導(dǎo)語：如何才能寫好一篇汽車動力學(xué)理論，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：發(fā)動機原理與汽車理論;教學(xué)方法;教學(xué)改革;3+2分段培養(yǎng)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）43-0114-02

2012年，江蘇省教育廳實施現(xiàn)代職業(yè)教育體系建"設(shè)試點項目，我院交通運輸（汽車運用工程方向）與南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車運用技術(shù)專業(yè)對接，實施“3+2”分段培養(yǎng)，目前“3+2”分段培養(yǎng)班的第一批新生已進(jìn)入我校開始本科段學(xué)習(xí)。在本科段教學(xué)培養(yǎng)方案中，《發(fā)動機原理與汽車?yán)碚摗肥俏倚＝煌ㄟ\輸系重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)內(nèi)容涉及發(fā)動機原理和汽車?yán)碚搩蓚€方面，是后續(xù)的汽車檢測與故障診斷、汽車試驗學(xué)等課程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。由于本科段總學(xué)時所限，《發(fā)動機原理與汽車?yán)碚摗氛n程課時僅設(shè)置32課時，因此如何最大限度地利用有限課時，在完成教學(xué)任務(wù)的基礎(chǔ)上有效提高教學(xué)質(zhì)量變得尤為重要。首先，我們針對3+2學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和需求發(fā)放了調(diào)查問卷，進(jìn)行了不記名調(diào)查，收回的有效調(diào)查問卷約為發(fā)放問卷數(shù)量的70%。為了解學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)、興趣及需求，設(shè)計的調(diào)查問卷內(nèi)容涉及課程內(nèi)容設(shè)置、教師授課方式等多個問題。調(diào)查問卷統(tǒng)計結(jié)果顯示，學(xué)生比較重視發(fā)動機特性、混合氣形成與燃燒等章節(jié)，認(rèn)為化油器原理及發(fā)動機換氣過程相對不太重要;部分學(xué)生希望教師授課中加入汽車新技術(shù)，增加課堂師生互動以及增加實踐的課時;部分學(xué)生希望優(yōu)化課程安排。結(jié)合問卷調(diào)查結(jié)果，我們對課程特點現(xiàn)狀進(jìn)行了如下分析并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

一、課程特點及其現(xiàn)狀

1.課程安排銜接還需完善。從3+2分段培養(yǎng)學(xué)生與普通本科學(xué)生的課程安排來看，基礎(chǔ)課中，3+2分段培養(yǎng)學(xué)生前3年與普通本科2年都有學(xué)習(xí)《高等數(shù)學(xué)》、《大學(xué)物理》、《液壓傳動》、《機械制圖》、《電工電子機械設(shè)計》等，但是諸如《線性代數(shù)》、《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《工程熱力學(xué)》等理論基礎(chǔ)課程，3+2分段培養(yǎng)學(xué)生在?？贫螞]有學(xué)習(xí);專業(yè)課中，3+2分段培養(yǎng)學(xué)生在前3年的?？贫我呀?jīng)開始學(xué)習(xí)《汽車發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理》、《汽車底盤與原理》、《汽車電子》、《汽車故障分析與檢修》、《汽車保險》、《汽車銷售》、《發(fā)動機原理及汽車?yán)碚摗贰Ｕ{(diào)查問卷顯示，3+2分段培養(yǎng)學(xué)生在《工程熱力學(xué)》知識的學(xué)習(xí)上還有所欠缺，特別是學(xué)到燃燒過程時，有關(guān)傳熱的內(nèi)容，學(xué)生不易理解，不利于課程的講授;3+2分段培養(yǎng)學(xué)生對汽車構(gòu)造學(xué)習(xí)較為深入，特別是實踐課較多，而普通本科側(cè)重于理論學(xué)習(xí)和分析能力的培養(yǎng);通過3+2前3年與后2年課程安排對比，我們發(fā)現(xiàn)3+2學(xué)生理論基礎(chǔ)知識相對薄弱;主體專業(yè)課程相類似（《汽車保險》、《發(fā)動機原理及汽車?yán)碚摗返日n程前3年與后2年都有學(xué)習(xí)），但前3年授課偏重于實踐操作，對理論理解深度不夠。因此，課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置與安排有待進(jìn)一步整合優(yōu)化。

2.課程總學(xué)時較少。交通運輸工程專業(yè)《發(fā)動機原理與汽車?yán)碚摗窞橐婚T課程，總課時為32課時，但是該課程包含兩大部分發(fā)動機原理和汽車?yán)碚?，其?nèi)容涵蓋范圍廣，知識點多。問卷調(diào)查中學(xué)生反映該課程較難，而要在32課時內(nèi)講完整本書，又要考慮學(xué)生的接受能力也是每個專業(yè)授課教師不得不面對的重大難題。調(diào)查問卷顯示，學(xué)生對混合氣形成與燃燒、發(fā)動機特性等內(nèi)容更有興趣，卻不想學(xué)發(fā)動機換氣過程類理論描述較多的內(nèi)容，授課教師可結(jié)合教學(xué)大綱及學(xué)生興趣重點講解，培養(yǎng)學(xué)生對理論課程的學(xué)習(xí)興趣。

3.多媒體應(yīng)用比重大。PPT能輔助授課教師節(jié)省大量板書時間，同時課件中的圖片、視頻等能生動形象地展示課堂內(nèi)容，突破重難點，使學(xué)生更容易理解知識點。但是PPT所包含的信息量很大，課堂節(jié)奏要比板書授課快得多，同時利用PPT授課時，由于信息量大，教師與學(xué)生之間的互動交流會相應(yīng)減少，學(xué)生注意力容易分散。調(diào)查問卷的結(jié)果統(tǒng)計中，我們也發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生希望減少PPT的使用。因此，課程的課堂教授內(nèi)容進(jìn)一步優(yōu)化、精簡，將是利用有限課時高效授課的重點之一。

4.實踐與理論結(jié)合不合理?！栋l(fā)動機原理與汽車?yán)碚摗肥且婚T專業(yè)基礎(chǔ)課程，實踐操作學(xué)習(xí)是課堂教學(xué)十分必要的補充。在調(diào)查問卷中，絕大多數(shù)的學(xué)生能夠認(rèn)識到這門課程的重要性。3+2分段培養(yǎng)學(xué)生在以前學(xué)校的實踐操作較多，動手操作能力和對汽車構(gòu)造的理解相對成熟。但在我校本科段學(xué)習(xí)的設(shè)置中，實踐環(huán)節(jié)集中在學(xué)年課程即將結(jié)束時統(tǒng)一進(jìn)行，實踐環(huán)節(jié)進(jìn)行時，學(xué)生一個學(xué)年學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容已經(jīng)基本不記得多少，不利于學(xué)生對知識的消化和吸收，也使有些驗證性內(nèi)容不能及時通過實驗證實，導(dǎo)致理論教學(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)，影響了教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)。

二、課程教學(xué)改革

1.合理安排課程與教材。3+2分段培養(yǎng)的前3年課程，以實踐操作能力培養(yǎng)為核心，專注于專業(yè)操作能力與崗位能力的對接;而后2年的課程體系總體上體現(xiàn)了“重理論輕實踐”的傳統(tǒng)觀念，更側(cè)重專業(yè)理論知識的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)。因此，實現(xiàn)高職課程體系與應(yīng)用型本科課程體系的銜接需要減少前3年與后2年課程安排內(nèi)容上的重復(fù)，把握好課程之間的銜接?！栋l(fā)動機原理與汽車?yán)碚摗氛n程內(nèi)容廣泛，知識點多，汽車領(lǐng)域新技術(shù)更新迅速，因此在課程內(nèi)容符合教學(xué)大綱的前提下，精簡課程重難點內(nèi)容，充分利用課堂時間進(jìn)行重點難點的教學(xué)和知識引導(dǎo)，并充分利用學(xué)生的課余時間，提高課外自學(xué)內(nèi)容比例，緩解教學(xué)課時少與教學(xué)內(nèi)容多的矛盾，同時也可以培養(yǎng)提高學(xué)生的自學(xué)能力。其次，建議3+2分段培養(yǎng)學(xué)生前3年的課程安排中增加數(shù)學(xué)、熱力學(xué)、材料力學(xué)的比重，在專業(yè)課方面減少重復(fù)的內(nèi)容，增加學(xué)生想學(xué)的與職業(yè)相對接的專業(yè)課程（如在問卷中學(xué)生提及的《汽車CAD》、《汽車電器》等）。

2.適度利用多媒體進(jìn)行輔助教學(xué)。現(xiàn)代教學(xué)正趨向于現(xiàn)代化多媒體教學(xué)，但從教學(xué)的具體實踐來看，依賴多媒體，實際上對學(xué)生學(xué)習(xí)課程并沒有多大好處。PPT的應(yīng)用加快了講課速度的同時也帶來了學(xué)生來不及理解和做筆記等問題。多媒體教學(xué)是輔助的，關(guān)鍵在于對課堂教學(xué)的組織，要將黑板板書與PPT的運用有機結(jié)合起來，在教學(xué)過程中要盡量地引導(dǎo)學(xué)生主動地學(xué)習(xí)，教師的講解代替不了學(xué)生主動地思考問題，而教師的作用在于因勢利導(dǎo)，在恰當(dāng)?shù)臅r候啟發(fā)、指點、引導(dǎo)，這樣才有利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，有利于我國向人力資源強國轉(zhuǎn)變。

3.實踐與理論教學(xué)結(jié)合。3+2分段培養(yǎng)學(xué)生在?？齐A段已經(jīng)基本掌握了汽車結(jié)構(gòu)類知識，學(xué)習(xí)《發(fā)動機原理與汽車?yán)碚摗氛n程時，可適當(dāng)穿行實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高理論聯(lián)系實際的能力，能更好地實現(xiàn)學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生分析能力和探索創(chuàng)新意識。在理論類課程的教學(xué)中，只有加深學(xué)生對知識點的掌握，才能使學(xué)生對其結(jié)構(gòu)、原理徹底了解和真正認(rèn)識。采用這種“學(xué)生動靜結(jié)合”的授課方式，教學(xué)方式的動態(tài)化在減少教學(xué)課時數(shù)的情況下，也可以較大幅度地提高教學(xué)效率。

4.考核方式多元化。傳統(tǒng)考核通常是考試為主的評價方式，不利于調(diào)動學(xué)生平時的學(xué)習(xí)積極性。為了端正學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度，提高學(xué)習(xí)的積極性，本課程考核采用過程化評價為主的考核方式。課程按照授課內(nèi)容進(jìn)度，每個教學(xué)主題結(jié)束時都布置開放性作業(yè)，除平時課程作業(yè)成績外布置一定數(shù)量思考題，讓學(xué)生以學(xué)習(xí)報告的形式匯報。同時，課外作業(yè)的內(nèi)容因?qū)W生而異，做到每個學(xué)生都需要通過自己對題目相關(guān)信息進(jìn)行搜集后，通過適當(dāng)?shù)姆治龊驼聿拍芡瓿伞＿@種差異化作業(yè)布置，有效降低了學(xué)生相互參考抄襲的程度。此外，在上課過程中加強與學(xué)生的互動，采取及時獲取學(xué)生對知識點掌握情況的考核方式。課程考試則主要針對基本的知識點是否全面掌握進(jìn)行考察?？己朔绞蕉鄻踊欣诮虒W(xué)質(zhì)量的提高，有利于學(xué)生復(fù)雜計算能力、實際操作能力和綜合能力的提高。

三、結(jié)束語

課程教學(xué)改革是學(xué)校適應(yīng)現(xiàn)代教育發(fā)展的必經(jīng)之路?！栋l(fā)動機原理與汽車?yán)碚摗氛n程教學(xué)改革的核心應(yīng)有利于學(xué)生就業(yè)以及科學(xué)研究，有利于培養(yǎng)學(xué)生獨立解決問題能力，有利于加強學(xué)生創(chuàng)新思維和實際創(chuàng)新能力。本文針對3+2分段培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和需求，通過合理安排課程與教材、適度利用多媒體進(jìn)行輔助教學(xué)以及增加實踐教學(xué)和考核多樣化，從而探索適應(yīng)本課程特點的教學(xué)方法，將理論和實踐相結(jié)合，為培養(yǎng)適應(yīng)時代潮流的高素質(zhì)人才發(fā)揮應(yīng)有的作用，加快我國向人力資源強國目標(biāo)邁進(jìn)的進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉曉紅.高職本科“三二分段”培養(yǎng)模式下課程銜接策略研究[J].中國職業(yè)教育，2014，（35）：93-96.

[2]趙國柱，姚靜.“發(fā)動機構(gòu)造與原理”課程實驗教學(xué)改革[J].實驗室研究與探索，2009，4（28）：137-139.

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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）

篇2

關(guān)鍵詞：動力學(xué)；交通風(fēng)險；危險源；靜摩擦力；質(zhì)心運動

中圖分類號：U452

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-2374（2012）19-0021-02

人類發(fā)展的歷史，實質(zhì)上是人類征服自然、改造自然，不斷積累、不斷進(jìn)步的過程，在這個漫長的過程中，人類一直在與危險進(jìn)行抗?fàn)帲瑥淖畛醯纳娓偁?，到后來?guī)避各種各樣的傷害，可以說，風(fēng)險無處不在。那么，如何提高生存能力、防范風(fēng)險自然就成為一個永恒的話題。

不斷地積累、總結(jié)形成的各種安全理論，是防范系統(tǒng)性風(fēng)險的有效手段，但是由于受個體差異、環(huán)境多樣化等因素的影響，業(yè)已形成的安全理論有時會讓人覺得很遙遠(yuǎn)，因此，加強個體風(fēng)險意識，提高風(fēng)險識別、防范能力對于降低傷害同樣重要，畢竟幾乎每起傷害都與“人”這一特殊個體

有關(guān)。

運動是絕對的，相對運動也是最普遍的，而由于相對運動造成的傷害也是最多的，因此，文章重點從動力學(xué)角度來分析交通風(fēng)險危害的原因，以期對人們識別及防范風(fēng)險有所借鑒。

1　危險源分類

危險源是指可能造成人員傷害、職業(yè)病、財產(chǎn)損失、作業(yè)環(huán)境破壞的根源或狀態(tài)。危險因素是指能造成人的傷亡和物的突發(fā)性損壞或影響人的身體健康，導(dǎo)致疾病，對身體造成慢性損壞的因素。

安全科學(xué)理論根據(jù)危險源在事故發(fā)生發(fā)展過程中的作用，把危險源劃分為兩大類。

根據(jù)能量意外釋放理論，能量或危險物質(zhì)的意外釋放是傷亡事故發(fā)生的物理本質(zhì)。于是把生產(chǎn)過程中存在的，可能發(fā)生意外釋放的能量或危險物質(zhì)稱作第一類危險源。為了防止第一類危險源導(dǎo)致事故，必須采取措施約束、限制能量或危險物質(zhì)，控制危險源。

正常情況下，生產(chǎn)過程中的能量或危險物質(zhì)受到約束或限制，不會發(fā)生意外釋放，即不會發(fā)生事故。但是，一旦這些約束或限制措施受到破壞或失效（故障），則將發(fā)生事故。導(dǎo)致能量或危險物質(zhì)約束或限制措施破壞或失效的各種因素稱作第二類危險源。第二類危險源主要包括物的故障、人的失誤和環(huán)境因素。

危險源是一種客觀存在，之所以確定為危險源，是因為它可能對其影響范圍內(nèi)的人造成傷害，那么，識別出危險源，了解其造成危害的原因和規(guī)律，對于防范風(fēng)險、降低傷害至關(guān)重要。

在交通風(fēng)險中，車輛是最大的危險源，它可能對駕乘人員本身、行人及其他車輛造成重大傷害。

2　常見交通風(fēng)險的動力學(xué)原理

任何交通風(fēng)險都有其力學(xué)本質(zhì)，下面利用動力學(xué)原理對幾種常見交通風(fēng)險進(jìn)行分析。

對于一輛行駛的汽車本身，可以將其作為一個質(zhì)點系，由質(zhì)心運動定理可知，其內(nèi)力不影響質(zhì)心的運動。汽車發(fā)動機中氣體的壓力是內(nèi)力，雖然這個力是汽車行駛的原動力，但是它不能使汽車的質(zhì)心運動，汽車質(zhì)心的運動還需要依靠一個外力的作用。事實上，汽車發(fā)動機中的氣體壓力推動汽缸內(nèi)的活塞，經(jīng)過傳動機構(gòu)，將力矩傳給主動輪。如果車輪與地面的接觸面摩擦系數(shù)足夠大，那么地面對車輪作用的靜摩擦力就是使汽車的質(zhì)心改變運動狀態(tài)的外力（FA）；如果地面光滑，靜摩擦力克服不了汽車前進(jìn)的阻力（FB），那么車輪將原處不動，汽車不能前進(jìn)。當(dāng)然，靜摩擦力（FA）的大小與汽車發(fā)動機自身的輸出力矩有關(guān)。當(dāng)靜摩擦力（FA）的方向發(fā)生變化時，汽車質(zhì)心的運動方向也會隨之變化，這也是汽車轉(zhuǎn)向的力學(xué)原理。

了解了汽車運動的原理，那么就可以通過分析靜摩擦力這一外力來控制交通安全風(fēng)險。汽車行進(jìn)路線上的一切可能影響靜摩擦力變化的因素，都可能成為影響汽車安全行駛的外因：（1）雨天行駛，濕滑的路面會降低車輪與地面的靜摩擦力（FA），同時也會降低緊急制動時的靜摩擦阻力（FB），延長制動時間；（2）當(dāng)汽車因正常行進(jìn)路線上的異?；蛞蚣贝蚍较蛟斐杀ィ撦喬ヅc地面接觸面的靜摩擦力因正壓力和摩擦系數(shù)均瞬間降低，致使各驅(qū)動輪因靜摩擦力（FA）不平衡而產(chǎn)生平面轉(zhuǎn)動力矩，當(dāng)這個力矩足夠大時，會導(dǎo)致汽車在路面上水平轉(zhuǎn)動，橫向移動時，車輪與地面靜摩擦力（FA）瞬間快速增大，由于靜摩擦力（FA）作用點不在汽車質(zhì)心上，因而形成轉(zhuǎn)動力矩，當(dāng)這個力矩足夠大時，汽車就容易發(fā)生側(cè)翻，造成重大事故；（3）汽車高速行駛時，遇前方有緊急情況，駕駛?cè)藛T一般都會采取緊急制動，此時車輪與地面的靜摩擦合力（FA－FB）方向與汽車運動方面相反，使汽車慣性前進(jìn)狀態(tài)發(fā)生改變，在汽車自重不變，摩擦系數(shù)基本不變的情況下，如果車速過快，制動時間就會延長，很容易直接造成碰撞事故；（4）當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時，會產(chǎn)生離心作用，離心力的大小與車輛行駛速度、總質(zhì)量和轉(zhuǎn)彎半徑有關(guān)，車輛總質(zhì)量越大、行駛速度越快、轉(zhuǎn)彎半徑越小，離心力越大。車輛轉(zhuǎn)彎的同時，地面對車輛產(chǎn)生一個向心摩擦力。當(dāng)向心力小于離心力時，車輛將產(chǎn)生側(cè)滑，嚴(yán)重時會側(cè)翻。

通過上述動力學(xué)分析，可以解釋交通安全管理的幾點經(jīng)驗：（1）雨雪天要降低車速；（2）注意觀察行進(jìn)路線的路況及行人，遇異常提前采取措施，避免猛打方向；（3）爆胎時，盡量保持方向平穩(wěn)；（4）降低車速，保持車距（制動距離）；（5）轉(zhuǎn)彎時盡量降低減速，盡量加大轉(zhuǎn)彎半徑。

以上是用動力學(xué)原理對交通風(fēng)險進(jìn)行的分析，由于交通事故原因多種多樣，因此，文章只是將汽車作為一個沒有缺陷的質(zhì)點系進(jìn)行理想化分析，即排除其他一切異常因素，單從理論力學(xué)角度對主要交通風(fēng)險成因進(jìn)行動力學(xué)分析，以便使駕乘、行人和安全管理人員對交通風(fēng)險有一個更深入的了解，做到“知其然，知其所以然”，提高風(fēng)險意識，并正確駕駛，有效防范交通風(fēng)險。當(dāng)然，其他風(fēng)險也同樣可以采取類似方法進(jìn)行原理性分析研究，篇幅有限，不再一一贅述。

參考文獻(xiàn)

[1]　哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室．理論力學(xué)（第4版）

[M]．北京：高等教育出版社，1982．

篇3

目前我國汽車銷量位居全球第一，汽車產(chǎn)業(yè)已然成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，并且仍在高速發(fā)展。日益激烈的市場競爭要求企業(yè)在能夠在最短的時間內(nèi)以較低的開發(fā)費用設(shè)計出性能優(yōu)良的汽車產(chǎn)品，這對國內(nèi)汽車企業(yè)的設(shè)計方法和設(shè)計手段提出了新的要求。傳統(tǒng)設(shè)計方法采用“經(jīng)驗設(shè)計－試制－反復(fù)試驗和修改－定型”的設(shè)計流程早已不適應(yīng)當(dāng)前市場，而多剛體動力學(xué)仿真技術(shù)的應(yīng)用則可以滿足各車企對高效和低成本的要求。其大致過程是在樣車（物理樣機）設(shè)計出來之前，即可對其性能進(jìn)行預(yù)測，以進(jìn)行可行性研究和優(yōu)化設(shè)計。本文針對汽車設(shè)計中多剛體動力學(xué)仿真技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討，共分為五部分。第一部分簡單介紹多剛體動力學(xué)仿真技術(shù)在汽車設(shè)計中的應(yīng)用情況；第二部分介紹了利用ADAMS軟件進(jìn)行動力學(xué)仿真的過程；第三、第四部分圍繞汽車多剛體動力學(xué)模型的建立、模型驗證進(jìn)行深入討論；第五部分對多剛體動力學(xué)仿真在汽車領(lǐng)域的進(jìn)一步完善進(jìn)提出了合理化建議。

關(guān)鍵詞：

多剛體動力學(xué)；虛擬設(shè)計；仿真試驗

1多剛體動力學(xué)仿真技術(shù)的介紹

多剛體動力學(xué)并不等同于多體系動力學(xué)，二者是包含與被包含的關(guān)系，多體系動力學(xué)包括剛體與柔體兩部分。多剛體系統(tǒng)通常由多個剛性物體組合在一起。多剛體動力學(xué)的發(fā)展源于經(jīng)典力學(xué)與計算機的結(jié)合，在發(fā)展過程中再融合汽車設(shè)計等學(xué)科，使其在汽車設(shè)計中發(fā)揮重要作用。動力學(xué)系統(tǒng)仿真的重點是虛擬樣機技術(shù)，虛擬樣機設(shè)計是根據(jù)各種設(shè)定參數(shù)及附加條件構(gòu)一種計算機模型來模擬真實樣機測試幾何、動力或功能方面的特征，然后再根據(jù)測試結(jié)果將虛擬樣機進(jìn)行改善。傳統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)流程從概念設(shè)計到產(chǎn)品定型需要經(jīng)過詳細(xì)設(shè)計、制造物理樣機、物理樣機測試等多個過程。物理樣機測試發(fā)現(xiàn)問題后又要修改設(shè)計，重新制造樣機，再重新進(jìn)行測試，如此多次循環(huán)之后才能將產(chǎn)品定型。而虛擬樣機技術(shù)中的樣機測試避免了制造物理樣機的過程，從測試到發(fā)現(xiàn)問題，修改設(shè)計等完全可以在計算機上進(jìn)行，從而簡化了開發(fā)過程，大幅縮短了周期減少了開發(fā)成本。多剛體動力學(xué)仿真即是針對多剛體動力學(xué)系統(tǒng)通過構(gòu)建虛擬樣機模型來測試設(shè)計產(chǎn)品，并根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化完善。其在汽車設(shè)計領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，極大地促進(jìn)了汽車工業(yè)的發(fā)展。多體動力學(xué)仿真軟件ADAMS曾經(jīng)為“美國福特汽車公司”節(jié)省了10億美元的開發(fā)制造成本。這很好地解釋了多剛體動力學(xué)仿真為何在汽車領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

2利用ADAMS軟件實現(xiàn)多剛體動力學(xué)仿真過程

多剛體動力學(xué)仿真需要使用一些專業(yè)軟件，在汽車領(lǐng)域最著名的仿真軟件是由美國MSC公司開發(fā)的ADAMS軟件，本文以該款軟件為例，介紹多剛體動力學(xué)仿真的實施過程。利用ADAMS軟件來進(jìn)行多剛體動力學(xué)仿真一般要依次經(jīng)過一下步驟：建模、測試、驗證、完善模型、反復(fù)仿真、優(yōu)化、自動化。“建模”即在建好的幾何模型上根據(jù)需要加以約束條件，完成虛擬樣機模型。“測試”是對建好的模型上進(jìn)行運動學(xué)仿真，得到力與速度方面的信息。“驗證”是通過對比分析數(shù)據(jù)來確定模型是否需要改進(jìn)。“完善模型”是指在模型中定義某些參數(shù)，使模型更接近真實情況。“反復(fù)仿真”使模型參數(shù)化，定義相關(guān)變量。“優(yōu)化設(shè)計”對設(shè)計產(chǎn)品設(shè)置人為控制參數(shù)，進(jìn)行優(yōu)化分析，尋求最佳設(shè)計方案。“自動化”可以設(shè)置一些重復(fù)性工作的自動進(jìn)行，提高工作效率。

3對整車虛擬樣機模型建立的探討

建立整車虛擬樣機模型時，研究對象是汽車整體而不是某一部分零件或系統(tǒng)，建模時要考慮車身、懸掛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、輪胎與制動系統(tǒng)等子系統(tǒng)模型的有機結(jié)合。這里只探討多剛體理論的應(yīng)用，除了連接襯套等部分，將其余部分可以抽象為理想剛體，忽略各構(gòu)件的形變且不考慮輪胎等柔體系統(tǒng)。對整車建模主要反映的是汽車操縱的平穩(wěn)性與平順性兩個方面的問題。汽車操縱穩(wěn)定性是指在駕駛員的正常操作下,當(dāng)汽車受到外界條件變化干擾時,汽車保持穩(wěn)定性的能力。汽車平順性是指汽車所運載的人或物，在坑洼等不良路面上減少因振動而受到損壞的能力。汽車整體動力學(xué)模型是在ADAMS/CAR中建立起來的，在實際模型的建立過程中，影響模型分析精度的主要因素是參數(shù)的精度與數(shù)量。從理論上講，所考慮的影響模型計算精度的因素越多，模型越接近于真實情況。雖然接近程度增加了，但同時模型復(fù)雜度和仿真計算的初始參數(shù)也增加很多。而有些初始參數(shù)不易獲得或者缺少準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，這樣又會造成仿真計算結(jié)果精度的降低。所以建模過程中應(yīng)該在滿足研究要求的情況下將模型進(jìn)行合理簡化。

4對模型驗證的探討

整車虛擬樣車模型建立之后，將所得數(shù)據(jù)與實車進(jìn)行對照，通過對比分析仿真模型計算結(jié)果與實車數(shù)值，來證實仿真模型。且在仿真過程中，以實車試驗數(shù)據(jù)作為仿真輸入，來增強仿真結(jié)果與實車的可比性，從而有效驗證模型的精確度等相關(guān)問題。模型驗證有角脈沖輸入試驗驗證、蛇形試驗驗證、轉(zhuǎn)向角輕便性試驗驗證、轉(zhuǎn)彎制動試驗。轉(zhuǎn)向角脈沖輸入試驗驗證的是汽車瞬態(tài)響應(yīng)特性，具體做法是保持汽車油門開度不變，使汽車按最大速度的70%直線行駛，給轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角輸入一個三角脈沖后迅速恢復(fù)原狀并保持不動，記錄車身的橫擺角速度等晃動狀態(tài)。蛇形試驗是用來驗證汽車行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性。轉(zhuǎn)向輕便性試驗與轉(zhuǎn)彎制動試驗驗證的都是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作情況。將模型驗證的結(jié)果與實車實驗數(shù)據(jù)相比，虛擬樣機的試驗結(jié)果與實車相似程度足以滿足研發(fā)要求。從模型試驗的過程和結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在模型試驗時使用與樣機類似車型的已有試驗數(shù)據(jù)作為仿真輸入，可以大大增強仿真結(jié)果與實車試驗的可比性，而據(jù)此所構(gòu)建的多剛體模型能夠更有效地反映所設(shè)計汽車的動力學(xué)特性。

5多剛體動力學(xué)仿真技術(shù)在汽車設(shè)計領(lǐng)域中的進(jìn)一步完善

從上世紀(jì)70年代至今，多體仿真技術(shù)一直在發(fā)展完善，汽車的動力模型由簡單變復(fù)雜，自由度由少到多，仿真技術(shù)從計算機模擬到數(shù)字仿真，使多剛體動力學(xué)仿真能夠更進(jìn)一步地服務(wù)于汽車行業(yè)。目前，在汽車動力學(xué)研究中對柔體系統(tǒng)仿真較少，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，多剛體動力學(xué)仿真將逐步大量融入柔體系統(tǒng)的動力學(xué)研究。剛體動力學(xué)的仿真再加上對關(guān)鍵部件柔性特征以及結(jié)構(gòu)柔性對車輛動態(tài)性能影響的考慮，將大大增加模型的通用性與真實性。對于模型參數(shù)，車輛模型的參數(shù)化程度將進(jìn)一步提高，使之能夠成為該類汽車的一個通用“整車動力學(xué)仿真平臺”，有助于快速高效地分析不同參數(shù)的同類型車輛的重要動力學(xué)性能。對汽車整車性能分析（如操縱穩(wěn)定性、平順性分析）時，將進(jìn)一步考慮結(jié)構(gòu)變形剛度影響，而不是簡單地進(jìn)行結(jié)構(gòu)剛性簡化，此外還要進(jìn)行整車非線性系統(tǒng)分析，以達(dá)到動態(tài)參數(shù)設(shè)計的目標(biāo)，進(jìn)一步提高模型的精度。進(jìn)行動力學(xué)仿真時還將逐步考慮人員對車輛控制的影響，建立和完善車輛的動力學(xué)建模及仿真輸入的駕駛員模型，建立“人－車－環(huán)境”閉環(huán)控制系統(tǒng)。

6結(jié)語

隨著計算機性能的提高以及各種軟件技術(shù)和數(shù)學(xué)算法的進(jìn)步，虛擬設(shè)計技術(shù)（VirtualDesign）也得到了快速發(fā)展并逐漸成熟，已被用于各種不同行業(yè)。其中，虛擬設(shè)計技術(shù)中的多體動力學(xué)仿真技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到工程機械、國防工業(yè)、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。尤其是在汽車制造業(yè)，多體動力學(xué)仿真技術(shù)的應(yīng)用，使汽車的設(shè)計開發(fā)與傳統(tǒng)設(shè)計流程相比，設(shè)計經(jīng)費與周期等都得到大幅下降。本文根據(jù)實際的多剛體動力學(xué)仿真經(jīng)驗，提出的一些關(guān)于ADAMS軟件仿真過程中“整車虛擬樣機模型建立”、“模型驗證”相關(guān)問題的探討，以及針對汽車設(shè)計工作中多剛體動力學(xué)仿真技術(shù)的進(jìn)一步完善所提出的合理化建議，將促進(jìn)該技術(shù)更好的服務(wù)于汽車領(lǐng)域。

作者：李璐伶 單位：揚州盛達(dá)特種車有限公司

參考文獻(xiàn)

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[關(guān)鍵詞]鋰電池pack；結(jié)構(gòu)；仿真；FEA

中圖分類號：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）06-0106-01

1 仿真在電池系統(tǒng)中的作用與意義

結(jié)構(gòu)仿真即有限元分析（Finite Element Analysis，F(xiàn)EA），它利用數(shù)學(xué)近似的方法對系統(tǒng)對象進(jìn)行模擬，其做法是將結(jié)構(gòu)劃分成有限個相互連通的子區(qū)域，即單元，用有限數(shù)量的單元去逼近真實的系統(tǒng)，將復(fù)雜系統(tǒng)簡化后求出近似解，因而這種近似解能滿足工程應(yīng)用的需求。

電池系統(tǒng)Pack作為電動汽車的“心臟”，須保證其在設(shè)計壽命周期內(nèi)既能提供持久穩(wěn)定的動力，又不能存在安全隱患，要在低成本和短時間內(nèi)確保電池系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)性能滿足要求，就要采用結(jié)構(gòu)仿真，仿真分析大致可以歸結(jié)為以下幾點：第一，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓補優(yōu)化，指出哪里需要布置材料，哪里不需要布置材料，確保概念設(shè)計的初期使設(shè)計朝著正確的方向推進(jìn)；第二，能及時地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在的強度和剛度問題，并給出優(yōu)化的方向；第三，能夠確保認(rèn)證測試一次性通過，縮短開發(fā)時間和節(jié)約開發(fā)成本。

2.基礎(chǔ)知識和常用仿真工具介紹

2.1 仿真工程師必備的知識

在電池系統(tǒng)設(shè)計中，要靈活有效地運用結(jié)構(gòu)仿真技術(shù)，結(jié)構(gòu)仿真人員至少應(yīng)具備以下三個方面的技能和經(jīng)驗：

1）堅實的理論基礎(chǔ)，包括力學(xué)理論和有限元理論。

2）必要的程序使用經(jīng)驗，對常用的商業(yè)有限元分析程序能夠熟練應(yīng)用。

3）豐富的工程實踐經(jīng)驗。對于不同的問題能夠進(jìn)行簡化，并能夠反映實際問題，結(jié)合自己累積的工程經(jīng)驗對分析的問題給出判斷和方案。

2.2 熱流體仿真軟件介紹

目前主要的有限元軟件有很多種，在汽車行業(yè)比較常用的仿真軟件有ANSYS系列產(chǎn)品，Hyper Works系列產(chǎn)品，MSC系列產(chǎn)品、Abaqus軟件等。

3.電池系統(tǒng)仿真分析的基本理論

3.1 靜力學(xué)分析

靜力學(xué)分析是電池系統(tǒng)仿真分析中使用頻繁的手段，主要用于求解與時間無關(guān)或時間作用效果可以忽略不計的載荷響應(yīng)（如集中力、強制位移、重力加速度、溫度等）。

在靜載作用下，結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)可以描述為以下公式：

式中，K為結(jié)構(gòu)的剛度矩陣；U為位移矩陣向量；P為作用在結(jié)構(gòu)上的載荷向量。

此方程實際上是外力和內(nèi)力的平衡方程。

一般在評價電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和剛度時會采用靜載荷分析，主要要求在1g和3g加速度工況下，電池系統(tǒng)的最大變形量分別不能超過1mm和3mm。

3.2 模態(tài)分析

模態(tài)分析是研究電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最常用的方法。模態(tài)是電池系統(tǒng)的固有振動特性，電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在特定頻率下的變形形式即為振型，該特定頻率是電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的固有頻率。對電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，就能夠知道每個軸向?qū)?yīng)的共振主頻，就可以與振動功率譜密度（PSD）曲線對比，從而大致判斷結(jié)構(gòu)在該振動PSD下振動相應(yīng)是否會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞失效。

模態(tài)分析實際上就是解自振動結(jié)構(gòu)的平衡方程，求特征值。具體的方程式如下：

（K-λM）X=0

式中，K為結(jié)構(gòu)剛度矩陣；M為質(zhì)量矩陣；λ是特征值矩陣。實際中模態(tài)分析通常不考慮阻尼效應(yīng)。求解特征值問題可以得到n個特征值λi，向量X是與特征值對應(yīng)的特征向量，這些特征值向量構(gòu)成一個線性空間的一組正交基，一個有限元模型的任意變形都可以由這組基的線性疊加來表達(dá)。得到λi后可以根據(jù)下式求得自然頻率fi：

模態(tài)分析的主要作用：獲得電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的共振主頻及陣型，用于振動測量和結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析，可以基于模態(tài)試驗的結(jié)果來修正仿真模型，使簡化模型與實際系統(tǒng)更為接近，也可基于模態(tài)分析結(jié)果來指導(dǎo)測試傳感器的布置，其他后m的動力學(xué)分析都可以在模態(tài)分析結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

模態(tài)分析對于電池系統(tǒng)來說尤為重要，電池系統(tǒng)的振動性能在很大程度上會影響整車的NVH和疲勞性能。因此電池系統(tǒng)在設(shè)計時需要避開路譜載荷里面的共振頻率點，盡可能提高電池系統(tǒng)的一階固有頻率和一階共振頻率。GM對電池系統(tǒng)的第一階頻率要求大于30Hz，而基于GMW16390的臺架試驗，要求一階共振頻率大于35Hz。

3.3 隨機振動分析

當(dāng)結(jié)構(gòu)受到不確定性的連續(xù)載荷激勵時，其振動規(guī)律不能用確定性函數(shù)來表示，只能用概率和統(tǒng)計的方法來描述，這種振動被稱為隨機振動。

汽車行駛時，路面的凹凸不平造成電池系統(tǒng)經(jīng)歷這種隨機振動的載荷工況，通過采集路譜信息只能得到時間歷程的樣本函數(shù)，需將其轉(zhuǎn)化成和概率有關(guān)的函數(shù)，如功率譜密度（PSD）函數(shù)。

PSD是電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在路譜載荷激勵下響應(yīng)的統(tǒng)計結(jié)果，其PSD的形式一般是加速度功率譜密度。本文所述的路面激勵隨機振動都服從正態(tài)分布，數(shù)學(xué)上，PSD的關(guān)系曲線下的面積就是方差，即響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方值。

（1）隨機振動激勵分布規(guī)律

汽車在路面行駛所受到的路面載荷激假設(shè)服從高斯正態(tài)分布，高σ激勵發(fā)生的概率很低，基于這個特點，在實際計算中一般取3σ為計算的上限。

高斯正態(tài)分布具有一個重要屬性：如果高斯正態(tài)分析激勵作用在線性系統(tǒng)上，則輸出的激勵仍然服從另外一個高斯正態(tài)分布，因此隨機振動計算出來的應(yīng)力、位移、速度、加速度都是統(tǒng)計值。

（2）隨機振動的基本理論

設(shè)平穩(wěn)隨機過程X（t）的自相關(guān)函數(shù)為Rxx（τ），其傅里葉變換存在，記為

式3-3經(jīng)過傅里葉變換，考慮兩平穩(wěn)隨機過程X（t）和Y（t），定義出互功率譜密度，再經(jīng)過逆傅里葉變換，最終推導(dǎo)出響應(yīng)X（t）的均方根可表示為式3-4：

頻率響應(yīng)問題可通過直接法或者模態(tài)疊加法來求解?？偟淖V密度響應(yīng)是所有單獨載荷工況和交叉載荷工況引起的功率譜密度之和。

（3）結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析

結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析是在時域內(nèi)計算結(jié)構(gòu)在隨時間變化的載荷作用下的動力響應(yīng)。非線性顯示動力學(xué)分析通常采用中心差分算法。這種算法具有二階精度，在求解有限元控制方程時，只需要在各個時刻點上直接進(jìn)行計算，不需要在時間步長內(nèi)迭代，將總的計算時間分成若干步，這樣可得到一個求各個離散時間點處解的積分遞推公式。

4 結(jié)論

本文從電池pack設(shè)計結(jié)構(gòu)仿真入手、對結(jié)構(gòu)仿真的基礎(chǔ)知識和常用結(jié)構(gòu)仿真工具進(jìn)行了介紹，并深入分析了結(jié)構(gòu)仿真的基礎(chǔ)理論，為Pack的結(jié)構(gòu)仿真設(shè)計分析提供了一種思路和方法，對于電池pack的結(jié)構(gòu)仿真設(shè)計具有參考意義。

參考文獻(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】外商投資 企業(yè)種群 合法性

外商進(jìn)入中國市場的容易與否，以及日后經(jīng)營的成功與否，除了與本身自身的競爭力，企業(yè)文化價值有關(guān)，還必須考慮東道國的經(jīng)濟、文化、政治因素，另外，還有所在區(qū)域人民的認(rèn)同感。從組織生態(tài)學(xué)的理論出發(fā)，這是外商爭取其合法性的過程。外商一旦成功獲取其合法性，便可以依法設(shè)立及正常經(jīng)營。在此，本文結(jié)合組織生態(tài)學(xué)中合法性的定義及特點提出影響外商進(jìn)入合法性的因素：一是外商直接投資的數(shù)量和質(zhì)量；二是本地公眾的認(rèn)同感。

中國于2010年12月開始對在華外商投資企業(yè)、外國企業(yè)及外籍個人征收城市維護建設(shè)稅和教育費附加。這意味著中國境內(nèi)所有內(nèi)外資企業(yè)統(tǒng)一了全部稅制，外資享受“超國民待遇”的時代正式終結(jié)，一視同仁的市場環(huán)境將讓內(nèi)外資企業(yè)在同一平臺上展開公平競爭。因此，如何保持外商直接投資的合法性，或者說如何避免外企在華失去合法地位，將是今后的外企經(jīng)營戰(zhàn)略的調(diào)整的著重點。

一 外商直接投資的影響因素及其戰(zhàn)略選擇

1.外商直接投資的數(shù)量和質(zhì)量；

中國吸引外商直接投資的方式主要有三種：中外合資企業(yè)、中外合作企業(yè)和外商獨資企業(yè)。其中，中外合資方式因其不但能夠推動國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，通過技術(shù)外溢等途徑達(dá)到帶動國內(nèi)同行業(yè)企業(yè)的技術(shù)升級的目的，而且還可為企業(yè)技術(shù)改造提供新的資金來源，同時還可以培養(yǎng)人才等種種原因在早期得到了較為普遍的應(yīng)用。

2.外商獲取合法性在數(shù)量上的策略

Suchman 提到，“合法性是一種認(rèn)知及假設(shè)，其認(rèn)為及假設(shè)企業(yè)的行為在某個規(guī)范，信念，以及認(rèn)知的社會構(gòu)架系統(tǒng)下是理想的，合理的，或者合適的”（1995）。所以外商直接投資必須考慮其合法性。外商直接投資在數(shù)量上可以體現(xiàn)為以下兩點：投資額的數(shù)量和網(wǎng)點鋪設(shè)的數(shù)量。根據(jù)生態(tài)學(xué)中種群密度理論，種群密度與組織設(shè)立率呈倒U型關(guān)系。在各大型超市興起之前，超市行業(yè)合法性大于競爭性，隨著超市的進(jìn)一步增多，當(dāng)?shù)氐呐涮自O(shè)施及鼓勵政策為個體營造更好的設(shè)立條件和機會，超市數(shù)量進(jìn)一步加強。但如果數(shù)量繼續(xù)發(fā)展，就是說具有生態(tài)位相近的個體數(shù)量繼續(xù)增加，它們對于有限資源的爭奪必定加強，例如，在超市行業(yè)，當(dāng)各家超市在某地區(qū)的密度不大時，合法性效應(yīng)大于競爭性效應(yīng)，各家企業(yè)占領(lǐng)某地區(qū)一個地段，這樣，它們之間不會有明顯的資源爭奪，當(dāng)超市的數(shù)量到達(dá)一定程度，競爭程度加強，合法性減弱，新個體進(jìn)入市場變得困難。

3.外商獲取合法性在質(zhì)量上的策略

最新的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，外商對華投資累計設(shè)立企業(yè)近69萬家，實際使用外資超過1萬億美元，中國連續(xù)17年位居發(fā)展中國家之首位。過去近30年，在華外資獲取了巨額利潤。在當(dāng)前全球需求結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化的情況下，中國市場將是世界市場擴容的主要增長空間。例如，廣州開發(fā)區(qū)汽車產(chǎn)業(yè)（貿(mào)易）基地規(guī)劃面積約20平方千米，計劃總投資55億元。為廣州三大汽車產(chǎn)業(yè)基地之一，是廣州東部汽車及零部件生產(chǎn)和出口的重要載體?；刂饕烧嚻髽I(yè)、零部件企業(yè)與汽車配件用品全球采購港組成，現(xiàn)有汽車整車生產(chǎn)和配套企業(yè)超過118家，總投資額超過19億美元。外商企業(yè)在華直接辦廠，不單可以通過其先進(jìn)技術(shù)帶來規(guī)模效應(yīng)，并且還能夠加速周邊配套產(chǎn)業(yè)的建立，帶動同行業(yè)不同層次的企業(yè)種群發(fā)展，降低流通成本，實現(xiàn)共贏。

4.本地公眾的認(rèn)同感

外商除了在自身生產(chǎn)經(jīng)營管理上作改進(jìn)，還應(yīng)重視所在地區(qū)公眾對企業(yè)的看法，這對爭取合法性大有裨益，而普遍社會學(xué)中的認(rèn)同感來自于公平感。因此，構(gòu)建企業(yè)制度公平，用工公平，肩負(fù)起企業(yè)必要的社會責(zé)任，對企業(yè)來說十分必要。寶潔公司攜手中國青少年發(fā)展基金會支持希望工程始于1996年，15年來，寶潔和中國青基會及其地方實施機構(gòu)緊密合作，共同為農(nóng)村貧困地區(qū)基礎(chǔ)教育事業(yè)添磚加瓦。截至2011年3月，寶潔已累計向希望工程捐款6100萬元人民幣，其中包括寶潔全球公益基金捐贈的1226萬元。

二 結(jié)語

基于組織生態(tài)學(xué)種群動力學(xué)理論，本文基于影響合法性的因素（一是外商直接投資的數(shù)量和質(zhì)量；二是本地公眾的認(rèn)同感），通過案例試說明外商在華投資獲取其合法性的策略，即提高外商直接投資的數(shù)量與質(zhì)量，并且關(guān)心公眾的認(rèn)同感，從而獲得良好的外部環(huán)境，使其獲得長期的合法性地位。

參考文獻(xiàn)

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篇6

[關(guān)鍵詞]：變速器 虛擬樣機 仿真分析

1Pro/E軟件模型的建立

ADAMS環(huán)境下需要借助外界CAD軟件建立變速箱模型，本文采用Pro/Engineer軟件對建立的變速箱模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

應(yīng)用Pro/E軟件建立與實物相對應(yīng)的變速箱三維實體模型，在利用多體動力學(xué)仿真軟件ADAMS與Pro/E之間接口MECHANISM/Pro將所建立的三維實體模型傳送到ADAMS/View模塊中。根據(jù)各子系統(tǒng)工作原理在MSC.ADAMS平臺上施加合理的約束，并建立各子系統(tǒng)虛擬樣機，保證傳動系統(tǒng)虛擬樣機與真實樣機的工作原理相一致。

Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不像一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作。換句話說，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上，以確保所有的零件和各個環(huán)節(jié)保持相關(guān)性和協(xié)調(diào)性。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。

2虛擬樣機模型的建立

變速器位于傳動部分中央，由箱體、主動軸總成（包括一級錐齒輪傳動）、中間軸總成（包括中間軸和各級變速齒輪的主動齒輪）、主軸總成（包括主軸和各級變速齒輪的被動齒輪）、倒擋軸總成和換擋機構(gòu)組成。由于變速箱子系統(tǒng)具有6個擋位，一擋、二擋、三擋、四擋、五擋及倒擋，因此本文根據(jù)變速箱的工作原理建立了與6個擋位對應(yīng)的虛擬樣機，建立變速箱子系統(tǒng)各擋位相對應(yīng)的虛擬樣機。這樣對變速箱進(jìn)行研究時就更具有針對性，根據(jù)不同工況采用不同的虛擬樣機。利用ADAMS進(jìn)行組裝，并根據(jù)各個部件之間的運動約束關(guān)系，在剛體上添加不同的約束和相互的接觸力作用，得到了變速箱的虛擬樣機模型。針對建立好的虛擬樣機在ADAMS平臺上進(jìn)行樣機的校核驗證。

3ADAMS中虛擬樣機模型的仿真

ADAMS軟件是美國學(xué)者蔡斯（Chace）等人利用多剛體動力學(xué)理論，選取系統(tǒng)內(nèi)每個剛體的質(zhì)心在慣性參考系中的三個直角坐標(biāo)和反映剛體方位的歐拉角為廣義坐標(biāo)編制的計算程序。ADAMS軟件中應(yīng)用了吉爾（Gear）等解決剛性積分問題的算法，并采用稀疏矩陣技術(shù)提高了計算效率。

ADAMS軟件采用模擬樣機技術(shù)，將多體動力學(xué)的建模方法與大位移、非線性分析求解功能相結(jié)合，并提供與其它 CAE軟件如控制分析軟件 Matrix，有限元分析軟件 NASTRAN等的集成模塊擴展設(shè)計手段。用戶利用ADAMS軟件可以建立和測試虛擬樣機，實現(xiàn)在計算機上仿真分析復(fù)雜機械系統(tǒng)的運動性能。目前ADAMS軟件在汽車、航天等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

ADAMS使用交互式圖形環(huán)境和部件庫、約束庫、力庫，用堆積木式的方法建立三維機械系統(tǒng)參數(shù)化模型，并通過對其運動性能的仿真分析和比較來研究“虛擬樣機”可供選擇的設(shè)計方案。ADAMS仿真可用于估計機械系統(tǒng)性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的載荷輸入。利用 ADAMS軟件，用戶可以快速、方便地創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型。該模型可以是在 ADAMS軟件中直接建造的簡化幾何模型，也可以是從其它CAD軟件中傳過來的造型逼真的幾何模型；然后，在幾何模型上施加力/力矩和運動激勵；最后執(zhí)行一組與實際狀況十分接近的運動仿真測試，得到實際機械系統(tǒng)工作過程的運動仿真。

本文以6擋變速箱虛擬樣機為例，利用ADAMS提供的模型校核驗證工具，對所建立變速箱子系統(tǒng)進(jìn)行模型驗證，其驗證結(jié)果為：6擋變速箱子系統(tǒng)在給定速度下運行時，是按照給定的速度行駛，所建立模型沒有多余約束，模型驗證成功。同樣，對其余5個擋位的虛擬樣機子系統(tǒng)模型進(jìn)行驗證，保證所建立的虛擬樣機不存在多余約束，說明模型驗證成功。

由于變速箱子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在整個傳動系統(tǒng)中占有重要地位，因此對建立的變速箱虛擬樣機進(jìn)行仿真分析。通過對仿真分析的結(jié)果的分析，可以得出以下的結(jié)論：變速箱系統(tǒng)6擋位虛擬樣機可以完成初速度給定情況下的穩(wěn)態(tài)動力學(xué)仿真試驗，并且根據(jù)6擋位虛擬樣機所得到的擋位傳動比，與設(shè)計的傳動比之間相比誤差很小，因此可以確定所建立變速箱系統(tǒng)五擋位虛擬樣機模型是精確合理的，可以代表其傳動系統(tǒng)物理樣機并進(jìn)行仿真試驗。

4結(jié)果分析

應(yīng)用變速箱各子系統(tǒng)相對應(yīng)的三維實體模型，利用接口技術(shù)基于ADAMS仿真平臺軟件建立了與實物樣機相對應(yīng)的虛擬樣機，并對各子系統(tǒng)虛擬樣機模型進(jìn)行了樣機驗證校核，以保證所建立的虛擬樣機的合理性。通過對所建立好的變速箱各擋位虛擬樣機在給定初始條件作用下進(jìn)行動力學(xué)仿真，通過仿真分析，表明仿真結(jié)果與試驗結(jié)果有良好的一致性。初步驗證了變速箱虛擬樣機與真實變速箱實驗的一致性，可以用本文所建立的變速箱虛擬樣機來代替實物樣機對其進(jìn)行試驗。為進(jìn)行磨損失效周期確定、疲勞壽命預(yù)測及動態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面研究奠定了基礎(chǔ)，為下一步對傳動系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性能分析和虛擬試驗研究打下堅實可信的基礎(chǔ)。

5結(jié)論

應(yīng)用ADAMS，進(jìn)行建模、仿真分析，對比仿真結(jié)果和試驗結(jié)果，驗證了模型的可靠性，為今后對變速箱故障進(jìn)行疲勞壽命及結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析提供載荷數(shù)據(jù)。通過虛擬樣機在進(jìn)行動力學(xué)仿真時的6擋位虛擬樣機所得到的擋位傳動比，與設(shè)計傳動比之間相比，其誤差很小，因此可以用本文所建立的變速箱虛擬樣機來代替實物樣機對其進(jìn)行試驗。

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篇7

（一）在建筑材料方面的應(yīng)用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計算量子化學(xué)開始廣泛地應(yīng)用于許多水泥熟料礦物和水化產(chǎn)物體系的研究中，解決了很多實際問題。

鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產(chǎn)物相之一，它對水泥石的強度起著關(guān)鍵作用。程新等[1,2]在假設(shè)材料的力學(xué)強度決定于化學(xué)鍵強度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學(xué)強度的大小差異。計算發(fā)現(xiàn)，含Ca鈣礬石、含Ba鈣礬石和含Sr鈣礬石的Al-O鍵級基本一致，而含Sr鈣礬石、含Ba鈣礬石中的Sr，Ba原子鍵級與Sr-O，Ba-O共價鍵級都分別大于含Ca鈣礬石中的Ca原子鍵級和Ca-O共價鍵級，由此認(rèn)為，含Sr、Ba硫鋁酸鹽的膠凝強度高于硫鋁酸鈣的膠凝強度[3]。

將量子化學(xué)理論與方法引入水泥化學(xué)領(lǐng)域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能聯(lián)系起來，也為水泥材料的設(shè)計提供了一條新的途徑[3]。

（二）在金屬及合金材料方面的應(yīng)用

過渡金屬(Fe、Co、Ni)中氫雜質(zhì)的超精細(xì)場和電子結(jié)構(gòu)，通過量子化學(xué)計算表明，含有雜質(zhì)石原子的磁矩要降低，這與實驗結(jié)果非常一致。閔新民等[4]通過量子化學(xué)方法研究了鑭系三氟化物。結(jié)果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結(jié)合能計算值與實驗值定性趨勢一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結(jié)構(gòu)及光譜的計算[5]。再比如說，NbO2是一個在810℃具有相變的物質(zhì)(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結(jié)構(gòu)和光譜也是通過量子化學(xué)方法進(jìn)行的計算和討論，并通過計算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質(zhì)方面存在的差異[6]。

量子化學(xué)方法因其精確度高，計算機時少而廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)中，并取得了許多有意義的結(jié)果。隨著量子化學(xué)方法的不斷完善，同時由于電子計算機的飛速發(fā)展和普及，量子化學(xué)在材料科學(xué)中的應(yīng)用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學(xué)的發(fā)展提供一條非常有意義的途徑[5]。

二、在能源研究中的應(yīng)用

（一）在煤裂解的反應(yīng)機理和動力學(xué)性質(zhì)方面的應(yīng)用

煤是重要的能源之一。近年來隨著量子化學(xué)理論的發(fā)展和量子化學(xué)計算方法以及計算技術(shù)的進(jìn)步，量子化學(xué)方法對于深入探索煤的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性之間的關(guān)系成為可能。

量子化學(xué)計算在研究煤的模型分子裂解反應(yīng)機理和預(yù)測反應(yīng)方向方面有許多成功的例子,如低級芳香烴作為碳/碳復(fù)合材料碳前驅(qū)體熱解機理方面的研究已經(jīng)取得了比較明確的研究結(jié)果。由化學(xué)知識對所研究的低級芳香烴設(shè)想可能的自由基裂解路徑，由Guassian98程序中的半經(jīng)驗方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的從頭計算方法和考慮了電子相關(guān)效應(yīng)的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法對設(shè)計路徑的熱力學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行了計算。由理論計算方法所得到的主反應(yīng)路徑、熱力學(xué)變量和表觀活化能等結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對比有較好的一致性，對煤熱解的量子化學(xué)基礎(chǔ)的研究有重要意義[7]。

（二）在鋰離子電池研究中的應(yīng)用

鋰離子二次電池因為具有電容量大、工作電壓高、循環(huán)壽命長、安全可靠、無記憶效應(yīng)、重量輕等優(yōu)點，被人們稱之為“最有前途的化學(xué)電源”，被廣泛應(yīng)用于便攜式電器等小型設(shè)備，并已開始向電動汽車、軍用潛水艇、飛機、航空等領(lǐng)域發(fā)展。

鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過程實際上是Li+離子在正負(fù)兩電極之間來回嵌入和脫嵌的過程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機理對進(jìn)一步改善鋰離子電池的性能至關(guān)重要。Ago等[8]用半經(jīng)驗分子軌道法以C32H14作為模型碳結(jié)構(gòu)研究了鋰原子在碳層間的插入反應(yīng)。認(rèn)為鋰最有可能摻雜在碳環(huán)中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子軌道法對摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預(yù)示在較高的摻鋰狀態(tài)下有可能存在一種Li-C和具有共價性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子軌道計算法，對低結(jié)晶度的炭素材料的摻鋰反應(yīng)進(jìn)行了研究，研究表明，鋰優(yōu)先插入到石墨層間反應(yīng)，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。

隨著人們對材料晶體結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步認(rèn)識和計算機水平的更高發(fā)展，相信量子化學(xué)原理在鋰離子電池中的應(yīng)用領(lǐng)域會更廣泛、更深入、更具指導(dǎo)性。

三、在生物大分子體系研究中的應(yīng)用

生物大分子體系的量子化學(xué)計算一直是一個具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學(xué)可以在分子、電子水平上對體系進(jìn)行精細(xì)的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關(guān)酶的催化作用、基因的復(fù)制與突變、藥物與受體之間的識別與結(jié)合過程及作用方式等，都很有必要運用量子化學(xué)的方法對這些生物大分子體系進(jìn)行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調(diào)控酶的催化作用,甚至可以有目的地修飾酶的結(jié)構(gòu)、設(shè)計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘,進(jìn)而調(diào)控基因的復(fù)制與突變，使之造福于人類；可以根據(jù)藥物與受體的結(jié)合過程和作用特點設(shè)計高效低毒的新藥等等，可見運用量子化學(xué)的手段來研究生命現(xiàn)象是十分有意義的。

綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學(xué)發(fā)揮了重要的作用。在近十幾年來，由于電子計算機的飛速發(fā)展和普及，量子化學(xué)計算變得更加迅速和方便?？梢灶A(yù)言，在不久的將來，量子化學(xué)將在更廣泛的領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

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篇8

【關(guān)鍵詞】汽車倒車；模糊控制；仿真系統(tǒng)；MFC

利用模糊控制集合理論，把人的控制策略的自然語言轉(zhuǎn)化計算機能夠接受的算法語言所描述的控制算法，不僅能實現(xiàn)控制，而且能模擬人的思維方式對一些無法構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的被控對象進(jìn)行有效地控制.本文利用VC++編寫模糊控制器并通過MFC編寫仿真界面。實驗表明通過模糊控制汽車的行駛方向，能夠順利到達(dá)最終地點，并且軌跡平滑，路徑合理。

1.模糊控制器基本結(jié)構(gòu)分析

模糊邏輯控制，是一種基于模糊數(shù)學(xué)理論的新型控制方法。

（1）模糊化接口：測量輸入變量（設(shè)定輸入）和受控系統(tǒng)的輸出變量，并把它們映射到一個合適的相應(yīng)論域的量程，然后把精確地輸入數(shù)據(jù)被變換為適當(dāng)?shù)恼Z言值或模糊集合的標(biāo)識符。

（2）知識庫：涉及應(yīng)用領(lǐng)域和控制目標(biāo)的相關(guān)知識，它由數(shù)據(jù)庫和語言（模糊）控制規(guī)則庫組成。數(shù)據(jù)庫為語言控制規(guī)則的論域離散化和隸屬函數(shù)提供必要的定義，語言控制規(guī)則標(biāo)記控制目標(biāo)和領(lǐng)域?qū)＜业目刂撇呗浴?/p>

（3）推理機：是模糊控制系統(tǒng)的核心，根據(jù)模糊輸入和模糊控制規(guī)則，模糊推理求解模糊關(guān)系方程，獲得模糊輸出。

（4）模糊判決接口：起到模糊控制的推斷作用，并產(chǎn)生一個精確的或非模糊的控制作用。

2.汽車倒車模糊控制器構(gòu)建

（1）根據(jù)經(jīng)驗產(chǎn)生模糊控制策略。

當(dāng)距離比較遠(yuǎn)的時候，應(yīng)當(dāng)努力調(diào)整小車的正向（朝前輪的軸向方向），使之與終點到連線的方向一致（即減小α的值），同時應(yīng)當(dāng)減小汽車實際的正向與最終要求正向（90°）的夾角β。

當(dāng)距離比較近的時候，應(yīng)當(dāng)努力減小汽車與終點水平位置的偏差，同是減小汽車實際的正向與最終要求正向（90°）的夾角β。

（2）模糊控制專家經(jīng)驗簡化如下：

當(dāng)距離近時：；當(dāng)距離遠(yuǎn)時：。

由于θ的計算比較復(fù)雜，我們可以將θ的計算過程放在模糊推理系統(tǒng)之外完成。先計算出θ1（對應(yīng)遠(yuǎn)距離）和θ2（對應(yīng)近距離），再將θ1和θ2根據(jù)遠(yuǎn)近的模糊感念來進(jìn)行模糊綜合。對于距離D，我們通過汽車的坐標(biāo)計算出來：D=（X2+Y2）1/2。

（3）建立T-S模型的模糊推理系統(tǒng)。

3.汽車仿真系統(tǒng)構(gòu)建

3.1 仿真模型構(gòu)建

在實際的倒車中，當(dāng)我們把汽車倒入車庫時，首先要估計一下車位的位置和車的相對位置（如左前方，距離遠(yuǎn)近等），然后分析判斷，確定一個行駛的方向進(jìn)行倒車。當(dāng)確認(rèn)汽車完全進(jìn)入車庫后，倒車結(jié)束。代替人控制，模糊控制汽車倒車的工作流程如圖1所示。

由此得出建立汽車仿真模型需要幾個模塊：模糊控制模塊、汽車模塊、動畫顯示模塊等。

3.2 汽車模型

根據(jù)汽車的動力學(xué)方程構(gòu)造汽車的模型：

其中：v為卡車的速度，l為卡車的長度。

4.系統(tǒng)的仿真及性能分析

在這里可以看到汽車在各個位置開始倒車時的運動軌跡及能否順利到達(dá)車庫。仿真圖形如圖2、圖3、圖4所示。

通過仿真實驗可以發(fā)現(xiàn)，汽車距離遠(yuǎn)、近都可以順利地到達(dá)車庫。模糊控制汽車倒車具有汽車行駛軌跡呈光滑的弧線、控制良好的效果。這說明模糊控制汽車倒車是可行的，成功地解決了倒車后視不良的問題，相對于人控有著很大的優(yōu)越性。

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篇9

復(fù)雜的“表面”

物質(zhì)的兩相之間密切接觸的過渡區(qū)稱為界面，若其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面。在相界面上所發(fā)生的一切物理化學(xué)現(xiàn)象統(tǒng)稱為界面現(xiàn)象或表面現(xiàn)象，而研究在表面上所發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程的科學(xué)稱為表面化學(xué)。

表面并不簡單，實際上，發(fā)生在固體表面的反應(yīng)非常難以研究。對于相對簡單的氣相反應(yīng)體系，往往只涉及到反應(yīng)分子之間的碰撞和相互作用。但是，在對固體表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行描述時，人們還必須同時對反應(yīng)分子與固體表面的相互作用，以及固體表面結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行深入了解。

早在19世紀(jì)末，以朗繆爾為代表的物理化學(xué)家已經(jīng)充分認(rèn)識到固體表面的結(jié)構(gòu)對諸如吸附、催化和電化學(xué)反應(yīng)過程的重要影響，并陸續(xù)提出了一些重要的理論和假設(shè)。但是，由于表面研究的特殊性和復(fù)雜性，在精確的實驗和系統(tǒng)的理論方面一直沒有出現(xiàn)重大突破。

20世紀(jì)60年代，由半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展出的真空技術(shù)促成了現(xiàn)代表面化學(xué)的誕生。埃特爾是最早洞察到真空技術(shù)巨大潛力的科學(xué)家之一。由于物質(zhì)表面的化學(xué)活性很強，在普通狀態(tài)中很難研究某個獨特的變化。借助超高真空實驗設(shè)備，就可以觀察金屬表面原子和分子是如何運作的。而在此之前，對于表面化學(xué)的認(rèn)識僅停留在分子層次以上。

自上世紀(jì)60年代以來，埃特爾逐步建立了研究固體表面化學(xué)過程的方法學(xué)，通過利用多種研究技術(shù)的組合，在原子分子層次提供了一個表面化學(xué)反應(yīng)的完整圖像，為固體表面化學(xué)研究奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。他發(fā)展的方法學(xué)不僅應(yīng)用于化學(xué)過程的研究，對相應(yīng)工業(yè)過程也具有重要的指導(dǎo)意義，如化工催化劑的研發(fā)、半導(dǎo)體元件的加工、金屬表面的防腐、燃料電池的研究等等。

科學(xué)界公認(rèn)，合成氨反應(yīng)過程的催化機理的認(rèn)識和表面非線性反應(yīng)動力學(xué)理論的建立是埃特爾教授對固體表面化學(xué)過程研究的兩個最典型的重要貢獻(xiàn)。

合成氨機理的研究

哈伯－博施(Haber－Bosch)合成氨過程是最重要的多相催化反應(yīng)之一，在這個過程中，空氣中的氮氣被分離并轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)化肥所需要的氨。上世紀(jì)初，合成氨催化劑的發(fā)現(xiàn)不僅啟動了現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)，也宣告了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的到來。德國科學(xué)家弗里茨?哈伯由于發(fā)明了合成氨的鐵基催化劑而獲得了1918年諾貝爾化學(xué)獎。卡爾?博施由于開發(fā)合成氨高壓催化工藝而分享1931年諾貝爾化學(xué)獎。

由于哈伯－博施合成氨反應(yīng)的重要性，其反應(yīng)機理被廣泛研究。這個過程是以精細(xì)的鐵粉作為催化劑，讓氮氣與氫氣同時被吸附到鐵粉表面，然后進(jìn)行反應(yīng)生成氨。那么，在這一反應(yīng)過程中，哪個步驟是速控步，也就是對提高整個過程的速度起到至關(guān)重要作用的那一步?還有，氮分子是以分子還是原子的形式與氫反應(yīng)?50年來科學(xué)研究給出的最肯定的結(jié)論是合成氨反應(yīng)的速控步是氮氣的化學(xué)吸附，而表面吸附氮物種是氮分子還是氮原子則沒有定論。

埃特爾設(shè)計了一個理想系統(tǒng)：在真空中鋪上一層清潔和光滑的鐵粉，再控制性地輸入不同的氣體。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)獨夥肿拥竭_(dá)鐵粉表面時，它首先是以分子的形式吸附，完全吸附后，氮分子中兩個氮原子之間的鍵斷裂，以氮原子的形式與鐵離子吸附。埃特爾使用不同的方法測量分子在鐵表面停留的時間，發(fā)現(xiàn)氮分子分裂成氮原子這一過程是催化反應(yīng)的速控步，氮原子一旦分裂出來就立刻與周圍的氫原子結(jié)合生成氨。如果要提高整個反應(yīng)的速度，就必須加快氮氣分裂成氮原子的速度。

為了搞清氮是以分子還是原子的形式與氫反應(yīng)，埃特爾在增加氫氣的同時測量了鐵粉表面氮原子的濃度，發(fā)現(xiàn)氮增加得越多，鐵表面氮原子的濃度就越低，這表明氮是以原子而不是分子的形式與氫反應(yīng)。

測量鐵表面氮原子的濃度并不是一件容易的事。埃特爾用光譜分析方法來區(qū)分氮原子和氮分子，同時，他又用另一種方法來測量氮的濃度，即研究鐵粉表面的形狀，因為當(dāng)?shù)皆阼F粉表面時，表面的形狀會有微小變化，他用電子轟擊鐵粉表面，電子不同的散射模式揭示了表面的不同。

之所以要同時使用不同的方法，是因為研究這種類型的表面，極有可能眼見非實，因為系統(tǒng)中任何微小的雜質(zhì)都會立即吸附到表面。所以，這種表面必須用盡可能多的不同方法來研究，以確保所獲得的圖像沒有因污染而扭曲。

埃特爾利用多種現(xiàn)代表面科學(xué)研究技術(shù)系統(tǒng)研究了哈伯－博施合成氨過程的模型催化體系，并利用多種譜學(xué)技術(shù)鑒定了反應(yīng)過程中全部的反應(yīng)中間物種，并給出了反應(yīng)的勢能圖。埃特爾同時發(fā)現(xiàn)高壓反應(yīng)條件下的變化關(guān)系與低壓反應(yīng)條件下模型催化體系測得的變化關(guān)系一致，從而證實了在這個催化反應(yīng)體系中，模型催化體系表面化學(xué)研究結(jié)果可以推廣到工業(yè)催化體系。埃特爾教授對哈伯－博施合成氨反應(yīng)機理的研究，已經(jīng)成為如何合理利用多種現(xiàn)代表面科學(xué)研究手段的組合來研究并理解復(fù)雜催化反應(yīng)相關(guān)的表面化學(xué)過程的教科書般的典范。

非線性反應(yīng)動力學(xué)的研究

埃特爾還對鉑等貴金屬催化荊在一氧化碳氧化反應(yīng)中的作用進(jìn)行了深入的研究，這是發(fā)生在凈化汽車尾氣的催化轉(zhuǎn)化器中的一個重要反應(yīng)。通過對這個催化反應(yīng)的模型體系的研究，開創(chuàng)了固體表面化學(xué)之非線性反應(yīng)動力學(xué)研究領(lǐng)域。

早在1982年，埃特爾的研究小組便報道了鉑單晶表面催化的一氧化碳氧化反應(yīng)表現(xiàn)出非線性反應(yīng)動力學(xué)行為，即二氧化碳的生成速率隨反應(yīng)時間發(fā)生振蕩。這在當(dāng)時是表現(xiàn)非線性反應(yīng)動力學(xué)的唯一實際催化反應(yīng)。在隨后的一系列開創(chuàng)性的工作中，埃特爾研究了一氧化碳氧化反應(yīng)速率與鉑表面反應(yīng)物種濃度、鉑單晶表面結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，提出了鉑單晶表面催化一氧化碳氧化反應(yīng)非線性反應(yīng)動力學(xué)的微觀模型：反應(yīng)過程中，取決于一氧化碳表面濃度；鉑單晶表面存在兩種表面結(jié)構(gòu)，兩者對一氧化碳氧化反應(yīng)的催化活性相差較大，從而表現(xiàn)出反應(yīng)速率的振蕩；在振蕩反應(yīng)體系中，體系變量還依賴于其在體系內(nèi)的空間位置，因此振蕩反應(yīng)會表現(xiàn)出時空斑圖。為觀察鉑單晶表面上的時空斑圖，埃特爾研究組發(fā)展了光發(fā)射電子顯微鏡(PEEM)，能夠原位動態(tài)

觀察表面吸附物種的濃度變化。觀察到振蕩反應(yīng)過程中吸附一氧化碳物種和吸附氧物種在鉑單晶表面形成的豐富的時空斑圖，從螺旋波到混沌。這些研究結(jié)果無論是從深度，還是廣度都極大加深了我們對固體表面反應(yīng)動力學(xué)的理解。

埃特爾的研究是完全基礎(chǔ)性的研究，但他對表面分子反應(yīng)動力學(xué)過程的研究，對以固體催化劑為基礎(chǔ)的多相催化過程的研究，基本上是化學(xué)領(lǐng)域最具有支撐作用的核心技術(shù)。目前，現(xiàn)代大型化工生產(chǎn)過程中，催化過程達(dá)80％以上，并已滲透到精細(xì)化學(xué)品的合成、藥物中間體的合成及環(huán)境保護等領(lǐng)域。新催化劑的開發(fā)已由技藝水平向分子設(shè)計方向發(fā)展。新催化劑和新催化工藝的出現(xiàn)，已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)發(fā)展的增長點。除了在化工領(lǐng)域已取得的實際應(yīng)用之外，埃特爾的研究還對包括煤炭、天然氣以及太陽能等新能源在內(nèi)的能源利用有著深遠(yuǎn)的影響，并推動表面化學(xué)向納米科學(xué)、生物科學(xué)等諸多學(xué)科滲透。

表面科學(xué)在中國的發(fā)展

催化和表面化學(xué)研究在中國的開展，可以追溯到上世紀(jì)30年代。1933年，張大煜先生在獲得了德國德累斯頓工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位以后，便回國開創(chuàng)和發(fā)展膠體化學(xué)和表面化學(xué)的研究。從50年代初期開始，他致力于工業(yè)上廣泛使用的催化劑擔(dān)體研究，結(jié)合水煤氣合成石油的鈷催化劑和合成氨催化劑的催化性能研究，逐步建立了物理吸附、化學(xué)吸附等一系列研究方法，提出了表面鍵理論的設(shè)想，并以此為指導(dǎo)，研制成功了合成氨新流程3個催化劑，在當(dāng)時達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

在表面化學(xué)研究方面特別值得一提還有郭燮賢和鄧景發(fā)兩位院士的工作。前者在基礎(chǔ)研究方面先后提出了表面“空位”對吸附和催化反應(yīng)作用的概念；氫和一氧化碳活化吸附方面的“易位吸附”和“協(xié)同機理”的新概念等；后者自行設(shè)計、組裝了多種近代能譜儀，在國內(nèi)較早建成了一個從分子水平研究表面吸附和催化過程的表面催化實驗室，系統(tǒng)開展了銀系列催化劑的基礎(chǔ)理論研究。

作為表面科學(xué)和技術(shù)研究領(lǐng)域的杰出代表，埃特爾教授也為中國表面化學(xué)和催化研究發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。他分別從1997年和2000年開始擔(dān)任中科院大連化學(xué)物理研究所《催化學(xué)報》顧問和催化基礎(chǔ)國家重點實驗室國際顧問，先后在他的研究室長期工作的中國學(xué)者超過了10位。其中大連化物所的包信和研究員從1989至1995年一直在埃特爾教授的指導(dǎo)下研究高壓條件下氧與銀表面的相互作用以及甲醇催化選擇氧化機理。

由于年事已高，埃特爾很遺憾自己不能將模型催化的研究拓展到納米和生物領(lǐng)域。當(dāng)包信和提出回國后希望拓展模型催化劑的基礎(chǔ)研究，進(jìn)一步將催化表面化學(xué)的研究與納米技術(shù)相結(jié)合，從納米尺度上深入理解催化反應(yīng)過程時，埃特爾表示極大支持，并將他們自行研制的一臺光發(fā)射電子顯微鏡(PEEM)贈送給包信和。他還積極推動大連化物所與弗里茨一哈伯研究所共同成立了中科院和馬普學(xué)會“催化納米技術(shù)”伙伴小組，并親自擔(dān)任專家組組長，利用表面科學(xué)的表征、制備手段，研究催化反應(yīng)的納米作用基礎(chǔ)。

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格哈德?埃特爾小傳

篇10

無機及分析化學(xué)不是無機化學(xué)、分析化學(xué)兩門課程的疊加，教學(xué)內(nèi)容豐富，概念和理論知識較多，各章節(jié)之間的獨立性較強。因此合理安排教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方法及思維方式無疑是大一第一學(xué)期開設(shè)這門課的關(guān)鍵。在內(nèi)容的安排上，前兩章首先回顧高中的一些化學(xué)基礎(chǔ)知識，并介紹了誤差及數(shù)據(jù)處理，稀溶液的依數(shù)性和膠體溶液。然后，第三和四章主要介紹化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)及化學(xué)平衡，讓學(xué)生掌握反應(yīng)三要素:反應(yīng)方向即吉布斯函數(shù)變，反應(yīng)快慢即反應(yīng)速率常數(shù)，反應(yīng)限度即反應(yīng)平衡常數(shù)。第五章主要介紹物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，離子鍵及共價鍵理論和晶體結(jié)構(gòu)。第六、七、八和九章分別介紹酸堿平衡、溶解沉淀平衡、氧化還原平衡和配位平衡及其對應(yīng)滴定分析法，讓學(xué)生掌握測試固體或溶液中某種元素含量的分析測定方法。最后，第十、十一和十二章主要介紹一些簡單儀器分析法及原理，例如:第十章吸光光度法，不僅要介紹該方法的原理朗伯－比爾定律，還要介紹目視比色法、示差法和標(biāo)準(zhǔn)曲線法三種常用的吸光光度法分析法。內(nèi)容上總體上是先講理論原理，再介紹知識點，將理論原理融入生產(chǎn)實踐中，使學(xué)生較快地掌握化學(xué)理論，再通過課堂上的一些練習(xí)題，使學(xué)生加深教學(xué)內(nèi)容的記憶，知識更加系統(tǒng)。這樣不僅可以將無機和分析化學(xué)知識點有機的融合，還可以將理論應(yīng)用到生活實踐中。在一學(xué)年的學(xué)習(xí)中，總共80學(xué)時，第一學(xué)期學(xué)習(xí)前六章共計48課時，第二學(xué)期學(xué)習(xí)后六章共計32課時。在教學(xué)過程中，應(yīng)該精選教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生掌握化學(xué)基礎(chǔ)理論知識并具備較寬的知識面，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下了扎實的基礎(chǔ)。與此同時，教師要熟悉該課程的教材，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)，合理制定教學(xué)大綱和教學(xué)培養(yǎng)方案，精煉教材的內(nèi)容，對于中學(xué)已經(jīng)學(xué)過的化學(xué)知識或者與專業(yè)聯(lián)系較少的理論知識可以簡略講解。比如:第四章的化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)平衡，化學(xué)反應(yīng)速率的定義，影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素以及化學(xué)平衡的移動;第八章氧化還原反應(yīng)的定義，配平，得失電子，氧化劑和還原劑等概念知識。這些知識點中學(xué)都已經(jīng)涉及過，教師在授課時只要簡單介紹即可。對于能源化學(xué)工程專業(yè)而言，水煤漿的開發(fā)和利用是近年來的一個熱點，也是煤炭清潔利用的重點。因此，對于第二章分散系的內(nèi)容應(yīng)該詳細(xì)講授，再介紹水煤漿分散系。

2激發(fā)學(xué)生興趣

興趣是最好的老師，要學(xué)好無機及分析化學(xué)，首先要激發(fā)學(xué)生的興趣。第一，在無機及分析化學(xué)這門課的緒論課上，主要介紹化學(xué)的作用及學(xué)習(xí)方法。第二，闡明化學(xué)與人類生活之間密切聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)。第三，無機及分析化學(xué)是化學(xué)、化工類相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課，其作用無論是對以后的專業(yè)課學(xué)習(xí)還是將來從事工作都具有重要的意義。第四，在平時的課堂教學(xué)中，可以多講一些貼近生活的例子，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。例如，在介紹影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素時，舉例說明，夏天食物容易變質(zhì)，我們可以將食物放進(jìn)冰箱中保存，以防止變質(zhì)。這是通過降低溫度，達(dá)到降低食物變質(zhì)的速率。汽車尾氣CO和NO是嚴(yán)重的環(huán)境污染物，從熱力學(xué)的角度講，CO+NON2+CO2可以發(fā)生，但是遺憾的是，在通常狀況下，該反應(yīng)進(jìn)行的非常之慢，以致不能有效地去除車道內(nèi)的CO和NO。因此，有必要對化學(xué)反應(yīng)的速率問題進(jìn)行研究，必須考慮外界因素對反應(yīng)速率的影響，由此可引出本節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。第五，在教學(xué)過程中，穿插介紹一些與知識點相關(guān)的科技發(fā)展新動態(tài)及前沿知識，以此調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3綜合利用各種教學(xué)方法

現(xiàn)階段的教學(xué)方法多種多樣，而在實際教學(xué)中，各種教學(xué)方式應(yīng)該相互結(jié)合、取長補短。根據(jù)我校無機及分析化學(xué)教學(xué)團隊多年來教學(xué)中的經(jīng)驗，可以概括為以下幾點:第一，增加課堂討論。針對一些在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，教師應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生搜集資料，進(jìn)行課堂討論。在討論的過程中培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力;第二，讓學(xué)生走上講臺。讓學(xué)生走上講臺不僅可以體驗教師備課的準(zhǔn)備過程，還可以鍛煉學(xué)生的能力;第三，運用多媒體教學(xué)，可以使微觀概念及理論形象化。例如，在物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)這一章，學(xué)生一般較難理解，如果用多媒體課件和化學(xué)軟件以動畫的形式去展現(xiàn)，課程內(nèi)容會更加形象、生動。這樣的教學(xué)不僅有利于學(xué)生理解、記憶，還可以活躍課堂氣氛。第四，對于公式推導(dǎo)，應(yīng)該板書推理過程引導(dǎo)學(xué)生理解。在教學(xué)中應(yīng)避免盲目使用多媒體教學(xué)，要將多媒體與其他教學(xué)手段結(jié)合起來，才會使學(xué)生理解公式的推導(dǎo)過程，并能較好的應(yīng)用公式。

4培養(yǎng)學(xué)生能力

為了調(diào)動能源化學(xué)工程專業(yè)學(xué)生對無機及分析化學(xué)基礎(chǔ)課程的興趣，可以積極組織各類化學(xué)競賽活動。我省有各類化學(xué)競賽，例如:化學(xué)視頻大賽，化學(xué)實驗競賽和趣味化學(xué)競賽等。近年來，教育部門堅持開展國家級、省部級大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目，有望培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力，推動全民創(chuàng)新。此外，為了鼓勵和培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新激情及能力，我們學(xué)校也開展了大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目。該項目均是由學(xué)生親自撰寫項目申請書，申請答辯ppt，中期考核表，結(jié)題報告和結(jié)題答辯ppt等資料。這不僅培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新能力，還為學(xué)生日后工作和學(xué)習(xí)培養(yǎng)科學(xué)合理的方法和實踐能力提供了基礎(chǔ)。

5適應(yīng)專業(yè)要求

能源化學(xué)工程專業(yè)的技術(shù)性和實踐性較強，在無機及分析化學(xué)的教學(xué)中，要把握專業(yè)的特殊要求，認(rèn)真學(xué)習(xí)我校能源化學(xué)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案，深入研究教學(xué)大綱，充分了解無機及分析化學(xué)在整個專業(yè)課程體系中的作用，明確教學(xué)過程中的內(nèi)容和重難點。例如，化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)章節(jié)的內(nèi)容應(yīng)該詳細(xì)講解。這部分內(nèi)容對于能源化學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生而言，可以更好地理解能源轉(zhuǎn)化及利用過程中的一般規(guī)律，為高效、低碳環(huán)保使用能源奠定基礎(chǔ)。

6結(jié)論