯套外表面對滾輪內表面的壓力。采取對滾輪加載余弦力面載荷的方法，F y為法向合力,f1為對滾輪內側下表面圓周上的第個節點加載的余弦力,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，為滾輪內側下半表面圓周上的節點總數，為滾輪軸向的截面數量xi和yi為節點在局部直角坐標系中的坐標。根據上述公式可計算得A=2798.198 N，則在定義完余弦函數后對滾輪內下半表面上的所有節點進行加載。
2.3 結果分析
從接觸應力分布情況可以看出，接觸應力只發生在一個很窄的區域且沿滾輪軸向的分布是不連續的，其分布無明顯的數量關系。應力在兩端變化幅度較大，中間區域變化幅度較小，最大可達745.09 MPa，這是由理想表面接觸時產生的變形相互擠壓造成的。根據計算結果可發現：凸輪-滾輪間的接觸面積隨接觸應力的上升而增大。平底滾輪的接觸區域形狀較均勻，基本是矩形；鼓底滾輪邊緣弧度較大，接觸區域的寬度在兩端遞減，呈三角狀；凸輪-滾輪之間的接觸應力在切向和軸向上不均勻分布。軸向長度上應力從中間向兩端遞增，分別在邊緣處達到峰值。切向寬度上兩端的應力高于中間部分，且由于凸輪外形的不對稱性，導致在接觸狀態下，切向寬度上左右兩側峰值不對等；凸輪-滾輪的接觸應力峰值在基圓段、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力峰值明顯增大，這也從側面說明高速、大功率的柴油機必然將使凸輪機構的接觸應力增大；當同時采用鼓底滾輪時，比較推程段的應力峰值，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低于后者，基圓段兩種凸輪相應的應力峰值相差不大；當同時采用凸輪二時，在凸輪轉角為1450、1500和1550時，平底滾輪的應力峰值比鼓底滾輪的明顯高很多，而在其它角度上卻略低，說明在凸輪機構工況最惡劣的階段宜采用大弧度的鼓底滾輪，通過使滾輪表面圓滑，減小邊緣應力集中，提高噴油泵的耐久性。
3 結束語
通過有限元模型計算可知，凸輪-滾輪接觸應力的分布情況受柱塞腔油壓、凸輪型線以及滾輪外型結構共同影響。為緩解凸輪機構惡劣工況，在燃油壓力確定的情況下，宜采用推程啟始角較小，推程運動角較大的凸輪和大弧度的鼓底滾輪。根據加工工藝水平、滾輪和凸輪材料等實際情況，可選擇不同尺寸的鼓型滾輪使其結構優化，由此減小凸輪-滾輪的邊緣應力，解決應力不均的問題，提高滾輪與凸輪的使用壽命。
參考文獻：
[1] 胡秀成，張思青，張立翔．基于CFD的長短葉片水輪機轉輪研究[J].水電能源科學，2009，27(3)：144-146
關鍵詞：數值計算方法；結構動力學
中圖分類號：TU311.3文獻標識碼：A文章編號：
一、數值計算方法在結構動力學的應用
結構動力學是一門研究結構在動力荷載作用下結構的反應。其中許多問題涉及到用有限自由度來代替無限自由，問題及其復雜，想得到解基本上很難，要么就花費許多時間，進入采取數值計算方法來求解并結合計算機編程來實現[1]。
下面就動力反應數值分析方法來簡要說明一下：
（1） 求結構在動力荷載作用下的反應時，要求特征值，由于行列式及其復雜，求特征值就必須用到數值計算方法中的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，一般編一個程序通過計算機來完成。
（2） 中心差分法基于有限差分代替位移對時間的求導，（即速度和加速度）。如果采用等時間步長ti=t，則速度和加速度的中心差分近似為：
（1）
（2）
（3）
（3）對于結構的位移與受的力的關系不成線性變化時采用變剛度迭代法,但是變剛度法有一個缺點是要反復修正剛度矩陣；這時就要用迭代方法的熟練條件來判斷剛度陣的病態問題。如果第k步誤差與前k-1步誤差的總和之比小于一個給定的小量ε時，則認為迭代收斂，達到要求的精度，停止迭代計算。
二、舉例編程
運用MATLAB求解這個問題時，一般要經歷建模和編程兩個過程，只有在建模正確的前提下，方能得出正確的結果。下面舉例說明單自由度體系有阻尼振動。
1. 建立計算模型
由動力學可知，單自由度體系有阻尼自由振動的振動方程為：
（4）
可以轉化為：
（5）
其中，，，那么運動方程的解為：
（6）
其中，，，，x0表示初始位置，ν0表示初始速度。
現在，分別設ξ從0.1到1，公共參數ωn=1，x0=1，ν0=0，計算的終止時間tf=2。試求運動方程的解，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;
%計算不同的ξ值所對應的振型
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用函數atan2
phi=atan2(wd(j)*x0,v0+eta(j)*wn*x0);
%設定自變量數組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
%在同一個圖形窗口中繪制不同的ξ值所對應的振型
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
%新建一個圖形窗口，繪制三維網格圖
figure
mesh(x)
>>
程序的運行結果如圖1和圖2所示，曲線放映出不同的ξ值對圖有振動模態的影響。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，即給定一個初始速度，其運動曲線實際上就是系統的脈沖過渡函數，如圖3和圖4所示。由于脈沖函數的幅值無窮大，而持續時間和是無窮小，其面積是一個單位，因此，脈沖激勵的最后效果是：可在處形成一個單位的初速度ν0，由它產生的波形就是脈沖過渡函數。
圖3脈沖函數不同的ξ值的固有振型
圖4脈沖函數不同的ξ值的固有振型三維網格圖
三、結語
（1）在試驗數據采集與錄入過程中，數據格式不一定能以表格形式繪出，部分數據也需要取舍，采用Matlab文件輸入輸出方面的函數及矩陣運算功能，可以使成千上萬的數據處理方便迅速地完成[2]。
（2）通過本次試驗研究表明，Matlab強大的功能可以使研究人員的精力集中于試驗分析本身，而不在算法上，從而節省了大量寶貴時間，提高了研究工作的效率，由于其功能強大，在很多方面還未有效地利用Matlab，因此，有待繼續探索研究[3]。
參考文獻：
[1]關文閣, 楊黎萌, 魏翠玲. 應用MATLAB計算結構自振頻率和振型的一種方法[J]. 河北工程學院學報, 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文獻標識碼：A 文章編號：
1引言
高層建筑的出現，把人類的生活推向高空，盡管與整個人類建筑史相比高層建筑興起的時間不長，但發展卻異常迅速。特別是近幾十年來，形成了世界性的高層建筑熱潮，建筑的數量、規模、結構形式以及施工技術上等都達到了前所未有的程度，并成為一個國家和地區技術經濟的象征。同高層建筑相適應的鋼骨架結構具有質量輕、強度高、施工工期短、防火性、耐腐蝕性強等優點。鋼結構高層空間結構越來越多，體型也日趨復雜。我國屬于地震多發地區, 合理有效地進行抗震分析就成了高層鋼骨架結構設計中必須考慮的問題，也是減輕地震災害的重要手段。作為抗震設計的重要環節之一, 結構抗震驗算就成了確定所設計結構是否滿足最低抗震設防的關鍵性步驟。
低層房屋的設計主要按靜力問題處理，而高層建筑的風振、地震動力響應成為設計考慮的關鍵因素，結構的動力特性影響形成對結構很重要的荷載效應。由于風和地震作用的復雜性，高層建筑風振和地震響應分析至今仍處于深入研究中。高層建筑動力響應是由結構特征、環境作用等諸因素綜合影響決定的，是結構整體性能的體現，同時也表明要獲得滿意的結構動力響應特征，必須綜合考慮結構系統，這是高層結構動力向應分析與設計難度較大的另一個原因。
由于地震振動的隨機性以及觀測點的廣泛性, 普遍實現比較困難, 因而對結構抗震性能的研究多以動力計算和動力模型試驗為主?，F在鋼結構廠房抗震動力計算方法主要包括三種: 傳統的擬靜力學法、動力反應譜分析法和動力時程分析法[1]。時程分析法是對結構物的運動微分方程直接進行逐步積分求解的一種動力分析方法。由時程分析可得到各質點隨時間變化的位移、速度和加速度動力反應,進而可計算出構件內力和變形的時程變化。由于此法是對運動方程直接求解, 又稱直接動力分析法[2]。近年來隨著計算機硬件設備及大型計算軟件的飛速發展, 越來越多的研究者采用三維有限元技術對大型廠房進行動力時程分析。
本文以某高層鋼骨架結構為研究對象，利用現有大型有限元軟件 ANSYS，建立鋼結構骨架有限元計算模型，對模型進行動力特性研究、風荷載以及地震響應分析，從而為設計提供可靠的計算和分析依據。
2高層骨架結構的有限元建模
高層鋼結構一般是指六層以上(或30m以上)，主要采用型鋼、鋼板連接或焊接成構件，再經連接、焊接而成的結構體系。高層鋼結構常用鋼框架結構、鋼框架――混凝土核心筒結構形式。后者在現代高層、超高層鋼結構中應用較為廣泛，事實上，它屬于鋼――混凝土混合結構。
本文的研究對象是某一高層辦公大樓為對象，其主要結構為地下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單跨、雙層的立體的框架結構。在建模過程中，鋼骨架結構中的縱向方管型材和工字鋼采用程序提供的BEAM189進行建模，四根支柱的橫向支撐采用BEAM4進行建模，四根支柱及橫向支撐支柱中的斜支撐、豎向支撐采用LINK8進行建模，該模型共有26345個BEAM189單元及6840個BEAM4單元和4698個LINK8單元。計算中采用的材料物理力學參數如表1所示，地基的底部節點位移全約束。建立的有限元計算模型如圖1所示。
圖1 有限元計算模型
表1材料物理力學參數
計算過程中，考慮作用于結構的荷載主要有：自重，風載荷，地震荷載（7度地震情況）。
3鋼骨架結構的動力分析
3.1模態分析
離散以后結構自振頻率和振動模態的計算可以表示為[3]：
（1）
式中，為系統剛度矩陣；為系統質量矩陣；為角頻率；為模態。
結構的自振頻率和振型反映了結構固有的動力特性，利用 ANSYS 進行模態分析可以得到結構的各階頻率和振型。在有限元分析中，工程上最感興趣的是較小的那些特征值。模態分析采用子空間迭代技術，其內部采用廣義的Jacobi 迭代算法。該方法采用完整的質量矩陣和剛度矩陣，計算精度較高，適合無法確定主自由度和大型結構特征值的求解。
模態分析時，考慮前 10 階振型的影響，擴展模態也取 10 階。表 2 列出了前 10 階自振頻率和振動的方向。圖2、3分別為結構的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。在建立勢函數的基礎上，利用分子動力學模擬從原子層次上對Cu60Ti20Zr20非晶合金的結構以及液態-非晶態動力學轉變過程進行了深入研究。發現Cu60Ti20Zr20非晶合金具有中程有序結構，解釋了這種特殊結構與原子間相互作用的關系。對廣泛應用于描述非晶動力學轉變過程的模式耦合（MCT）理論在描述多元非晶體系動力學轉變的合理性進行了評估，發現MCT理論不能準確描述β-馳豫過程初期體系的動力學。根據非相干中間散射函數的Laplace變化，在不使用近似的情況下精確計算了體系的動力學記憶內核（Memory Kernel）；通過比較由Laplace變化精確計算和在近似基礎上MCT理論預測的動力學記憶內核，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。提出了一種根據體系特征參數λ及非相關散射函數平臺值在MCT臨界溫度Tc附近重現動力學記憶內核的簡便方法。
目前，大塊非晶合金的制備和表征已經取得了重大進展，然而人們對于晶體-非晶動力學轉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力學轉變過程具有重要的科學意義，同時有利于豐富材料科學關于液態/非晶態動力學轉變的理論描述。
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了西門子公司的一項課題――“構建高精度原子間相互作用勢函數以預測氧化物陶瓷的熱導率”。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”相結合的方法建立了TiO2的原子間相互作用勢函數。對TiO2晶體結構、狀態方程、聲子譜、熱膨脹系數、熵、自由能以及等容比熱的計算表明，建立的勢函數能夠很好的描述rutile結構TiO2，其準確性較之過去廣泛使用的Matsui-Akaogi（MA）勢函數得到了很大提高，建立的勢函數亦能夠較好描述Anatase 和Brookite 兩種結構的TiO2。
原子間相互作用勢函數是分子動力學模擬的前提與關鍵，是計算材料學在原子層次上無法回避的難點。原子間相互作用勢函數的構建非常冗繁復雜。發展高精度的勢函數對于計算材料學這一新興學科的發展具有重要的推動作用。建立的高精度TiO2勢函數可以應用于TiO2塊體、表面、納米晶和納米線等相關問題的研究，這對于TiO2催化和光學等性能的研究具有重要的意義。
該工作的創新點是在勢函數構建過程中引入了極化和偶極矩，由此得到的勢函數能夠比較準確的描述TiO2的聲子色散曲線，在高頻區其準確度可以比擬實驗和第一性原理計算，而目前廣泛采
[關鍵詞]家庭動力學；系統家庭治療
兒童的行為和情緒問題與家庭環境有密切的關系，系統式家庭治療對兒童的心理問題有很好的幫助。家庭動力學理論是家庭治療的核心及基礎[1]。本調查對兒童家庭動力學特征進行探討，以便更好地在家庭治療中采取與動力學相適應的干預技術。
1 對象與方法
1.1對象選擇昆明市盤龍區城市、農村和城郊結合部小學各1所，以整群分層的原則抽取四年級、五年級學生共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。這些學生能夠理解問卷的問題，做出獨立的回答。
1.2方法均使用問卷調查：(1)家庭動力學評價：采用楊建中等[1]主編的家庭動力學自評量表。該問卷包括29個條目，分別從家庭氣氛、個性化、系統邏輯、疾病觀念4個維度來評價家庭動力學特點。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，系統邏輯維度得分越低；患者越多地將患病及疾病康復與本人的責任和主觀努力聯系在一起，疾病觀念維度得分越低。每一項目按1、2、3、4、5五級評分，經檢驗信度和效度較好。(2)一般情況調查問卷；內容包括年齡、性別、家庭生活環境(農村、城市、務工)、家庭結構(核心、單親、大家庭、普通家庭)、父母的文化程度。957名學生全部在課堂填寫家庭動力學量表、自制一般情況調查問卷，現場收回有效問卷928份，回收率96.9％，其中男475人(51.2％)；女453人(48.8％)。
1.3統計學方法數據采用SPSS11.5統計軟件錄入并進行單因素方差分析。
2 結果
有效問卷928份，家庭動力學各維度總體得分為家庭氣氛23.81±7.67；個性化22.31±5.01；系統邏輯16.57±4.45；疾病觀念11.95±3.82。
經檢驗兒童的性別對家庭氣氛、系統邏輯、疾病觀念維度的影響有顯著差異(P＜0.05)；家庭的生活環境對個性化、系統邏輯維度的影響有顯著差異(P＜0.05)；家庭結構(是否獨生子女)對家庭動力學影響沒有差異，見表1、2。
3 討論
系統式家庭治療認為，兒童和青少年的大多數心理問題的產生是因為家庭內部的出現了問題之后，家庭在解決問題的努力無效時發展出來的力求解決家庭平衡、緩解家庭矛盾的解決辦法，這個辦法的代價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境、應激因素與家庭密切相關，家庭治療對于兒童尤其重要，并且越來越多地在實際工作中得到運用[2]。家庭動力學是一門研究家庭內部的心理過程、行為溝通以及家庭和外部環境間相互作用的科學，能夠對家庭中復雜的心理學進行抽象概括，為臨床實際提供有效的觀察視角。家庭治療就是對紊亂的家庭動力學模式進行干預來達到治療目的。
在海德堡流派中家庭動力學是以7個反映家庭認知、情緒和互動行為特征的維度來衡量的，他們是家庭氣氛、個性化、系統邏輯、疾病觀念、關系控制、關系現實、時間組織。由于社會文化背景差異在移植時發現有4個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、混沌的狀態，另一極為分化極高的自立自主。③系統邏輯一指家庭成員價值判斷的邏輯特征，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成；④疾病觀念一指家庭成員關于患者對疾病過程的自我責任的看法，一極為“完全的受害者”，認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與本人的責任和主觀的努力聯系在一起[1]。研究表明沒有兒童行為問題的家庭動力學特征是家庭氣氛輕松、愉快，個性化分化程度高，系統邏輯傾向多元寬容，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，可能與傳統教育中男孩要管教嚴厲的觀點有關；系統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”，這與傳統文化中重男輕女的觀念非常有關，對男孩寬容，對女孩傾向于責任和要求[3]。個性化維度得分務工家庭高于農村，農村高于城市，說明城市家庭中成員間相互獨立程度最好，分化較好，而務工家庭中成員間相互獨立程度最差。系統邏輯維度得分務工家庭最高，傾向于接受不同的價值觀與客觀現實，農村最低，越傾向于“非此及彼”表觀念，傾向于固有的價值觀念；家庭結構如是否獨生子女或單親家庭對家庭動力學影響不大，沒有顯著的差異。家庭中是否只有一個孩子對家庭動力學影響不大，可能與我國的獨生子政策實行多年，已經得到了人們的接受有關，而重男輕女一直是中國傳統文化中非常重要的一點，對男孩、女孩有不同的期望值是現實生活中存在的現象，因而性別的影響是很大的。
本文對基于空氣動力學的電動汽車造型設計進行了討論，對電動汽車的發展和普及起到一定的促進作用。
關鍵詞：
電動汽車；造型設計；空氣動力學
1電動汽車車身造型特點
電動汽車是未來汽車發展的主要方向之一，目前，電動汽車的發展才剛剛起步，而電動汽車車身造型的設計師大部分參與過傳統汽車造型的設計工作。因此，汽車造型的特點及發展趨勢，將會對電動汽車造型發展的趨勢產生極大的影響，但是電動汽車由于本身結構特點的限制，與傳統汽車的特點存在一定的差異，這些特點對于電動汽車的造型設計非常重要，下面進行了詳細的分析［1］。
1．1結構和空間布局不同
相對于傳統汽車，電動汽車在結構方面的最大差異是驅動方式的差異，傳統汽車依靠汽油機和柴油機燃燒花式燃料產生能量，然后通過離合器、變速器以及傳動裝置傳遞能量，實現汽車的行駛，而電動汽車則依靠電池進行能量的儲存和供給，通過將電池儲存的能量傳遞給電機，實現對汽車的驅動。因此，電動汽車上減少了體積龐大的機械師傳統系統，而由體積更小的電動機取代傳統汽車發動機占據的空間。因此，相對于傳統汽車來說，電動汽車的前懸距離大大縮短，前圍到擋風玻璃的車頭部分也有一定的縮短，車身比例更加協調，同時能夠省略傳統汽車進氣格柵結構，只需對前懸結構進行包覆為設計師留下了更大的創作空間。
1．2集成化
集成化是電動汽車技術發展的主要方向之一，通過線控技術的應用能夠使電動汽車底盤傳動系統的結構極大簡化，提高電動汽車的空間利用效率，底盤平整度提高，也為電動汽車的造型設計留下了更大的自由度。線控電子技術還能實現對電動汽車各種電子系統的電子控制，通過設計出類似軟件接口的擴展插口，即可實現車身與底盤的連接，減少傳統機械控制系統對空間的占用，同時還使車身與底盤的設計融合度提高，實現兩者的模塊化拼接，提高車身造型設計的自由度。
1．3智能化
智能化同樣也是未來電動汽車發展的主要方向之一，從家喻戶曉的EBD、ESP等，再到逐漸普及的智能泊車系統、只能制動系統等，在提高汽車安全性方面發揮了重要作用［2］。電動汽車智能化的持續發展，將不斷降低交通事故發生的概率?，F在的汽車造型設計中，包含了大量被動的安全性設計，包括前后防撞鋼梁以及車身前后端預留的緩沖區域等。而隨著智能行車系統的發展，這些被動安全設計可以逐漸減少，這對車身的整體造型必然會產生較大程度的影響，也為電動汽車的造型設計提供了更大的發揮空間。
2電動汽車的空氣動力學設計
對電動汽車來說，良好的空氣動力學性能能夠提高電動汽車的操控性能和諧有效果，并且能夠使電動汽車獲得更好的續航能力，因此，電動汽車的空氣動力學設計非常重要。
2．1電動汽車空氣動力學設計原則
雖然電動汽車的造型在未來必然會呈現出多樣化的發展趨勢，但是從空氣動力學的角度來看，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、減少不必要的進氣口，確保車身的整體性，避免凸起物和進氣口增加空氣阻力，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，盡量避免出現分離現象，圖1給出的大眾XL1概念車就屬于典型的流線型外觀。
2．2電動汽車空氣動力學設計
針對電動汽車造型的空氣動力學設計，需要注意以下幾個方面的問題：
1）車頭高度設計。電動汽車車頭的高度將會直接影響到整車的啟動阻力系數CD。通常，車身啟動阻力系數與車頭高度成正比。對于傳統汽車來說，由于發動機艙內部結構的特殊性，車頭高度必然會達到一定的值，而電動汽車由于省略了發動機艙，因此，車頭高度能夠得到降低，對于降低車身的氣動阻力系數具有作用，也為車頭設計提供了更大的空間。
2）車身尾部造型設計。汽車尾部造型與空氣的流動關系非常復雜，通常很難對各種尾部造型的優劣進行準確的評價。從理論分析來看，小斜背的造型具有更低的氣動阻力系數。因此，在進行電動汽車尾部造型設計時，首先把握好大方向的基礎設計，然后經過復雜的工程分析之后，再對最初的設計方案進行不斷優化。
3）車身底部離地高度設計。從相關的試驗數據來看，光滑的汽車底板結構，為了實現更好的空氣動力學性能，存在一個最佳離地高度。圖2給出了汽車底板結構離地高度與氣動阻力系數之間的變化關系。從圖中可以看出，VW－Van、VW－Por－sche914和CompetitorF2－2這3種車型的氣動阻力系數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構，存在一個最佳離地高度［3］。電動汽車的底板結構能夠被設計為光滑的行駛，因此，在設計過程中需要結合工程分析的數據確定最佳離地高度，從而獲得最佳的空氣動力學性能，但是需要注意滿足車輛的通過性要求。
4）前后擾流器設計。擾流器包括前后擾流器兩個部分。由于電動汽車自身結構特點，其造型的設計更為靈活多變，擾流器的設計應該結合電動汽車的整車造型風格能夠設計，同時這種風格應該以追求良好的空氣動力學性能為主要目標。但是在實際設計時，尾翼與車身表面的高度參數非常重要，同時尾翼的高度也可能影響整車造型風格。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，當這一比值大于1時，升力系數達到最小值，且不再繼續變化?，F代汽車的唯一更多的是與側后圍高度結合到一起，其作用不會過度凸顯出來。
5）車輪與輪腔的設計。從相關實驗可以看出，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力性能。對于前后車輪均存在輪腔包覆時，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，則氣動阻力系數與升力系數最小。當然，由于前輪存在專項問題，其空腔應大于后輪，空腔對外部氣流更為開放，因此，前輪所受的氣動阻力與氣動升力比后輪更大。
3結語
空氣動力學設計在未來電動汽車造型設計中占據著至關重要的地位，其設計水平將會直接影響到電動汽車的操作性能和節油性能。本文結合對電動汽車造型特點的分析，提出了基于空氣動力學的電動汽車造型設計原則，并從多個方面提出了電動汽車空氣動力設計需要重點注意的內容，通過本文的討論，希望能夠對進一步提高電動汽車造型設計水平，對電動汽車的發展和推廣起到一定的促進作用。
參考文獻
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［2］張晨銘，李彥龍，王東，等．面向空氣動力學優化的電動汽車造型設計研究［J］．包裝工程，2012（16）：43－46；66．
關鍵詞：醫療衛生服務系統；系統動力學
引言
隨著我國經濟的發展和人們生活質量的提高，對醫療衛生服務的要求也隨之增加，并且需求趨向多元化，但是目前我國醫療衛生服務仍存在很多的不足，“看病難，看病貴”的問題一直沒有得到根本性解決，人們往大醫院扎堆的現象仍然很嚴重，醫保不能合并，大病醫療問題，仍然是現在亟待解決的問題，要有效的解決這些問題，就要從整體上分析醫療衛生服務體系，用系統的科學的方法研究。
衛生服務系統是一類具有多變量、多回路和非線性的反饋系統，組成部分之間因果關系復雜，并且內部運行機理復雜目前尚未清楚，需要我們用動態的長期的觀點研究，而系統動力學是一門研究系統反饋結構與行為的學科，擅長處理定性與定量結合的問題，和一些數據不足的社會系統問題。醫療衛生服務系統單元應保證三個基本要素：一是系統構建科學，二是與之相適應的管理制度合理，三是機構與制度適應所處的外部環境，而系統結構是關鍵因素[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療機構，一般包括縣級以上衛生部門所屬醫療機構以及社區衛生院等基層醫療衛生機構。
1.2研究方法
參考系統動力學方法，構建模型，通過對文獻的研究和理論分析發現系統中現有問題，形成理論框架，界定主要因素，劃定衛生資源配置系統邊界，研究系統內主要因素間的因果關系，利用系統動力學的特點進行動態研究，構建出系統行為反饋結構，形成系統因果關系圖。將可以量化的指標進行篩選區分出研究該系統的變量、輔助變量、常量和流量繪制系統流圖。將流圖通過軟件模型化，設置模型初始值，構建模型變量間函數關系，進行衛生資源配置系統模型模擬，記錄實驗結果并分析，將模型輸出結果與真實值對比檢驗模型真實性同時對敏感性進行檢驗，根據檢驗結果對模型參數進行調整，提高模型的信度和效度。并且可以通過改變衛生服務系統模型的一些參數和結構，模擬政策實施的效果，對政策的實施起到模擬仿真和評估的作用。本文使用美國Ventana公司編制的系統動力學軟件Vensim PLE進行模型處理。
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，確定系統的邊界選擇問題，關鍵變量，時限，參考模式
2.提出動態假說現有的理論解釋，聚焦于系統的內部，繪圖（包括系統邊界圖、子系統圖、因果回路圖、存量流量圖、政策結構圖以及其他可以利用的工具）
3.寫方程明確決策規則，確定參數、行為關系和初始化條件，測試目標和邊界的一致性
4.測試與參考模式比較，極端條件下的強壯性分析，靈敏度，其他測試
5.政策設計與評估具體化方案，設計政策，“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
針對山東省醫療服務系統在衛生服務的需要和需求以及衛生服務供給和利用兩方面的現狀和存在的問題進行分析，分析各因素間相互制約相互促進的因果反饋關系，研究影響我省醫療衛生服務系統發展的因素，結合歷史數據對未來山東省醫療衛生服務體系發展趨勢進行預測，然后提出對策建議。
2.2系統邊界
城市醫療衛生服務是一個動態復雜反饋系統，它與人口、經濟和社會等有著密切的關系。同時這些因素之間也相互影響，構成因果關系。其中人口包括人口數量、出生率、死亡率、人群患病率等。經濟包括衛生服務投入與產出以及區域經濟發展情況等。社會包括醫療保險政策、醫療保障政策。
3.結論
3.1采用系統動力學建模的優點
與經濟計量建模方法不同、，系統動力學建模以信息反饋原理為基礎，可以有效模擬系統未來的行為，解決系統運行的準確性和方向性為題，因此非常。適用于廣泛存在多重反饋，結構，而難于進行數據觀測的復雜系統的仿真和模擬[3]。系統動力學模型是一種直接反映因果機制的模型，它不以準確估計系統參數為目的，強調系統動態變化中的行為內生，體現了事物發展過程中內、外因關系的辯證觀點[4]。系統動力學是系統科學理論與計算機仿真緊密結合的一門學科，許多學科領域已經有了不少運用輔助軟件建模的成功實例，使用軟件輔助建模，使建模過程直觀化，模型結構調整方便。
3.2研究的意義
將醫療衛生服務體系與系統科學理論結合豐富了系統科學理論的應用領域，國內外關于醫療衛生服務的研究多是定性或者從某一局部進行的，很少利用系統動力學從系統的角度整體研究醫療衛生服務的內部結構，因此將系統動力學與醫療衛生服務結合也豐富了醫療衛生服務的研究方法。
利用系統動力學模型對城市醫療衛生服務系統進行政策模擬，通過對系統結構、相關制度、衛生政策與外部環境等的模擬研究，獲得城市醫療衛生服務系統動態行為特征與內部運行機制，發現系統結構問題的根源和作用機制，提出解決系統結構問題的政策建議。（作者單位：山東科技大學）
參考文獻：
[1] 張鷺鷺，陳群平等.衛生資源配置系統性分析[J].醫院管理雜志，2003，10（6）
[2] 鐘永光，賈曉菁，錢穎等.系統動力學（第二版）[M].北京：科學出版社，2013：20-21
Ab Initio Molecular
Dynamics
Basic Theory and Advanced Methods
2009；584pp
Hardback
ISBN9780521898638
D. Marx等著
從頭計算分子動力學方法或稱為第一原理分子動力學，是對分子作經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，他把原子核視為經典粒子而把電子仍作為量子對象，實質是一種平均場理論。其后，發展成著名的BornOppenheimo "絕熱分子動力學"，廣泛地應用于量子化學和一些少體問題的研究工作。1985年R.Car 和M. Parrinello 把兩者的優點以優化的方法結合起來，極大地提高了這一方法的應用能力和使用范圍，因而受到普遍的重視。
從頭計算分子動力學通過統一處理分子動力學和電子結構理論把密度泛函理論和分子動力學方法有機地結合，使復雜分子體系和過程，包括化學反應以及電子的極化效應和化學鍵的本質等實際的計算機模擬領域發生了革命性改變。
本書第一次提供了這一快速增長領域涉及的方法及其廣泛的應用范圍，從基礎理論直到先進的方法給出了協調一致的闡述，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力學技術的系統推導，使讀者能理解常用的方法，評估它們的優點和缺點。本書還討論了廣泛使用的CarParrinello方法的特點，糾正了目前在研究文獻中發現的各種錯誤。
此外，本書還詳細地介紹了一些用于典型平面波的電子結構編碼和程序設計的、使該領域的初學者容易理解并普遍使用的程序包，并使開發人員能夠方便地改進它們的代碼及添加新的功能。
除了前言和第1章開場白“為什么需要從頭計算分子動力學”之外，本書的內容分為三大部分共10章，第一部分基本技巧，含第2-4章，2. 入門：統一MD和電子結構；3. 實現：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.超出標準的從頭計算分子動力學；6. 超越保模贗勢；7. 計算性能；8. 并行計算。第三部分應用，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。
這是一部內容十分新穎豐富且實用性很強的高水平教材。作者們敘述的內容盡可能詳盡，特別注重一些使用的技巧和難點的分析討論。對于從事與分子動力學相關的教學與科研人員、高年級大學生和研究生是一本很好的參考書。
丁亦兵，
教授
(中國科學院研究生院)
關鍵字：發動機；曲柄連桿機構；動力學
曲柄連桿機構的動力學特性對于汽車發動機的可靠性、振動效果、噪聲等有很大關聯，利用機械系統動力學有限元分析平臺（ANSYS）創建D6114B發動機的仿真動力學模型，分析發動機曲柄連桿機構的曲軸、連桿的模態數據，對準確的掌握D6114B發動機曲柄連桿機構的零部件動力學特性具有一定的參考價值。
1. 汽車發動機曲柄連桿機構動力學模型
汽車發動機曲柄連桿機構是由缸體、曲軸、連桿、飛輪活塞，構成。上柴D6114B發動機的曲柄連桿機構的動力學模型結構如圖1所示
圖1上柴D6114B發動機的曲柄連桿機構的動力學模型結構圖
缸體與曲軸連接鉸鏈中有一條為轉動鉸鏈，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動鉸鏈，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部件的幾何位置參數和質量參數建立CAD數據模型，傳入給機械系統動力學有限元分析平臺（ANSYS）進行分析和計算，活塞1-8作用在各缸體氣壓力學特性輸入ANSYS如圖1所示：
圖1 發動機各缸氣體壓力特性
得出發動機曲柄連桿機構的曲軸模態數據結果如表1所示
模態
階數 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
階數 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. 曲柄連桿機構動力學分析
當對活塞逐級施加壓力0-12/104pa，對應曲軸轉速2200r/min，活塞運動其對氣缸的側推力在-7804~6960N之間周期性變化，側推力對汽缸壁的磨損影響很大。缸活塞隊氣缸側推力如圖2所示：
圖2 缸活塞對氣缸的側推力
由此，利用對側推力的周期變化頻譜進行分析，優化對發動機懸置。
發動機曲軸的載荷能力與曲軸主頸上的進油口、油槽布置情況有關，同時，曲軸主頸的磨損也與曲軸主軸頸的載荷有關。發動機轉動一個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出載荷受力最大。由此，可以在布置進油口、油槽布時應避開在波峰與波谷點。
發動機的曲柄連桿軸所承受的力在柄稍處于膨脹沖程最高點時達到做大力值，最大受力點在柄稍和連桿軸承相接處的位置。因此，可以在布置進油口、油槽布時應避開該位置附近。
發動機曲柄連桿機構固定在缸體上，當發動機工作曲柄連桿機構運動過程中，產生的慣性會帶動缸體的抖動，而缸體連接的是汽車的車架，通過力的傳導車體就會發生抖動，這會使駕駛者感覺到形成的振動顛簸，影響行車的舒適感。在曲軸轉角發生變化時發動機抖動沿著上下、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，前后抖動頻率較高。由此，在發動機安裝時應根據發動機抖動的剛度合理選擇懸置點，進而可以降低其對車架的影響，提高駕駛的舒適性。
發動機工作輸出功率呈波峰、波谷變化，當發動機剛開始運轉時，發動機曲柄連桿機構運動逐漸提高發動機轉速增加，當達到摩擦峰值時，發動機柄連桿機構運動會逐漸下降，發動機的輸出功率向下滑落，當摩擦值小于臨界點時，發動機曲柄連桿機構運動又逐漸提高，發動機轉速再次增加，形成循環。由此，發動機摩擦峰值的大小直接影響著對發動機的功率，降低摩擦系數是提高發動機動力的有效方法。
3. 結論
綜上所述，汽車發動機的曲柄連桿機構的動力學特性與發動機的功率大小和發動機的性能息息相關，提高發動機的曲柄連桿機構的動力學性能，對于發動機的性能具有非常重要的作用。
4. 參考文獻
[1]王遠,朱會田,曹永晟,盛德號,谷葉水.基于有限元法的發動機連桿疲勞強度分析研究[J].機械傳動.2010(03)
[2]葉國林,曾建謀,杜寶雷.柴油機連桿有限元分析[J].內燃機.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.
關鍵詞：液體冷卻；系統動力學；vensim軟件；因果循環圖；積流圖
Key words: liquid cooling；system dynamics；vensim software；causal circular diagram；product flow diagram
中圖分類號：TP3文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2010）34-0026-02
1系統動力學
1.1 系統動力學簡介[1]美國麻省理工學院（MIT）的福瑞斯特教授于1958年提出了一種系統仿真方法――系統動力學（簡稱SD―system dynamics）。它是分析復雜系統的信息反饋的學科。系統動力學基于系統科學論，運用定性與定量相結合，綜合推理，計量經濟學等分析方法，吸收了信息論的精髓，借助于計算機對復雜系統進行模擬仿真，以便對某一項目進行前期的評價與預測或者揭示事物的內在規律，最終找到解決問題的方法對策。系統動力學廣泛應用于社會、經濟、生態、生物等領域，系統動力學模型也被稱為社會、經濟、生態等復雜大系統的“實驗室” [2]。
1.2 系統動力學基本理論[1]
1.2.1 系統的復雜多變性系統動力學所研究的實際系統一般都是非線性，多重反饋的復雜系統。它包括三個基本要素：物質本身，信息和運動。
1.2.2 因果循環圖因果循環圖用來描述系統內部各要素之間相互影響，緊密聯系的復雜關系。它是系統動力學建模的基礎。因果箭頭由A指向B，說明B隨A變化而變化，旁邊的“+”號表示正因果關系，A增B增；“-”號表示負因果關系，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。由一系列相互聯系、相互作用的因果關系鏈組成的閉合回路就是反饋回路。在系統動力學模型中，反饋回路就是由信息與運動構成的閉合路徑。
1.2.3 積流圖系統動力學的積流圖主要研究系統內部的物質本身或者信息之間的相互關系，基本的流圖如圖1。
1.2.4 系統變量①狀態變量：反映系統中的變量隨時間累積的過程，受速率變量的影響。②速率變量：描述狀態變量的時間變化情況，在模型中用平均速率代替瞬時速率。③輔助變量：描述狀態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：指在考慮的時間范圍內變化甚微或相對不變化的參數，它可以直接或輔助形式對狀態變量或速率變量賦值。
1.2.5 系統方程式用各種方程式把模型中非正規的，概念化的結構構思轉化成正規的，定量化的數學表達式，借助于計算機模擬仿真，可以研究模型系統中的各項指標，找出存在的問題，進而確定解決問題的對策。
1.3 Vensim系統動力學軟件簡介[1]Vensim系統動力學軟件是由美國Ventana公司推出的一個可視化的建模工具，對系統動力學模型的構思，模擬，分析與優化都可以通過該軟件實現[2]。進入軟件操作界面后：①繪制因果循環圖；②創建積流圖；③輸入模型方程和參數；最后單擊按鈕,得到各種模擬仿真結果圖形。
1.3.1 Vensim建模步驟[2]①運用系統動力學原理對研究對象進行全面的系統的分析；②通過對系統的結構分析，劃分系統因子，確定反饋機制；③運用Vensim建模軟件對模型的結構構思進行圖形化，定量化，規范化；④通過計算機模擬仿真，指出研究對象的內在規律，或找出系統中存在的問題，進而修改模型；⑤對模型進行檢驗評估，找出本質特征或提出改進對策。
2因果循環圖
根據物理學原理，對于一個密閉容器中的液體，其冷卻速度與液體和環境的溫差、傳導介質的導熱系數有關[3]。將該密閉容器內液體冷卻問題這個大的復雜系統劃分為5個相互關聯的系統因子：液體溫度，液體溫度變化率，環境溫度，液體與環境的溫差，介質導熱系數。模型中體現了1個主要的正反饋環：液體溫度一+液體與環境的溫差一+液體溫度變化率一+液體溫度；根據Vensim軟件繪制出的因果循環圖如圖2。
3積流圖
首先，給定一個初始值，假設當前環境溫度N=25℃，初始液體溫度A=80℃，對介質導熱系數賦值=0.004，令液體溫度用B表示。然后編輯系統仿真變量及變量之間的相互關系式：
①液體與環境的溫差=液體溫度-環境溫度
②液體溫度變化率=介質導熱系數*液體與環境的溫差
③液體溫度= INTEG（IF THEN ELSE（液體溫度
由以上公式，進入Vensim軟件得出系統流位流率圖如圖3。
4系統仿真結果分析
由圖4可知：在介質導熱系數（0.004），環境溫度（25度）不變的情況下，密閉容器內液體的溫度在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分鐘當液體溫度B降到環境溫度N時，就不再降了，一直保持環境溫度N不變。這個結果正好與日常生活中的實際情況相符。
5結束語
通過以上這個簡單的物理現象，說明系統動力學研究事物的方便性，可行性；解決問題的實際性，可靠性。它為人們的各項分析研究節省了大量的人力，物力，財力，減少了實際實施過程中的一些不必要的浪費，對一個項目的前期策劃有很大幫助。
參考文獻：
[1]謝英亮，謝林海，袁紅萍，劉貽玲.系統動力學在財務管理中的應用 [M].第一版.北京：冶金工業出版社,2008；3-7.
關鍵詞：升降機殼體；Simulation；模態分析；瞬態動力學分析
引言
JWM系列升降機是通過蝸輪蝸桿副傳動梯形絲桿實現物體的升降，具有結構緊湊、使用靈活、性能可靠、安裝方便等特點，廣泛應用于機械加工、建筑工程、貨物升降、安裝維修等各個方面［1］。升降機殼體是升降機的關鍵部件，主要起導向和防旋轉作用。在工作過程中，殼體會受到機械負荷和沖擊載荷的共同作用［2］產生振動，不但使設備的工作性能變差，嚴重時還會導致設備無法正常工作甚至造成結構破壞［3］。課題組在給某企業做工程項目時發現，某型號升降機在工作過程中殼體出現了宏觀裂紋，為了作業安全可靠，必須進行研究分析。為了找出此系列升降機殼體產生裂紋的原因，避免進一步發生振動破壞，需對其進行動力學分析?；谟邢拊治隼碚?，利用Simulation軟件對升降機殼體進行動力學分析，分析了殼體整體的頻率、振型以及下殼體的應力應變情況，為JWM系列升降機的行程設計及殼體優化設計提供了理論參考依據。
1升降機殼體結構設計
1．1升降機工作原理及殼體結構JWM系列升降機結構簡圖如圖1所示，其工作原理為動力源驅動蝸桿旋轉，蝸桿帶動蝸輪轉動，蝸輪通過蝸輪軸帶動梯形絲桿上下運動，絲桿頂端裝有法蘭，從而拖動物體升降，其中蝸輪軸內孔為螺紋結構，與梯形絲桿構成絲桿副。升降機殼體主要有端蓋、底座和下殼體3部分組成，端蓋對軸承起到固定和預緊作用；底座的性能決定著升降機的最大負荷；下殼體與方形塊間隙配合，一是防止梯形絲桿上下運動時發生旋轉，二是對梯形絲桿起導向作用。此外，為了防止梯形絲桿上下運動時超行程，在下殼體上裝有限位開關，起限位保護作用。圖1JWM系列升降機結構1．2升降機殼體建模及簡化Simulation采用FFE（fastfiniteelement）算法技術，使得工程技術人員能夠快速對復雜耗時的工程設計進行計算分析，并且同SolidWorks無縫集成，即強大的三維建模功能和有限元分析功能共享一個數據庫，避免了將實體模型轉換格式導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化建模技術建立升降機殼體各部分的三維實體模型，然后進行整體裝配。為了保證計算的準確性，并減少計算量，對模型適當簡化，簡化模型的一般原則是在保證原有結構力學性能不發生改變的前提下［4］，省略一些螺栓孔、圓角等對動態特性影響很小的幾何特征。升降機殼體實體模型如圖2所示。
2升降機殼體模態分析
2．1分析過程模態分析是動力學分析中最為基礎的部分，是對結構和機器零部件進行無阻尼狀態下的自由振動分析，得出它們的固有頻率及其對應振型。升降機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，屈服強度極限為250MPa。在模態分析中，因振動被假定為自由振動，所以只有邊界條件起作用［5］，根據殼體的實際安裝情況施加約束條件，然后劃分網格，進行分析計算。2．2分析結果結構的振動可以用各階固有振型的線性組合來表達，其中低階固有振型對結構的振動影響較大，決定了結構的剛度，故進行結構的振動特性分析時取前5階即可。提取前5階固有頻率和振型，結果如表1所示。升降機殼體要具備良好的動力學性能，固有頻率應遠離其工作時激振源的頻率，以避免發生共振［6］。升降機殼體的激振源主要有：蝸輪蝸桿的回轉振動和嚙合振動、電機軸的旋轉振動及滾動軸承的振動。其中，滾動軸承的振動對殼體性能影響很小，可忽略不計［6］；電機主軸和蝸桿之間使用聯軸器連接，忽略聯軸器振動的影響。激振源頻率如表2所示。由表2可知，電機主軸、蝸輪蝸桿回轉振動及嚙合振動引起的激勵頻率遠遠小于升降機殼體的最低固有頻率985．65Hz，故不會導致殼體產生共振破壞。
3下殼體瞬態動力學分析
瞬態動力學分析是用于確定結構承受任意隨時間變化載荷的結構動力學響應［7］。對于線性動力學問題，動力行為由線彈性結構行為和施加的動力載荷2個特性確定，線彈性結構行為用來確定結構特征值，然后，基于結構的特征值和特征模態計算給定載荷歷程的結構動力響應［8］。瞬態動力學一般方程為：［M］｛¨x｝＋［C］｛x｝＋［K］｛x｝＝｛F（t）｝（1）［M］為質量矩陣；［C］為阻尼矩陣；［K］為剛度矩陣；｛F｝為外載荷矢量矩陣；（t）為外載荷作用時間；｛x｝為節點位移矢量；｛x｝為節點速度矢量；¨x為節點加速度矢量。3．1動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，升降機在工作過程中方形塊會對下殼體有一個動態載荷作用。在升降機啟動和換向瞬間，方形塊會對下殼體有一個瞬態沖擊載荷；升降機在啟動和換向后進入穩定工作狀態，方形塊會對下殼體有一個變化很小的力。JWM050型升降機空載時方形塊的扭矩為1．2N•m，滿載時方形塊的扭矩為25．52N•m，故方形塊總扭矩大小為26．72N•m，在瞬態沖擊載荷工況下取5倍方形塊總扭矩即為133．6N•m。根據升降機、伺服電機及實際測試的數據可知，動態變化扭矩作用的時間約為0．02s，在Simulation函數加載器中繪制出扭矩隨時間變化的線性曲線，如圖3所示。其中X軸為時間，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％，即穩態變化載荷，0．011～0．02s載荷保持不變。3．2分析設置升降機在工作過程中，可能隨時停車、啟動及換向，動態載荷工況復雜，為了減少計算量和節省時間，本節只分析升降機在啟動時（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，下殼體的瞬態動力學特性。實際應用中可以看出，下殼體最容易發生振動破壞的部位是棱角處，為了更好地了解這些部位在瞬態動載荷作用下的應力和應變情況，以下殼體上端面為原點在15mm、65mm、115mm、165mm、215mm處的棱邊上分別放置了4個傳感器探測點P1～P20，如圖4所示。3．3瞬態動力學分析對升降機下殼體在啟動時、升降高度100mm和升降高度200mm工況下進行瞬態動力學分析，提取20個傳感器探測點的應力及變形情況進行分析可以看出，①同一種工況下，P1～P4探測點（即離下殼體安裝位置最近處）等效應力最大，變形最?。籔17～P20探測點（即離下殼體安裝位置最遠處）等效應力最小，變形最大，這與實際情況相符合；②比較3種工況，啟動時工況下等效應力、變形量最大，這為升降機的行程設計提供了參考依據，行程越大啟動時的沖擊振動越厲害，行程較大時必須加防護措施；③同一截面的4個探測點等效應力、變形量基本相同，說明下殼體4個棱角的受力情況是等效的。啟動時工況下，下殼體的等效應力云圖、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力約為100MPa，主要發生在靠近安裝位置的內部直棱角處，與實際產生裂紋處相吻合；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結束語
