汽车动力学理论范文

导语：如何才能写好一篇汽车动力学理论，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：发动机原理与汽车理论;教学方法;教学改革;3+2分段培养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）43-0114-02

2012年，江苏省教育厅实施现代职业教育体系建"设试点项目，我院交通运输（汽车运用工程方向）与南京交通职业技术学院汽车运用技术专业对接，实施“3+2”分段培养，目前“3+2”分段培养班的第一批新生已进入我校开始本科段学习。在本科段教学培养方案中，《发动机原理与汽车理论》是我校交通运输系重要的专业基础课，教学内容涉及发动机原理和汽车理论两个方面，是后续的汽车检测与故障诊断、汽车试验学等课程的学习基础。由于本科段总学时所限，《发动机原理与汽车理论》课程课时仅设置32课时，因此如何最大限度地利用有限课时，在完成教学任务的基础上有效提高教学质量变得尤为重要。首先，我们针对3+2学生的学习特点和需求发放了调查问卷，进行了不记名调查，收回的有效调查问卷约为发放问卷数量的70%。为了解学生学习状态、兴趣及需求，设计的调查问卷内容涉及课程内容设置、教师授课方式等多个问题。调查问卷统计结果显示，学生比较重视发动机特性、混合气形成与燃烧等章节，认为化油器原理及发动机换气过程相对不太重要;部分学生希望教师授课中加入汽车新技术，增加课堂师生互动以及增加实践的课时;部分学生希望优化课程安排。结合问卷调查结果，我们对课程特点现状进行了如下分析并提出了相应的改进措施。

一、课程特点及其现状

1.课程安排衔接还需完善。从3+2分段培养学生与普通本科学生的课程安排来看，基础课中，3+2分段培养学生前3年与普通本科2年都有学习《高等数学》、《大学物理》、《液压传动》、《机械制图》、《电工电子机械设计》等，但是诸如《线性代数》、《理论力学》、《材料力学》、《工程热力学》等理论基础课程，3+2分段培养学生在专科段没有学习;专业课中，3+2分段培养学生在前3年的专科段已经开始学习《汽车发动机结构与原理》、《汽车底盘与原理》、《汽车电子》、《汽车故障分析与检修》、《汽车保险》、《汽车销售》、《发动机原理及汽车理论》。调查问卷显示，3+2分段培养学生在《工程热力学》知识的学习上还有所欠缺，特别是学到燃烧过程时，有关传热的内容，学生不易理解，不利于课程的讲授;3+2分段培养学生对汽车构造学习较为深入，特别是实践课较多，而普通本科侧重于理论学习和分析能力的培养;通过3+2前3年与后2年课程安排对比，我们发现3+2学生理论基础知识相对薄弱;主体专业课程相类似（《汽车保险》、《发动机原理及汽车理论》等课程前3年与后2年都有学习），但前3年授课偏重于实践操作，对理论理解深度不够。因此，课程教学内容设置与安排有待进一步整合优化。

2.课程总学时较少。交通运输工程专业《发动机原理与汽车理论》为一门课程，总课时为32课时，但是该课程包含两大部分发动机原理和汽车理论，其内容涵盖范围广，知识点多。问卷调查中学生反映该课程较难，而要在32课时内讲完整本书，又要考虑学生的接受能力也是每个专业授课教师不得不面对的重大难题。调查问卷显示，学生对混合气形成与燃烧、发动机特性等内容更有兴趣，却不想学发动机换气过程类理论描述较多的内容，授课教师可结合教学大纲及学生兴趣重点讲解，培养学生对理论课程的学习兴趣。

3.多媒体应用比重大。PPT能辅助授课教师节省大量板书时间，同时课件中的图片、视频等能生动形象地展示课堂内容，突破重难点，使学生更容易理解知识点。但是PPT所包含的信息量很大，课堂节奏要比板书授课快得多，同时利用PPT授课时，由于信息量大，教师与学生之间的互动交流会相应减少，学生注意力容易分散。调查问卷的结果统计中，我们也发现部分学生希望减少PPT的使用。因此，课程的课堂教授内容进一步优化、精简，将是利用有限课时高效授课的重点之一。

4.实践与理论结合不合理。《发动机原理与汽车理论》是一门专业基础课程，实践操作学习是课堂教学十分必要的补充。在调查问卷中，绝大多数的学生能够认识到这门课程的重要性。3+2分段培养学生在以前学校的实践操作较多，动手操作能力和对汽车构造的理解相对成熟。但在我校本科段学习的设置中，实践环节集中在学年课程即将结束时统一进行，实践环节进行时，学生一个学年学习的课程内容已经基本不记得多少，不利于学生对知识的消化和吸收，也使有些验证性内容不能及时通过实验证实，导致理论教学与实践教学脱节，影响了教学目标的实现。

二、课程教学改革

1.合理安排课程与教材。3+2分段培养的前3年课程，以实践操作能力培养为核心，专注于专业操作能力与岗位能力的对接;而后2年的课程体系总体上体现了“重理论轻实践”的传统观念，更侧重专业理论知识的学习和培养。因此，实现高职课程体系与应用型本科课程体系的衔接需要减少前3年与后2年课程安排内容上的重复，把握好课程之间的衔接。《发动机原理与汽车理论》课程内容广泛，知识点多，汽车领域新技术更新迅速，因此在课程内容符合教学大纲的前提下，精简课程重难点内容，充分利用课堂时间进行重点难点的教学和知识引导，并充分利用学生的课余时间，提高课外自学内容比例，缓解教学课时少与教学内容多的矛盾，同时也可以培养提高学生的自学能力。其次，建议3+2分段培养学生前3年的课程安排中增加数学、热力学、材料力学的比重，在专业课方面减少重复的内容，增加学生想学的与职业相对接的专业课程（如在问卷中学生提及的《汽车CAD》、《汽车电器》等）。

2.适度利用多媒体进行辅助教学。现代教学正趋向于现代化多媒体教学，但从教学的具体实践来看，依赖多媒体，实际上对学生学习课程并没有多大好处。PPT的应用加快了讲课速度的同时也带来了学生来不及理解和做笔记等问题。多媒体教学是辅助的，关键在于对课堂教学的组织，要将黑板板书与PPT的运用有机结合起来，在教学过程中要尽量地引导学生主动地学习，教师的讲解代替不了学生主动地思考问题，而教师的作用在于因势利导，在恰当的时候启发、指点、引导，这样才有利于创新型人才的培养，有利于我国向人力资源强国转变。

3.实践与理论教学结合。3+2分段培养学生在专科阶段已经基本掌握了汽车结构类知识，学习《发动机原理与汽车理论》课程时，可适当穿行实践教学环节，提高理论联系实际的能力，能更好地实现学习效果，培养学生分析能力和探索创新意识。在理论类课程的教学中，只有加深学生对知识点的掌握，才能使学生对其结构、原理彻底了解和真正认识。采用这种“学生动静结合”的授课方式，教学方式的动态化在减少教学课时数的情况下，也可以较大幅度地提高教学效率。

4.考核方式多元化。传统考核通常是考试为主的评价方式，不利于调动学生平时的学习积极性。为了端正学生学习态度，提高学习的积极性，本课程考核采用过程化评价为主的考核方式。课程按照授课内容进度，每个教学主题结束时都布置开放性作业，除平时课程作业成绩外布置一定数量思考题，让学生以学习报告的形式汇报。同时，课外作业的内容因学生而异，做到每个学生都需要通过自己对题目相关信息进行搜集后，通过适当的分析和整理才能完成。这种差异化作业布置，有效降低了学生相互参考抄袭的程度。此外，在上课过程中加强与学生的互动，采取及时获取学生对知识点掌握情况的考核方式。课程考试则主要针对基本的知识点是否全面掌握进行考察。考核方式多样化有利于教学质量的提高，有利于学生复杂计算能力、实际操作能力和综合能力的提高。

三、结束语

课程教学改革是学校适应现代教育发展的必经之路。《发动机原理与汽车理论》课程教学改革的核心应有利于学生就业以及科学研究，有利于培养学生独立解决问题能力，有利于加强学生创新思维和实际创新能力。本文针对3+2分段培养学生的学习特点和需求，通过合理安排课程与教材、适度利用多媒体进行辅助教学以及增加实践教学和考核多样化，从而探索适应本课程特点的教学方法，将理论和实践相结合，为培养适应时代潮流的高素质人才发挥应有的作用，加快我国向人力资源强国目标迈进的进程。

参考文献：

[1]刘晓红.高职本科“三二分段”培养模式下课程衔接策略研究[J].中国职业教育，2014，（35）：93-96.

[2]赵国柱，姚静.“发动机构造与原理”课程实验教学改革[J].实验室研究与探索，2009，4（28）：137-139.

[3]武和泉.李岳林.发动机原理课程教学改革的探索与实践[J].中国科教创新导刊，2011，（16）：62-63.

Engine Theory and Teaching Reform of Automobile Theory

ZHANG Ying，SUN Ning，ZUO Fu-shan，ZHANG Yong-hui，LIU Yan

（School of Automobile and Traffic Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing，Jiangsu 210037，China）

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关键词：动力学；交通风险；危险源；静摩擦力；质心运动

中图分类号：U452

文献标识码：A

文章编号：1009-2374（2012）19-0021-02

人类发展的历史，实质上是人类征服自然、改造自然，不断积累、不断进步的过程，在这个漫长的过程中，人类一直在与危险进行抗争，从最初的生存竞争，到后来规避各种各样的伤害，可以说，风险无处不在。那么，如何提高生存能力、防范风险自然就成为一个永恒的话题。

不断地积累、总结形成的各种安全理论，是防范系统性风险的有效手段，但是由于受个体差异、环境多样化等因素的影响，业已形成的安全理论有时会让人觉得很遥远，因此，加强个体风险意识，提高风险识别、防范能力对于降低伤害同样重要，毕竟几乎每起伤害都与“人”这一特殊个体

有关。

运动是绝对的，相对运动也是最普遍的，而由于相对运动造成的伤害也是最多的，因此，文章重点从动力学角度来分析交通风险危害的原因，以期对人们识别及防范风险有所借鉴。

1　危险源分类

危险源是指可能造成人员伤害、职业病、财产损失、作业环境破坏的根源或状态。危险因素是指能造成人的伤亡和物的突发性损坏或影响人的身体健康，导致疾病，对身体造成慢性损坏的因素。

安全科学理论根据危险源在事故发生发展过程中的作用，把危险源划分为两大类。

根据能量意外释放理论，能量或危险物质的意外释放是伤亡事故发生的物理本质。于是把生产过程中存在的，可能发生意外释放的能量或危险物质称作第一类危险源。为了防止第一类危险源导致事故，必须采取措施约束、限制能量或危险物质，控制危险源。

正常情况下，生产过程中的能量或危险物质受到约束或限制，不会发生意外释放，即不会发生事故。但是，一旦这些约束或限制措施受到破坏或失效（故障），则将发生事故。导致能量或危险物质约束或限制措施破坏或失效的各种因素称作第二类危险源。第二类危险源主要包括物的故障、人的失误和环境因素。

危险源是一种客观存在，之所以确定为危险源，是因为它可能对其影响范围内的人造成伤害，那么，识别出危险源，了解其造成危害的原因和规律，对于防范风险、降低伤害至关重要。

在交通风险中，车辆是最大的危险源，它可能对驾乘人员本身、行人及其他车辆造成重大伤害。

2　常见交通风险的动力学原理

任何交通风险都有其力学本质，下面利用动力学原理对几种常见交通风险进行分析。

对于一辆行驶的汽车本身，可以将其作为一个质点系，由质心运动定理可知，其内力不影响质心的运动。汽车发动机中气体的压力是内力，虽然这个力是汽车行驶的原动力，但是它不能使汽车的质心运动，汽车质心的运动还需要依靠一个外力的作用。事实上，汽车发动机中的气体压力推动汽缸内的活塞，经过传动机构，将力矩传给主动轮。如果车轮与地面的接触面摩擦系数足够大，那么地面对车轮作用的静摩擦力就是使汽车的质心改变运动状态的外力（FA）；如果地面光滑，静摩擦力克服不了汽车前进的阻力（FB），那么车轮将原处不动，汽车不能前进。当然，静摩擦力（FA）的大小与汽车发动机自身的输出力矩有关。当静摩擦力（FA）的方向发生变化时，汽车质心的运动方向也会随之变化，这也是汽车转向的力学原理。

了解了汽车运动的原理，那么就可以通过分析静摩擦力这一外力来控制交通安全风险。汽车行进路线上的一切可能影响静摩擦力变化的因素，都可能成为影响汽车安全行驶的外因：（1）雨天行驶，湿滑的路面会降低车轮与地面的静摩擦力（FA），同时也会降低紧急制动时的静摩擦阻力（FB），延长制动时间；（2）当汽车因正常行进路线上的异常或因急打方向造成爆胎，该轮胎与地面接触面的静摩擦力因正压力和摩擦系数均瞬间降低，致使各驱动轮因静摩擦力（FA）不平衡而产生平面转动力矩，当这个力矩足够大时，会导致汽车在路面上水平转动，横向移动时，车轮与地面静摩擦力（FA）瞬间快速增大，由于静摩擦力（FA）作用点不在汽车质心上，因而形成转动力矩，当这个力矩足够大时，汽车就容易发生侧翻，造成重大事故；（3）汽车高速行驶时，遇前方有紧急情况，驾驶人员一般都会采取紧急制动，此时车轮与地面的静摩擦合力（FA－FB）方向与汽车运动方面相反，使汽车惯性前进状态发生改变，在汽车自重不变，摩擦系数基本不变的情况下，如果车速过快，制动时间就会延长，很容易直接造成碰撞事故；（4）当车辆转弯时，会产生离心作用，离心力的大小与车辆行驶速度、总质量和转弯半径有关，车辆总质量越大、行驶速度越快、转弯半径越小，离心力越大。车辆转弯的同时，地面对车辆产生一个向心摩擦力。当向心力小于离心力时，车辆将产生侧滑，严重时会侧翻。

通过上述动力学分析，可以解释交通安全管理的几点经验：（1）雨雪天要降低车速；（2）注意观察行进路线的路况及行人，遇异常提前采取措施，避免猛打方向；（3）爆胎时，尽量保持方向平稳；（4）降低车速，保持车距（制动距离）；（5）转弯时尽量降低减速，尽量加大转弯半径。

以上是用动力学原理对交通风险进行的分析，由于交通事故原因多种多样，因此，文章只是将汽车作为一个没有缺陷的质点系进行理想化分析，即排除其他一切异常因素，单从理论力学角度对主要交通风险成因进行动力学分析，以便使驾乘、行人和安全管理人员对交通风险有一个更深入的了解，做到“知其然，知其所以然”，提高风险意识，并正确驾驶，有效防范交通风险。当然，其他风险也同样可以采取类似方法进行原理性分析研究，篇幅有限，不再一一赘述。

参考文献

[1]　哈尔滨工业大学理论力学教研室．理论力学（第4版）

[M]．北京：高等教育出版社，1982．

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目前我国汽车销量位居全球第一，汽车产业已然成为国民经济的支柱产业，并且仍在高速发展。日益激烈的市场竞争要求企业在能够在最短的时间内以较低的开发费用设计出性能优良的汽车产品，这对国内汽车企业的设计方法和设计手段提出了新的要求。传统设计方法采用“经验设计－试制－反复试验和修改－定型”的设计流程早已不适应当前市场，而多刚体动力学仿真技术的应用则可以满足各车企对高效和低成本的要求。其大致过程是在样车（物理样机）设计出来之前，即可对其性能进行预测，以进行可行性研究和优化设计。本文针对汽车设计中多刚体动力学仿真技术的应用进行探讨，共分为五部分。第一部分简单介绍多刚体动力学仿真技术在汽车设计中的应用情况；第二部分介绍了利用ADAMS软件进行动力学仿真的过程；第三、第四部分围绕汽车多刚体动力学模型的建立、模型验证进行深入讨论；第五部分对多刚体动力学仿真在汽车领域的进一步完善进提出了合理化建议。

关键词：

多刚体动力学；虚拟设计；仿真试验

1多刚体动力学仿真技术的介绍

多刚体动力学并不等同于多体系动力学，二者是包含与被包含的关系，多体系动力学包括刚体与柔体两部分。多刚体系统通常由多个刚性物体组合在一起。多刚体动力学的发展源于经典力学与计算机的结合，在发展过程中再融合汽车设计等学科，使其在汽车设计中发挥重要作用。动力学系统仿真的重点是虚拟样机技术，虚拟样机设计是根据各种设定参数及附加条件构一种计算机模型来模拟真实样机测试几何、动力或功能方面的特征，然后再根据测试结果将虚拟样机进行改善。传统产品的开发流程从概念设计到产品定型需要经过详细设计、制造物理样机、物理样机测试等多个过程。物理样机测试发现问题后又要修改设计，重新制造样机，再重新进行测试，如此多次循环之后才能将产品定型。而虚拟样机技术中的样机测试避免了制造物理样机的过程，从测试到发现问题，修改设计等完全可以在计算机上进行，从而简化了开发过程，大幅缩短了周期减少了开发成本。多刚体动力学仿真即是针对多刚体动力学系统通过构建虚拟样机模型来测试设计产品，并根据测试结果进行优化完善。其在汽车设计领域的广泛应用，极大地促进了汽车工业的发展。多体动力学仿真软件ADAMS曾经为“美国福特汽车公司”节省了10亿美元的开发制造成本。这很好地解释了多刚体动力学仿真为何在汽车领域被广泛应用。

2利用ADAMS软件实现多刚体动力学仿真过程

多刚体动力学仿真需要使用一些专业软件，在汽车领域最著名的仿真软件是由美国MSC公司开发的ADAMS软件，本文以该款软件为例，介绍多刚体动力学仿真的实施过程。利用ADAMS软件来进行多刚体动力学仿真一般要依次经过一下步骤：建模、测试、验证、完善模型、反复仿真、优化、自动化。“建模”即在建好的几何模型上根据需要加以约束条件，完成虚拟样机模型。“测试”是对建好的模型上进行运动学仿真，得到力与速度方面的信息。“验证”是通过对比分析数据来确定模型是否需要改进。“完善模型”是指在模型中定义某些参数，使模型更接近真实情况。“反复仿真”使模型参数化，定义相关变量。“优化设计”对设计产品设置人为控制参数，进行优化分析，寻求最佳设计方案。“自动化”可以设置一些重复性工作的自动进行，提高工作效率。

3对整车虚拟样机模型建立的探讨

建立整车虚拟样机模型时，研究对象是汽车整体而不是某一部分零件或系统，建模时要考虑车身、悬挂系统、转向系统、轮胎与制动系统等子系统模型的有机结合。这里只探讨多刚体理论的应用，除了连接衬套等部分，将其余部分可以抽象为理想刚体，忽略各构件的形变且不考虑轮胎等柔体系统。对整车建模主要反映的是汽车操纵的平稳性与平顺性两个方面的问题。汽车操纵稳定性是指在驾驶员的正常操作下,当汽车受到外界条件变化干扰时,汽车保持稳定性的能力。汽车平顺性是指汽车所运载的人或物，在坑洼等不良路面上减少因振动而受到损坏的能力。汽车整体动力学模型是在ADAMS/CAR中建立起来的，在实际模型的建立过程中，影响模型分析精度的主要因素是参数的精度与数量。从理论上讲，所考虑的影响模型计算精度的因素越多，模型越接近于真实情况。虽然接近程度增加了，但同时模型复杂度和仿真计算的初始参数也增加很多。而有些初始参数不易获得或者缺少准确数据，这样又会造成仿真计算结果精度的降低。所以建模过程中应该在满足研究要求的情况下将模型进行合理简化。

4对模型验证的探讨

整车虚拟样车模型建立之后，将所得数据与实车进行对照，通过对比分析仿真模型计算结果与实车数值，来证实仿真模型。且在仿真过程中，以实车试验数据作为仿真输入，来增强仿真结果与实车的可比性，从而有效验证模型的精确度等相关问题。模型验证有角脉冲输入试验验证、蛇形试验验证、转向角轻便性试验验证、转弯制动试验。转向角脉冲输入试验验证的是汽车瞬态响应特性，具体做法是保持汽车油门开度不变，使汽车按最大速度的70%直线行驶，给转向盘转角输入一个三角脉冲后迅速恢复原状并保持不动，记录车身的横摆角速度等晃动状态。蛇形试验是用来验证汽车行驶稳定性和乘坐舒适性。转向轻便性试验与转弯制动试验验证的都是转向系统的工作情况。将模型验证的结果与实车实验数据相比，虚拟样机的试验结果与实车相似程度足以满足研发要求。从模型试验的过程和结果可以发现，在模型试验时使用与样机类似车型的已有试验数据作为仿真输入，可以大大增强仿真结果与实车试验的可比性，而据此所构建的多刚体模型能够更有效地反映所设计汽车的动力学特性。

5多刚体动力学仿真技术在汽车设计领域中的进一步完善

从上世纪70年代至今，多体仿真技术一直在发展完善，汽车的动力模型由简单变复杂，自由度由少到多，仿真技术从计算机模拟到数字仿真，使多刚体动力学仿真能够更进一步地服务于汽车行业。目前，在汽车动力学研究中对柔体系统仿真较少，随着计算机技术的发展，多刚体动力学仿真将逐步大量融入柔体系统的动力学研究。刚体动力学的仿真再加上对关键部件柔性特征以及结构柔性对车辆动态性能影响的考虑，将大大增加模型的通用性与真实性。对于模型参数，车辆模型的参数化程度将进一步提高，使之能够成为该类汽车的一个通用“整车动力学仿真平台”，有助于快速高效地分析不同参数的同类型车辆的重要动力学性能。对汽车整车性能分析（如操纵稳定性、平顺性分析）时，将进一步考虑结构变形刚度影响，而不是简单地进行结构刚性简化，此外还要进行整车非线性系统分析，以达到动态参数设计的目标，进一步提高模型的精度。进行动力学仿真时还将逐步考虑人员对车辆控制的影响，建立和完善车辆的动力学建模及仿真输入的驾驶员模型，建立“人－车－环境”闭环控制系统。

6结语

随着计算机性能的提高以及各种软件技术和数学算法的进步，虚拟设计技术（VirtualDesign）也得到了快速发展并逐渐成熟，已被用于各种不同行业。其中，虚拟设计技术中的多体动力学仿真技术已经被广泛应用到工程机械、国防工业、汽车工业等领域。尤其是在汽车制造业，多体动力学仿真技术的应用，使汽车的设计开发与传统设计流程相比，设计经费与周期等都得到大幅下降。本文根据实际的多刚体动力学仿真经验，提出的一些关于ADAMS软件仿真过程中“整车虚拟样机模型建立”、“模型验证”相关问题的探讨，以及针对汽车设计工作中多刚体动力学仿真技术的进一步完善所提出的合理化建议，将促进该技术更好的服务于汽车领域。

作者：李璐伶 单位：扬州盛达特种车有限公司

参考文献

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[关键词]锂电池pack；结构；仿真；FEA

中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0106-01

1 仿真在电池系统中的作用与意义

结构仿真即有限元分析（Finite Element Analysis，FEA），它利用数学近似的方法对系统对象进行模拟，其做法是将结构划分成有限个相互连通的子区域，即单元，用有限数量的单元去逼近真实的系统，将复杂系统简化后求出近似解，因而这种近似解能满足工程应用的需求。

电池系统Pack作为电动汽车的“心脏”，须保证其在设计寿命周期内既能提供持久稳定的动力，又不能存在安全隐患，要在低成本和短时间内确保电池系统机械结构性能满足要求，就要采用结构仿真，仿真分析大致可以归结为以下几点：第一，对结构进行拓补优化，指出哪里需要布置材料，哪里不需要布置材料，确保概念设计的初期使设计朝着正确的方向推进；第二，能及时地发现结构存在的强度和刚度问题，并给出优化的方向；第三，能够确保认证测试一次性通过，缩短开发时间和节约开发成本。

2.基础知识和常用仿真工具介绍

2.1 仿真工程师必备的知识

在电池系统设计中，要灵活有效地运用结构仿真技术，结构仿真人员至少应具备以下三个方面的技能和经验：

1）坚实的理论基础，包括力学理论和有限元理论。

2）必要的程序使用经验，对常用的商业有限元分析程序能够熟练应用。

3）丰富的工程实践经验。对于不同的问题能够进行简化，并能够反映实际问题，结合自己累积的工程经验对分析的问题给出判断和方案。

2.2 热流体仿真软件介绍

目前主要的有限元软件有很多种，在汽车行业比较常用的仿真软件有ANSYS系列产品，Hyper Works系列产品，MSC系列产品、Abaqus软件等。

3.电池系统仿真分析的基本理论

3.1 静力学分析

静力学分析是电池系统仿真分析中使用频繁的手段，主要用于求解与时间无关或时间作用效果可以忽略不计的载荷响应（如集中力、强制位移、重力加速度、温度等）。

在静载作用下，结构的受力状态可以描述为以下公式：

式中，K为结构的刚度矩阵；U为位移矩阵向量；P为作用在结构上的载荷向量。

此方程实际上是外力和内力的平衡方程。

一般在评价电池系统结构和刚度时会采用静载荷分析，主要要求在1g和3g加速度工况下，电池系统的最大变形量分别不能超过1mm和3mm。

3.2 模态分析

模态分析是研究电池系统结构最常用的方法。模态是电池系统的固有振动特性，电池系统结构在特定频率下的变形形式即为振型，该特定频率是电池系统结构的固有频率。对电池系统结构进行模态分析，就能够知道每个轴向对应的共振主频，就可以与振动功率谱密度（PSD）曲线对比，从而大致判断结构在该振动PSD下振动相应是否会导致结构发生疲劳失效。

模态分析实际上就是解自振动结构的平衡方程，求特征值。具体的方程式如下：

（K-λM）X=0

式中，K为结构刚度矩阵；M为质量矩阵；λ是特征值矩阵。实际中模态分析通常不考虑阻尼效应。求解特征值问题可以得到n个特征值λi，向量X是与特征值对应的特征向量，这些特征值向量构成一个线性空间的一组正交基，一个有限元模型的任意变形都可以由这组基的线性叠加来表达。得到λi后可以根据下式求得自然频率fi：

模态分析的主要作用：获得电池系统结构的共振主频及阵型，用于振动测量和结构动力学分析，可以基于模态试验的结果来修正仿真模型，使简化模型与实际系统更为接近，也可基于模态分析结果来指导测试传感器的布置，其他后m的动力学分析都可以在模态分析结构的基础上进行。

模态分析对于电池系统来说尤为重要，电池系统的振动性能在很大程度上会影响整车的NVH和疲劳性能。因此电池系统在设计时需要避开路谱载荷里面的共振频率点，尽可能提高电池系统的一阶固有频率和一阶共振频率。GM对电池系统的第一阶频率要求大于30Hz，而基于GMW16390的台架试验，要求一阶共振频率大于35Hz。

3.3 随机振动分析

当结构受到不确定性的连续载荷激励时，其振动规律不能用确定性函数来表示，只能用概率和统计的方法来描述，这种振动被称为随机振动。

汽车行驶时，路面的凹凸不平造成电池系统经历这种随机振动的载荷工况，通过采集路谱信息只能得到时间历程的样本函数，需将其转化成和概率有关的函数，如功率谱密度（PSD）函数。

PSD是电池系统结构在路谱载荷激励下响应的统计结果，其PSD的形式一般是加速度功率谱密度。本文所述的路面激励随机振动都服从正态分布，数学上，PSD的关系曲线下的面积就是方差，即响应标准偏差的平方值。

（1）随机振动激励分布规律

汽车在路面行驶所受到的路面载荷激假设服从高斯正态分布，高σ激励发生的概率很低，基于这个特点，在实际计算中一般取3σ为计算的上限。

高斯正态分布具有一个重要属性：如果高斯正态分析激励作用在线性系统上，则输出的激励仍然服从另外一个高斯正态分布，因此随机振动计算出来的应力、位移、速度、加速度都是统计值。

（2）随机振动的基本理论

设平稳随机过程X（t）的自相关函数为Rxx（τ），其傅里叶变换存在，记为

式3-3经过傅里叶变换，考虑两平稳随机过程X（t）和Y（t），定义出互功率谱密度，再经过逆傅里叶变换，最终推导出响应X（t）的均方根可表示为式3-4：

频率响应问题可通过直接法或者模态叠加法来求解。总的谱密度响应是所有单独载荷工况和交叉载荷工况引起的功率谱密度之和。

（3）结构动力学分析

结构动力学分析是在时域内计算结构在随时间变化的载荷作用下的动力响应。非线性显示动力学分析通常采用中心差分算法。这种算法具有二阶精度，在求解有限元控制方程时，只需要在各个时刻点上直接进行计算，不需要在时间步长内迭代，将总的计算时间分成若干步，这样可得到一个求各个离散时间点处解的积分递推公式。

4 结论

本文从电池pack设计结构仿真入手、对结构仿真的基础知识和常用结构仿真工具进行了介绍，并深入分析了结构仿真的基础理论，为Pack的结构仿真设计分析提供了一种思路和方法，对于电池pack的结构仿真设计具有参考意义。

参考文献

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【关键词】外商投资 企业种群 合法性

外商进入中国市场的容易与否，以及日后经营的成功与否，除了与本身自身的竞争力，企业文化价值有关，还必须考虑东道国的经济、文化、政治因素，另外，还有所在区域人民的认同感。从组织生态学的理论出发，这是外商争取其合法性的过程。外商一旦成功获取其合法性，便可以依法设立及正常经营。在此，本文结合组织生态学中合法性的定义及特点提出影响外商进入合法性的因素：一是外商直接投资的数量和质量；二是本地公众的认同感。

中国于2010年12月开始对在华外商投资企业、外国企业及外籍个人征收城市维护建设税和教育费附加。这意味着中国境内所有内外资企业统一了全部税制，外资享受“超国民待遇”的时代正式终结，一视同仁的市场环境将让内外资企业在同一平台上展开公平竞争。因此，如何保持外商直接投资的合法性，或者说如何避免外企在华失去合法地位，将是今后的外企经营战略的调整的着重点。

一 外商直接投资的影响因素及其战略选择

1.外商直接投资的数量和质量；

中国吸引外商直接投资的方式主要有三种：中外合资企业、中外合作企业和外商独资企业。其中，中外合资方式因其不但能够推动国内企业的技术进步，通过技术外溢等途径达到带动国内同行业企业的技术升级的目的，而且还可为企业技术改造提供新的资金来源，同时还可以培养人才等种种原因在早期得到了较为普遍的应用。

2.外商获取合法性在数量上的策略

Suchman 提到，“合法性是一种认知及假设，其认为及假设企业的行为在某个规范，信念，以及认知的社会构架系统下是理想的，合理的，或者合适的”（1995）。所以外商直接投资必须考虑其合法性。外商直接投资在数量上可以体现为以下两点：投资额的数量和网点铺设的数量。根据生态学中种群密度理论，种群密度与组织设立率呈倒U型关系。在各大型超市兴起之前，超市行业合法性大于竞争性，随着超市的进一步增多，当地的配套设施及鼓励政策为个体营造更好的设立条件和机会，超市数量进一步加强。但如果数量继续发展，就是说具有生态位相近的个体数量继续增加，它们对于有限资源的争夺必定加强，例如，在超市行业，当各家超市在某地区的密度不大时，合法性效应大于竞争性效应，各家企业占领某地区一个地段，这样，它们之间不会有明显的资源争夺，当超市的数量到达一定程度，竞争程度加强，合法性减弱，新个体进入市场变得困难。

3.外商获取合法性在质量上的策略

最新的统计数据显示，外商对华投资累计设立企业近69万家，实际使用外资超过1万亿美元，中国连续17年位居发展中国家之首位。过去近30年，在华外资获取了巨额利润。在当前全球需求结构发生重大变化的情况下，中国市场将是世界市场扩容的主要增长空间。例如，广州开发区汽车产业（贸易）基地规划面积约20平方千米，计划总投资55亿元。为广州三大汽车产业基地之一，是广州东部汽车及零部件生产和出口的重要载体。基地主要由整车企业、零部件企业与汽车配件用品全球采购港组成，现有汽车整车生产和配套企业超过118家，总投资额超过19亿美元。外商企业在华直接办厂，不单可以通过其先进技术带来规模效应，并且还能够加速周边配套产业的建立，带动同行业不同层次的企业种群发展，降低流通成本，实现共赢。

4.本地公众的认同感

外商除了在自身生产经营管理上作改进，还应重视所在地区公众对企业的看法，这对争取合法性大有裨益，而普遍社会学中的认同感来自于公平感。因此，构建企业制度公平，用工公平，肩负起企业必要的社会责任，对企业来说十分必要。宝洁公司携手中国青少年发展基金会支持希望工程始于1996年，15年来，宝洁和中国青基会及其地方实施机构紧密合作，共同为农村贫困地区基础教育事业添砖加瓦。截至2011年3月，宝洁已累计向希望工程捐款6100万元人民币，其中包括宝洁全球公益基金捐赠的1226万元。

二 结语

基于组织生态学种群动力学理论，本文基于影响合法性的因素（一是外商直接投资的数量和质量；二是本地公众的认同感），通过案例试说明外商在华投资获取其合法性的策略，即提高外商直接投资的数量与质量，并且关心公众的认同感，从而获得良好的外部环境，使其获得长期的合法性地位。

参考文献

[1]彭璧玉.组织生态学理论述评[J].经济学家，2006（5）

[2]彭璧玉.生态学视角的产业组织设立理论研究[J].学术研究，2007（3）

[3]邱艳琪.跨国公司直接投资与中国环境管制的博弈分析[J].中南财经政法大学研究生学报，2010（2）

[4]阮建青等.危机与制造业产业集群的质量升级―基于浙江产业集群的研究[J].管理世界，2010（2）

篇6

[关键词]：变速器 虚拟样机 仿真分析

1Pro/E软件模型的建立

ADAMS环境下需要借助外界CAD软件建立变速箱模型，本文采用Pro/Engineer软件对建立的变速箱模型进行结构分析。

应用Pro/E软件建立与实物相对应的变速箱三维实体模型，在利用多体动力学仿真软件ADAMS与Pro/E之间接口MECHANISM/Pro将所建立的三维实体模型传送到ADAMS/View模块中。根据各子系统工作原理在MSC.ADAMS平台上施加合理的约束，并建立各子系统虚拟样机，保证传动系统虚拟样机与真实样机的工作原理相一致。

Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统的 CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作。换句话说，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上，以确保所有的零件和各个环节保持相关性和协调性。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。

2虚拟样机模型的建立

变速器位于传动部分中央，由箱体、主动轴总成（包括一级锥齿轮传动）、中间轴总成（包括中间轴和各级变速齿轮的主动齿轮）、主轴总成（包括主轴和各级变速齿轮的被动齿轮）、倒挡轴总成和换挡机构组成。由于变速箱子系统具有6个挡位，一挡、二挡、三挡、四挡、五挡及倒挡，因此本文根据变速箱的工作原理建立了与6个挡位对应的虚拟样机，建立变速箱子系统各挡位相对应的虚拟样机。这样对变速箱进行研究时就更具有针对性，根据不同工况采用不同的虚拟样机。利用ADAMS进行组装，并根据各个部件之间的运动约束关系，在刚体上添加不同的约束和相互的接触力作用，得到了变速箱的虚拟样机模型。针对建立好的虚拟样机在ADAMS平台上进行样机的校核验证。

3ADAMS中虚拟样机模型的仿真

ADAMS软件是美国学者蔡斯（Chace）等人利用多刚体动力学理论，选取系统内每个刚体的质心在惯性参考系中的三个直角坐标和反映刚体方位的欧拉角为广义坐标编制的计算程序。ADAMS软件中应用了吉尔（Gear）等解决刚性积分问题的算法，并采用稀疏矩阵技术提高了计算效率。

ADAMS软件采用模拟样机技术，将多体动力学的建模方法与大位移、非线性分析求解功能相结合，并提供与其它 CAE软件如控制分析软件 Matrix，有限元分析软件 NASTRAN等的集成模块扩展设计手段。用户利用ADAMS软件可以建立和测试虚拟样机，实现在计算机上仿真分析复杂机械系统的运动性能。目前ADAMS软件在汽车、航天等领域得到广泛的应用。

ADAMS使用交互式图形环境和部件库、约束库、力库，用堆积木式的方法建立三维机械系统参数化模型，并通过对其运动性能的仿真分析和比较来研究“虚拟样机”可供选择的设计方案。ADAMS仿真可用于估计机械系统性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的载荷输入。利用 ADAMS软件，用户可以快速、方便地创建完全参数化的机械系统几何模型。该模型可以是在 ADAMS软件中直接建造的简化几何模型，也可以是从其它CAD软件中传过来的造型逼真的几何模型；然后，在几何模型上施加力/力矩和运动激励；最后执行一组与实际状况十分接近的运动仿真测试，得到实际机械系统工作过程的运动仿真。

本文以6挡变速箱虚拟样机为例，利用ADAMS提供的模型校核验证工具，对所建立变速箱子系统进行模型验证，其验证结果为：6挡变速箱子系统在给定速度下运行时，是按照给定的速度行驶，所建立模型没有多余约束，模型验证成功。同样，对其余5个挡位的虚拟样机子系统模型进行验证，保证所建立的虚拟样机不存在多余约束，说明模型验证成功。

由于变速箱子系统的结构比较复杂，在整个传动系统中占有重要地位，因此对建立的变速箱虚拟样机进行仿真分析。通过对仿真分析的结果的分析，可以得出以下的结论：变速箱系统6挡位虚拟样机可以完成初速度给定情况下的稳态动力学仿真试验，并且根据6挡位虚拟样机所得到的挡位传动比，与设计的传动比之间相比误差很小，因此可以确定所建立变速箱系统五挡位虚拟样机模型是精确合理的，可以代表其传动系统物理样机并进行仿真试验。

4结果分析

应用变速箱各子系统相对应的三维实体模型，利用接口技术基于ADAMS仿真平台软件建立了与实物样机相对应的虚拟样机，并对各子系统虚拟样机模型进行了样机验证校核，以保证所建立的虚拟样机的合理性。通过对所建立好的变速箱各挡位虚拟样机在给定初始条件作用下进行动力学仿真，通过仿真分析，表明仿真结果与试验结果有良好的一致性。初步验证了变速箱虚拟样机与真实变速箱实验的一致性，可以用本文所建立的变速箱虚拟样机来代替实物样机对其进行试验。为进行磨损失效周期确定、疲劳寿命预测及动态结构优化等方面研究奠定了基础，为下一步对传动系统进行系统性能分析和虚拟试验研究打下坚实可信的基础。

5结论

应用ADAMS，进行建模、仿真分析，对比仿真结果和试验结果，验证了模型的可靠性，为今后对变速箱故障进行疲劳寿命及结构优化分析提供载荷数据。通过虚拟样机在进行动力学仿真时的6挡位虚拟样机所得到的挡位传动比，与设计传动比之间相比，其误差很小，因此可以用本文所建立的变速箱虚拟样机来代替实物样机对其进行试验。

参考文献：

[1]陈立平，张云清，任卫群.机械系统动力学分析及 ADAMS应用教程.北京：清华大学出版社，2005.21～24.

[2]陈立平，张云清，任卫群.机械系统动力学分析及 ADAMS应用教程.北京：清华大学出版社，2005.76.

[3]张旭，毛恩荣.机械系统虚拟样机技术的研究与开l.中国农业大学学报，1999，4（2）：94～98.

[4]郑凯胡仁喜，陈鹿民.机械设计高级应用实例.北京：机械工业出版社，2006.6～8.

[5]王国强，张进平，马若丁.虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践.西安：西北工业大学出版社.2003.1～50.

[6]李军，刑俊文，覃文洁.ADAMS实例教程.北京：北京理工大学出版社，2002.

篇7

（一）在建筑材料方面的应用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

（二）在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。

（二）在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、在生物大分子体系研究中的应用

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1

[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717

[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262

[10]SatoruK,MikioW,ShinighiK.ElectrochimicaActa1998,43(21-22):3127

[11]麻明友,何则强,熊利芝等.量子化学原理在锂离子电池研究中的应用.吉首大学学报,2006,27(3):97.

篇8

【关键词】汽车倒车；模糊控制；仿真系统；MFC

利用模糊控制集合理论，把人的控制策略的自然语言转化计算机能够接受的算法语言所描述的控制算法，不仅能实现控制，而且能模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效地控制.本文利用VC++编写模糊控制器并通过MFC编写仿真界面。实验表明通过模糊控制汽车的行驶方向，能够顺利到达最终地点，并且轨迹平滑，路径合理。

1.模糊控制器基本结构分析

模糊逻辑控制，是一种基于模糊数学理论的新型控制方法。

（1）模糊化接口：测量输入变量（设定输入）和受控系统的输出变量，并把它们映射到一个合适的相应论域的量程，然后把精确地输入数据被变换为适当的语言值或模糊集合的标识符。

（2）知识库：涉及应用领域和控制目标的相关知识，它由数据库和语言（模糊）控制规则库组成。数据库为语言控制规则的论域离散化和隶属函数提供必要的定义，语言控制规则标记控制目标和领域专家的控制策略。

（3）推理机：是模糊控制系统的核心，根据模糊输入和模糊控制规则，模糊推理求解模糊关系方程，获得模糊输出。

（4）模糊判决接口：起到模糊控制的推断作用，并产生一个精确的或非模糊的控制作用。

2.汽车倒车模糊控制器构建

（1）根据经验产生模糊控制策略。

当距离比较远的时候，应当努力调整小车的正向（朝前轮的轴向方向），使之与终点到连线的方向一致（即减小α的值），同时应当减小汽车实际的正向与最终要求正向（90°）的夹角β。

当距离比较近的时候，应当努力减小汽车与终点水平位置的偏差，同是减小汽车实际的正向与最终要求正向（90°）的夹角β。

（2）模糊控制专家经验简化如下：

当距离近时：；当距离远时：。

由于θ的计算比较复杂，我们可以将θ的计算过程放在模糊推理系统之外完成。先计算出θ1（对应远距离）和θ2（对应近距离），再将θ1和θ2根据远近的模糊感念来进行模糊综合。对于距离D，我们通过汽车的坐标计算出来：D=（X2+Y2）1/2。

（3）建立T-S模型的模糊推理系统。

3.汽车仿真系统构建

3.1 仿真模型构建

在实际的倒车中，当我们把汽车倒入车库时，首先要估计一下车位的位置和车的相对位置（如左前方，距离远近等），然后分析判断，确定一个行驶的方向进行倒车。当确认汽车完全进入车库后，倒车结束。代替人控制，模糊控制汽车倒车的工作流程如图1所示。

由此得出建立汽车仿真模型需要几个模块：模糊控制模块、汽车模块、动画显示模块等。

3.2 汽车模型

根据汽车的动力学方程构造汽车的模型：

其中：v为卡车的速度，l为卡车的长度。

4.系统的仿真及性能分析

在这里可以看到汽车在各个位置开始倒车时的运动轨迹及能否顺利到达车库。仿真图形如图2、图3、图4所示。

通过仿真实验可以发现，汽车距离远、近都可以顺利地到达车库。模糊控制汽车倒车具有汽车行驶轨迹呈光滑的弧线、控制良好的效果。这说明模糊控制汽车倒车是可行的，成功地解决了倒车后视不良的问题，相对于人控有着很大的优越性。

参考文献

[1]吴小莉，林哲辉.MATLAB辅助模糊系统设计[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.

[2]杨智，杨李成.在MATLAB语言中间实现C语言链接[J].甘肃工业大学学报，1998（12）：56-60.

[3]D.Nyuyen and B.Widrow The Truck Back-Upper An Example of Self-Learning in Neural Network.Proc.Int.Joint.Conf.Neural Networks.June，1989：357-363.

篇9

复杂的“表面”

物质的两相之间密切接触的过渡区称为界面，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。在相界面上所发生的一切物理化学现象统称为界面现象或表面现象，而研究在表面上所发生化学反应过程的科学称为表面化学。

表面并不简单，实际上，发生在固体表面的反应非常难以研究。对于相对简单的气相反应体系，往往只涉及到反应分子之间的碰撞和相互作用。但是，在对固体表面发生的化学反应进行描述时，人们还必须同时对反应分子与固体表面的相互作用，以及固体表面结构的影响进行深入了解。

早在19世纪末，以朗缪尔为代表的物理化学家已经充分认识到固体表面的结构对诸如吸附、催化和电化学反应过程的重要影响，并陆续提出了一些重要的理论和假设。但是，由于表面研究的特殊性和复杂性，在精确的实验和系统的理论方面一直没有出现重大突破。

20世纪60年代，由半导体工业发展出的真空技术促成了现代表面化学的诞生。埃特尔是最早洞察到真空技术巨大潜力的科学家之一。由于物质表面的化学活性很强，在普通状态中很难研究某个独特的变化。借助超高真空实验设备，就可以观察金属表面原子和分子是如何运作的。而在此之前，对于表面化学的认识仅停留在分子层次以上。

自上世纪60年代以来，埃特尔逐步建立了研究固体表面化学过程的方法学，通过利用多种研究技术的组合，在原子分子层次提供了一个表面化学反应的完整图像，为固体表面化学研究奠定了科学基础。他发展的方法学不仅应用于化学过程的研究，对相应工业过程也具有重要的指导意义，如化工催化剂的研发、半导体元件的加工、金属表面的防腐、燃料电池的研究等等。

科学界公认，合成氨反应过程的催化机理的认识和表面非线性反应动力学理论的建立是埃特尔教授对固体表面化学过程研究的两个最典型的重要贡献。

合成氨机理的研究

哈伯－博施(Haber－Bosch)合成氨过程是最重要的多相催化反应之一，在这个过程中，空气中的氮气被分离并转化为生产化肥所需要的氨。上世纪初，合成氨催化剂的发现不仅启动了现代化学工业，也宣告了现代农业的到来。德国科学家弗里茨・哈伯由于发明了合成氨的铁基催化剂而获得了1918年诺贝尔化学奖。卡尔・博施由于开发合成氨高压催化工艺而分享1931年诺贝尔化学奖。

由于哈伯－博施合成氨反应的重要性，其反应机理被广泛研究。这个过程是以精细的铁粉作为催化剂，让氮气与氢气同时被吸附到铁粉表面，然后进行反应生成氨。那么，在这一反应过程中，哪个步骤是速控步，也就是对提高整个过程的速度起到至关重要作用的那一步?还有，氮分子是以分子还是原子的形式与氢反应?50年来科学研究给出的最肯定的结论是合成氨反应的速控步是氮气的化学吸附，而表面吸附氮物种是氮分子还是氮原子则没有定论。

埃特尔设计了一个理想系统：在真空中铺上一层清洁和光滑的铁粉，再控制性地输入不同的气体。他发现，当氮气分子到达铁粉表面时，它首先是以分子的形式吸附，完全吸附后，氮分子中两个氮原子之间的键断裂，以氮原子的形式与铁离子吸附。埃特尔使用不同的方法测量分子在铁表面停留的时间，发现氮分子分裂成氮原子这一过程是催化反应的速控步，氮原子一旦分裂出来就立刻与周围的氢原子结合生成氨。如果要提高整个反应的速度，就必须加快氮气分裂成氮原子的速度。

为了搞清氮是以分子还是原子的形式与氢反应，埃特尔在增加氢气的同时测量了铁粉表面氮原子的浓度，发现氮增加得越多，铁表面氮原子的浓度就越低，这表明氮是以原子而不是分子的形式与氢反应。

测量铁表面氮原子的浓度并不是一件容易的事。埃特尔用光谱分析方法来区分氮原子和氮分子，同时，他又用另一种方法来测量氮的浓度，即研究铁粉表面的形状，因为当氮吸附在铁粉表面时，表面的形状会有微小变化，他用电子轰击铁粉表面，电子不同的散射模式揭示了表面的不同。

之所以要同时使用不同的方法，是因为研究这种类型的表面，极有可能眼见非实，因为系统中任何微小的杂质都会立即吸附到表面。所以，这种表面必须用尽可能多的不同方法来研究，以确保所获得的图像没有因污染而扭曲。

埃特尔利用多种现代表面科学研究技术系统研究了哈伯－博施合成氨过程的模型催化体系，并利用多种谱学技术鉴定了反应过程中全部的反应中间物种，并给出了反应的势能图。埃特尔同时发现高压反应条件下的变化关系与低压反应条件下模型催化体系测得的变化关系一致，从而证实了在这个催化反应体系中，模型催化体系表面化学研究结果可以推广到工业催化体系。埃特尔教授对哈伯－博施合成氨反应机理的研究，已经成为如何合理利用多种现代表面科学研究手段的组合来研究并理解复杂催化反应相关的表面化学过程的教科书般的典范。

非线性反应动力学的研究

埃特尔还对铂等贵金属催化荆在一氧化碳氧化反应中的作用进行了深入的研究，这是发生在净化汽车尾气的催化转化器中的一个重要反应。通过对这个催化反应的模型体系的研究，开创了固体表面化学之非线性反应动力学研究领域。

早在1982年，埃特尔的研究小组便报道了铂单晶表面催化的一氧化碳氧化反应表现出非线性反应动力学行为，即二氧化碳的生成速率随反应时间发生振荡。这在当时是表现非线性反应动力学的唯一实际催化反应。在随后的一系列开创性的工作中，埃特尔研究了一氧化碳氧化反应速率与铂表面反应物种浓度、铂单晶表面结构之间的关系，提出了铂单晶表面催化一氧化碳氧化反应非线性反应动力学的微观模型：反应过程中，取决于一氧化碳表面浓度；铂单晶表面存在两种表面结构，两者对一氧化碳氧化反应的催化活性相差较大，从而表现出反应速率的振荡；在振荡反应体系中，体系变量还依赖于其在体系内的空间位置，因此振荡反应会表现出时空斑图。为观察铂单晶表面上的时空斑图，埃特尔研究组发展了光发射电子显微镜(PEEM)，能够原位动态

观察表面吸附物种的浓度变化。观察到振荡反应过程中吸附一氧化碳物种和吸附氧物种在铂单晶表面形成的丰富的时空斑图，从螺旋波到混沌。这些研究结果无论是从深度，还是广度都极大加深了我们对固体表面反应动力学的理解。

埃特尔的研究是完全基础性的研究，但他对表面分子反应动力学过程的研究，对以固体催化剂为基础的多相催化过程的研究，基本上是化学领域最具有支撑作用的核心技术。目前，现代大型化工生产过程中，催化过程达80％以上，并已渗透到精细化学品的合成、药物中间体的合成及环境保护等领域。新催化剂的开发已由技艺水平向分子设计方向发展。新催化剂和新催化工艺的出现，已成为现代化学工业发展的增长点。除了在化工领域已取得的实际应用之外，埃特尔的研究还对包括煤炭、天然气以及太阳能等新能源在内的能源利用有着深远的影响，并推动表面化学向纳米科学、生物科学等诸多学科渗透。

表面科学在中国的发展

催化和表面化学研究在中国的开展，可以追溯到上世纪30年代。1933年，张大煜先生在获得了德国德累斯顿工业大学博士学位以后，便回国开创和发展胶体化学和表面化学的研究。从50年代初期开始，他致力于工业上广泛使用的催化剂担体研究，结合水煤气合成石油的钴催化剂和合成氨催化剂的催化性能研究，逐步建立了物理吸附、化学吸附等一系列研究方法，提出了表面键理论的设想，并以此为指导，研制成功了合成氨新流程3个催化剂，在当时达到了国际先进水平。

在表面化学研究方面特别值得一提还有郭燮贤和邓景发两位院士的工作。前者在基础研究方面先后提出了表面“空位”对吸附和催化反应作用的概念；氢和一氧化碳活化吸附方面的“易位吸附”和“协同机理”的新概念等；后者自行设计、组装了多种近代能谱仪，在国内较早建成了一个从分子水平研究表面吸附和催化过程的表面催化实验室，系统开展了银系列催化剂的基础理论研究。

作为表面科学和技术研究领域的杰出代表，埃特尔教授也为中国表面化学和催化研究发展做出了重要的贡献。他分别从1997年和2000年开始担任中科院大连化学物理研究所《催化学报》顾问和催化基础国家重点实验室国际顾问，先后在他的研究室长期工作的中国学者超过了10位。其中大连化物所的包信和研究员从1989至1995年一直在埃特尔教授的指导下研究高压条件下氧与银表面的相互作用以及甲醇催化选择氧化机理。

由于年事已高，埃特尔很遗憾自己不能将模型催化的研究拓展到纳米和生物领域。当包信和提出回国后希望拓展模型催化剂的基础研究，进一步将催化表面化学的研究与纳米技术相结合，从纳米尺度上深入理解催化反应过程时，埃特尔表示极大支持，并将他们自行研制的一台光发射电子显微镜(PEEM)赠送给包信和。他还积极推动大连化物所与弗里茨一哈伯研究所共同成立了中科院和马普学会“催化纳米技术”伙伴小组，并亲自担任专家组组长，利用表面科学的表征、制备手段，研究催化反应的纳米作用基础。

相关链接：

格哈德・埃特尔小传

篇10

无机及分析化学不是无机化学、分析化学两门课程的叠加，教学内容丰富，概念和理论知识较多，各章节之间的独立性较强。因此合理安排教学内容，帮助学生转变学习方法及思维方式无疑是大一第一学期开设这门课的关键。在内容的安排上，前两章首先回顾高中的一些化学基础知识，并介绍了误差及数据处理，稀溶液的依数性和胶体溶液。然后，第三和四章主要介绍化学热力学、化学动力学及化学平衡，让学生掌握反应三要素:反应方向即吉布斯函数变，反应快慢即反应速率常数，反应限度即反应平衡常数。第五章主要介绍物质的结构，离子键及共价键理论和晶体结构。第六、七、八和九章分别介绍酸碱平衡、溶解沉淀平衡、氧化还原平衡和配位平衡及其对应滴定分析法，让学生掌握测试固体或溶液中某种元素含量的分析测定方法。最后，第十、十一和十二章主要介绍一些简单仪器分析法及原理，例如:第十章吸光光度法，不仅要介绍该方法的原理朗伯－比尔定律，还要介绍目视比色法、示差法和标准曲线法三种常用的吸光光度法分析法。内容上总体上是先讲理论原理，再介绍知识点，将理论原理融入生产实践中，使学生较快地掌握化学理论，再通过课堂上的一些练习题，使学生加深教学内容的记忆，知识更加系统。这样不仅可以将无机和分析化学知识点有机的融合，还可以将理论应用到生活实践中。在一学年的学习中，总共80学时，第一学期学习前六章共计48课时，第二学期学习后六章共计32课时。在教学过程中，应该精选教学内容，使学生掌握化学基础理论知识并具备较宽的知识面，为后续课程学习打下了扎实的基础。与此同时，教师要熟悉该课程的教材，根据学生的专业，合理制定教学大纲和教学培养方案，精炼教材的内容，对于中学已经学过的化学知识或者与专业联系较少的理论知识可以简略讲解。比如:第四章的化学反应速率和反应平衡，化学反应速率的定义，影响化学反应速率的因素以及化学平衡的移动;第八章氧化还原反应的定义，配平，得失电子，氧化剂和还原剂等概念知识。这些知识点中学都已经涉及过，教师在授课时只要简单介绍即可。对于能源化学工程专业而言，水煤浆的开发和利用是近年来的一个热点，也是煤炭清洁利用的重点。因此，对于第二章分散系的内容应该详细讲授，再介绍水煤浆分散系。

2激发学生兴趣

兴趣是最好的老师，要学好无机及分析化学，首先要激发学生的兴趣。第一，在无机及分析化学这门课的绪论课上，主要介绍化学的作用及学习方法。第二，阐明化学与人类生活之间密切联系，激发学生的学习。第三，无机及分析化学是化学、化工类相关专业的基础课，其作用无论是对以后的专业课学习还是将来从事工作都具有重要的意义。第四，在平时的课堂教学中，可以多讲一些贴近生活的例子，激发学生学习的兴趣。例如，在介绍影响化学反应速率的因素时，举例说明，夏天食物容易变质，我们可以将食物放进冰箱中保存，以防止变质。这是通过降低温度，达到降低食物变质的速率。汽车尾气CO和NO是严重的环境污染物，从热力学的角度讲，CO+NON2+CO2可以发生，但是遗憾的是，在通常状况下，该反应进行的非常之慢，以致不能有效地去除车道内的CO和NO。因此，有必要对化学反应的速率问题进行研究，必须考虑外界因素对反应速率的影响，由此可引出本节课要学习的内容。第五，在教学过程中，穿插介绍一些与知识点相关的科技发展新动态及前沿知识，以此调动学生学习的积极性。

3综合利用各种教学方法

现阶段的教学方法多种多样，而在实际教学中，各种教学方式应该相互结合、取长补短。根据我校无机及分析化学教学团队多年来教学中的经验，可以概括为以下几点:第一，增加课堂讨论。针对一些在学习过程中遇到的问题，教师应该指导学生搜集资料，进行课堂讨论。在讨论的过程中培养学生分析和解决问题的能力;第二，让学生走上讲台。让学生走上讲台不仅可以体验教师备课的准备过程，还可以锻炼学生的能力;第三，运用多媒体教学，可以使微观概念及理论形象化。例如，在物质结构基础这一章，学生一般较难理解，如果用多媒体课件和化学软件以动画的形式去展现，课程内容会更加形象、生动。这样的教学不仅有利于学生理解、记忆，还可以活跃课堂气氛。第四，对于公式推导，应该板书推理过程引导学生理解。在教学中应避免盲目使用多媒体教学，要将多媒体与其他教学手段结合起来，才会使学生理解公式的推导过程，并能较好的应用公式。

4培养学生能力

为了调动能源化学工程专业学生对无机及分析化学基础课程的兴趣，可以积极组织各类化学竞赛活动。我省有各类化学竞赛，例如:化学视频大赛，化学实验竞赛和趣味化学竞赛等。近年来，教育部门坚持开展国家级、省部级大学生创新实验项目，有望培养大学生的创新能力，推动全民创新。此外，为了鼓励和培养大学生创新激情及能力，我们学校也开展了大学生创新实验项目。该项目均是由学生亲自撰写项目申请书，申请答辩ppt，中期考核表，结题报告和结题答辩ppt等资料。这不仅培养了学生创新能力，还为学生日后工作和学习培养科学合理的方法和实践能力提供了基础。

5适应专业要求

能源化学工程专业的技术性和实践性较强，在无机及分析化学的教学中，要把握专业的特殊要求，认真学习我校能源化学工程专业人才培养方案，深入研究教学大纲，充分了解无机及分析化学在整个专业课程体系中的作用，明确教学过程中的内容和重难点。例如，化学热力学和化学动力学章节的内容应该详细讲解。这部分内容对于能源化学工程专业的学生而言，可以更好地理解能源转化及利用过程中的一般规律，为高效、低碳环保使用能源奠定基础。

6结论