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复合材料最有利于提高构件的结构效率。但是,复合材料的压缩性能与拉伸性能不一致,因此,复合材料构件的刚度限定于材料的弯曲模量;在设计低应变构件时,弯曲模量取值和拉伸模量近似相同,在设计高应变构件时,则应采用相应的模量,如拉伸、压缩和剪切模量,对材料结构效率的评估也应取相应的模量计算。 以下是读文网小编今天为大家精心准备的:浅析复合材料构件的结构设计相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料,具有重量轻、强度高、加工成型方便等优点,在航空航天、汽车等对重量敏感的行业具有广阔的发展前景。但复合材料的材料性能对加工工艺很敏感,并受加强纤维方向影响形成各向异性的材料性能特性。这就给复合材料构件的设计带来了挑战,不能照搬传统金属材料的设计方法和理念。下面就复合材料构件的结构设计,按照设计流程,从结构方案设计,结构强度设计,材料成型工艺和试验验证等方面进行分析。
复合材料构件的结构方案设计与金属材料有较大不同,复合材料构件的结构应尽量圆滑过渡,避免翻边等型面曲率剧烈变化的结构。由于复合材料的连接主要采用胶结的方式,因此在零组件设计方面,应尽量减少零件数,推荐采用一次成型的加工方案。在关重部位的连接方式上尽量采用预埋金属连接件的方案。
随着有限元设计等先进结构强度设计方式的发展,现代构件的设计从验证设计开始向预测设计转变,传统金属材料的结构强度设计已经趋于成熟,从材料性能、计算流程、校核标准等方面均有章可循,但复合材料构件的结构强度设计目前仍存在一些问题。现阶段可以说基本解决了计算流程的问题,材料性能方面也随着性能实验和计算软件平台的开发逐渐解决,但在校核标准方面尚未形成统一的国家或行业标准和共识。因此在强度设计时需从结构静强度、刚度、动态特性和结构稳定性方面全方位考虑,并选取较大的安全系数来提高结构可靠性。
由于复合材料成型过程既是结构形成阶段,又是材料性能形成的阶段,因此复合材料构件对材料成型工艺提出了较高的要求,既要满足结构方案中复杂结构一次成型的需求,又要满足强度设计对材料性能指标的规定,同时对材料成型工艺的稳定性要求也比较苛刻。在此阶段,如材料成型工艺攻关不成功,则需降低要求重新进行构件的结构方案和强度设计工作。为减少设计风险,可在初始设计阶段参考成熟成型工艺进行设计,当然带来的损失就是构件重量的增加和构件指标的降低,因此应综合考虑各方面因素,确定最优化的可行性方案。
鉴于复合材料组织均匀性差以及分层铺敷的结构特点,对复合材料构件进行试验验证时应重点关注疲劳性能、破损容限等特性,并对材料耐高温、腐蚀性能进行充分验证。
通过上述分析,可以看出复合材料构件的设计相对难度较大,但由于复合材料自身的优越性及行业设计能力的提升,必将得到更广泛的应用。
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经过几十年的发展历程,计算机在我国获得了广泛应用。下面是读文网小编为大家整理的计算机应用毕业论文,供大家参考。
摘要:计算机应用基础在现在生活、学习、工作中的作用越来越大,但高校计算机应用基础课程教学存在一些问题,已经不能适应现实的需求。本文深化高校计算机应用基础课程教学改革的意义作为切入点,分析了高校计算机应用基础课程教学存在的问题,最后提出了高校计算机应用基础课程教学改革的策略。
关键词:计算机应用;教学;改革
一、深化高校计算机应用基础课程教学改革的意义
伴随着信息化的发展,计算机已经成为了日常生活、工作的最基本的技能。但在高校高校计算机应用基础课程教学中学校、教师对计算机应用基础课程不够重视,学时较少,教学模式和教学效果等方面都不尽如意,对于大学生计算机的应用能力的培养具有一定的影响,因此,深化高校计算机应用基础课程教学改革是一项势在必行的工作,对于推进高校发展,培养大学生计算机应用能力等方面具有重要的现实意义。
二、高校计算机应用基础课程教学存在的问题
(一)对计算机应用基础课程重视度不高。学校、教师、学生普遍认为计算机应用基础课程是一门公共课程,只要考试过关即可,教师和学生的重视度不高。一方面教师认为对于非计算机专业的学生,对于计算机的要求要求不高,只要上课随便讲讲就可以了,因此对学生的要求也不高,导致学生的学习计算机应用基础课程的积极性较低。另一方面,部分大学生认为学习计算机只要学会上网聊天、浏览网页、看电视电影、玩游戏等娱乐活动,就是掌握了计算机的基本知识。也有一部分学生认为自己在大学时已经掌握了计算机应用的基础知识,大学时没有必要再重复学习了,只要把自己的专业课学好就可以了。
(二)学生水平不一致,教学不能因材施教。在高校中,学生来自不同的地方,对于计算机基础的掌握程度也不尽相同。但反观高校计算机应用基础课程的设置,还在使用统一的教学大纲,统一的教学内容,这就导致了计算机应用基础课程对部分学生的吸引力不大。而基础较差的学生则无法掌握教师教授的内容。因此,高校计算机应用基础课程的教学计划很难完成。
(三)讲授时间与实践操作时间分配不合理。随着信息网络的不断进步与发展,计算机应用基础课程的教学内容和范围不断增加,知识点也越来越细,这就要求教师的教学内容不断更新和扩充,计算机不断发展和应用范围的扩大,要求我们不断的更新和扩充教学内容,但是高校中计算机应用基础的课时基本在50到70个之间,这样教师为了完成教学内容,会压缩学生的“上机”实践操作时间,这样就导致学生不断地学习新的知识点,但是无法“上机”练习,易造成“纸上谈兵”的现象。
(四)教学方式较为落后。高校计算机应用基础课程的教学方式主要是采用教师操作计算机和投影仪的方式,教师将知识点一股脑的输入给学生,与学生之间的互动也较少,有的学生听的迷迷糊糊,但是又不敢打断老师。另外,教师先讲解知识点,等到下堂课才会组织学生“上机”操作,有时两堂课之间是一个星期有时甚至是两个星期,这样学生对知识点的掌握已经很模糊了,这样就造成了计算机应用基础课程的教学效果不佳。
(五)评价方式简单。高校计算机应用基础课程对学生的评价方式较为简单,大部分高校主要采用试卷和上机考试相结合的方式,对于计算机这种应用型的科目,试卷很难反应学生的实际操作能力。而且上机考核系统存在一些局限性,也不能很好的评价学生的实际水平。
三、高校计算机应用基础课程教学改革策略研究
(一)各方应加大对计算机应用基础课程的重视程度。目前,计算机已经成为了日常生活、工作中最普遍的应用工具。高校作为系统教授计算机应用基础知识的单位,学校各方应当重视计算机应用基础课程,一是合理安排计算机应用基础课程。增加关于计算机应用的最基础、最先进、最实用的知识点,增加学生的“上机”时间。培养学生的实践按操作能力。二是作为教师,要对教学计划、教学内容等做出合理的安排,保证学生既能掌握书本上的知识点,又具备熟练的操作能力。三是学生要从思想上认识到计算机应用基础课程的重要性,保证出勤率,课下复习书本上的知识点,又注重去机房的实际操作。
(二)根据学生的层次,实施因材施教。高校中学生来“自四面八方、五湖四海”,对于计算机应用基础的掌握程度也不尽相同,为了保证所有学生都能“学有所成”,高校应当根据学生的不同层次,因材施教。一是在大学生入学时,组织关于计算机应用基础知识的考试,大概掌握学生对于计算机知识的了解情况。根据考核情况将学生分为不同的班级,一个是拥有计算机基础的班级,另一个为较少具备计算机基础知识的班级。学校根据不同的班级制定不同的教学计划、教学内容、教学目标,实施因材施教,保证所有的学生都能学到“新鲜、实用”的计算机应用基础知识。
(三)根据专业需求,安排教学内容。计算机应用基础知识的设计面十分广泛,教师不可能教授所有的知识点,学生也不可能掌握所有的知识点,因此,为了保证学生掌握更多实用的内容,教师可以根据专业需求,安排不同的教学内容。例如,土木建筑类专业的学生,走向工作岗位,要设计施工方案,CAD软件的应用十分广泛,因此,在安排土木建筑专业学生的教学内容时,可以适当地偏重此方面的教学。而对于英语、法学等文科专业的学生,对于计算机应用基础课程的具体要求可以适当降低。这样既可以增加学生学习的兴趣,又可以保证学生“学有所用”。
(四)创新教学方法,加强实践教学。计算机应用基础课程是一门实用性、操作性很强的课程,教师应当创新教学方法,改变传统的“满堂灌”的方式。高校可以将计算机应用基础课程搬到“机房”,采用“一堂课,一个案例”的方式,通过教师采用多媒体教学方式讲解后,学生自己参见实践、研究案例的完成方案,这样可以理论教学与实践操作紧密结合起来,以实践来带动整个教学内容,也充分调动了学生学习的积极性与主动性。
(五)改革考核方式,采用无纸化考试。针对计算机应用基础课程的操作性强的特性,“纸质考试”无法体现学生学习的实际状况,为了保证考试能够真实地放映出教学的效果,高校在计算机应用基础课程中应采用“无纸化”考核方式,具体而言,高校研发专门的计算机应用基础课程在线考试平台,实现在线考试和在线自测的功能,并附有题库。同时,为突出计算机应用基础的实践学习的重要,还要增加实验报告,在考核中所占的比重。
四、结论
计算机应用基础课程是高校中重要的公共基础课程之一,针对其存在的问题,高校应当高度重视,不断地改进教学理念、教学方式,重视计算机的应用性和实际操作性,保证学生能够学到更多、更实用的计算机应用基础知识。
参考文献
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[5]徐坚.高等院校计算机公共课教学的改革与实践[J].电脑知识与技术,2009(5).
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[7]徐坚.高等院校计算机公共课教学的改革与实践[J].电脑知识与技术,2009(5).
摘要:随着互联网时代的全面到来,计算机应用能力的培养作为普及计算机应用技能的先决条件对互联网经济时代的全面发展起着重要作用。相较于计算机专业的教学,非专业计算机大学生计算机应用能力正处于发展状态。本文将针对非计算机专业大学生计算机应用技能培养进行讨论,为非专业计算机大学生计算机应用能力培养提出意见和建议,旨在为培养适应现代化建设人才贡献力量。
关键词:非计算机专业;大学生;计算机应用能力
前言
互联网以飞快的速度渗透于人们生产生活的各个环节,因此社会发展对计算机使用技能提出了多元化的要求。因此,非计算机专业开始加强对计算机应用能力的培养,对培养适应现代化建设人才至关重要。但是,目前,国内高校对非计算机专业大学生计算机应用能力的培养措施还不够完善,所以,广大计算机教育者必须对新时期赋予的对计算机教学的要求重新审视,对非计算机专业大学生的计算机应用能力进行培养,提高非计算机专业大学生计算机应用能力,适应数字化时代的全面到来,适应现代化建设对于应用型人才的需求。
一、大学生计算机应用能力培养重要性分析
(一)适应互联网经济发展的需要
20世纪中期以来,网络时代的全面到来,互联网经济的大幅度发展,数字化技术的全面渗透,对世界各国的人才结构提出了更高的要求,要求人才不仅要具有坚实的专业基础,同时必须将计算机应用于工作当中,将计算机应用技能作为一项工作基本技能存在于人才的知识储备库当中,适应时代发展的步伐,肩负经济建设和人类文明发展的重要使命。数字化时代的全面到来结束了单纯性要求人才“术业有专攻”的时代,开始对人才的综合应用能力提出更高要求,要求社会分工的各个角色都能够将计算机应用能力,市场应变能力、管理能力、创新能力等全方位能力系统有机整合,形成适应现代化生产发展的综合型、应用型人才。所以高职教育中注重对非计算机专业大学生的计算机应用能力的培养是适应人类文明全面进步的要求,是适应网络时代全面发展的要求,是适应互联网经济高速发展的需要,是推进现代化建设前进的重要举措[1]。
(二)适应教育体制改革的需要
随着时间的推移,人类社会发生了翻天覆地的变化。科学技术的迅猛发展使得人类进入数字化时,这次全球性的社会信息化改革浪潮对世界各国的教育事业发起了挑战,要求教育事业应向新的高度迈进,培养适应新时代发展的人才体系。社会信息化改革的人类文明发展现状要求世界各国必须改变传统教育模式,更加注重对复合型人才,应用型人才的培养,加大对教育体制改革的力度,全面落实素质教育方针[2]。因此,加强对非计算机大学生的计算机能应用能力的培养是适应人类文明发展对教育体制改革的有效措施。根据互联网经济时代对计算机应用提出的全新要求,我国高职教育在对高等人才的培养模式上受到了严峻的挑战。近年来,随着我国教育体制改革的不断深化,国家对高等人才的培养已经开始注重对复合型人才的培养,加大了对应用型人才的培养力度,根据教学必须遵循培养“面向世界,面向未来,面型现代化”的基本教育理念要求,就业市场竞争日新月异的发展,必须注重对非计算机专业大学生的计算机应用能力的培养,以适应教育体制改革的需要。
二、非计算机专业计算机应用能力培养现状
随着我国教育体制改革的不断深化,高职教育在教学过程中加强对应用型人才、复合型人才的培养已经落实到高职教育的教学实施过程中,各高校已经把对计算机专业大学生的计算机应用能力培养提到教学日程的高度加以重视,就目前状况分析,高职教育对计算机专业大学生的培养已经形成较为完善的教育体系。但是,针对非计算机专业大学生计算机应用的能力培养存在诸多问题:
第一,基于高职教育对非计算机大学生计算机应用能力在认识上存在一定模糊性这一基本原因,各高校对非计算机专业大学生计算机应用能力培养的定位普遍较低,从而导致在课程设置中存在系列问题,非专业计算机教育虽然已经成为高职教学的基础课程,但是课程体系以计算机理论、数据库相关知识、程序设计语言基础等专业性较强的课程为主,针对非计算机专业大学生计算机应用能力方面的课程体系不足,使非计算机专业大学生不能直接形成熟练的计算机实际应用能力,使计算机成为研究本专业的重要工具,从而导致非计算机专业大学生计算机实际应用能力不足,严重阻碍应用型人才的培养进程[3]。
第二,由于在非专业计算机大学生的计算机教学课程上的缺陷,导致非计算机专业学生在接受计算机教育过程中,理论学习比重过高,实际应用课程甚少,、不能够满足非计算机专业大学生对实践教学课程的需求,从而导致非计算机专业大学生对计算机的认识只停留在计算机基础的层面,不利于非计算机专业大学生形成计算机实际应用能力。因此,目前对非计算机专业计算机实际应用能力的培养上存在教学环境缺失的问题[4]。
第三,在高职教学的过程中,如何对学生的学习效果进行考察与评价,对受教者的学习结构起着重要的作用。目前,我国高职教育中,对非专业计算机学生针对计算机课程的评价体系依然处于初级的考核状态,此类低水平的评价机制直接导致非计算机大学生对计算机课程的学习处于被动的状态,从而导致非计算机专业大学生对计算机应用能力的学习没有足够的思想保障和学习兴趣保证。所以,针对非专业计算机教育缺乏行之有效有效的评价体系。
三、加强非计算机专业大学生计算机应用能力培养的策略
加强对非计算机专业大学生计算机应用能力的培养,提高非计算机专业大学生计算机应用水平是世界性、现代化建设、未来社会发展的共同要求,所以高职教育必须针对如何提高非计算机专业大学生计算机实际应用能力这一问题,以实际教育背景为出发点,根据目前实际教育情况做出对策,满足社会进步对应用型人才的要求。
(一)教学内容科学化
课程设置是一切教育实施的出发点,是理论能力向实践能力转化的核心环节,所以课程设置是否科学化,对教学实施的顺利进行、教学目的的顺利达成起着基础性的作用[5]。若想高职教育能够为社会发展培养出计算机实际应用能力极强的人才,必须在针对非计算机专业课程的设置上实现科学化,以计算机基础理论为理论基础,从非计算机专业大学生的实际教学背景和学习情况出发,将系统性突出、专业性突出、实践性突出三者有机结合,形成重点合理,能够激发非计算机专业大学生学习兴趣,提高学生计算机专业水平和应用能力的课程体系,实现非计算机专业计算机教学课程设置科学化,从根本上保证对非计算机专业大学生计算机应用能力的培养。
(二)实践性教学环境的构建
教学环境的构建对教学实施起着至关重要的作用,实践性的教学环境能够为实践能力的培养提供强有力的保证。因此,在注重对大学生计算机实践应用能力的培养过程中要注意对实践性教学环境的构建,进而对非计算机专业大学生计算机能力的培养提供强有力的环境层面支持。构建实践性的教学环境要实现对课内实践环境构建和对课外引导实践环境构建“两手抓,两手都要硬”,使课内、课外两个实践性教学环境相辅相成,有机结合,从而提高非计算机专业大学生的计算机实践应用能力。
(三)加强评价体系整改措施
评价体系是对教学过程的有力反馈。构建科学性高、激励性强的评价体系能够强有力的保证教学过程的顺利实施,保证教学目的的顺利完成,所以,在提高非计算机专业大学生计算机应用能力的教学过程中必须加强对评价体系的整改措施。完善教学评价体系必须使评价体系实现权威性、层次性、动态性的有机结合,构建科学化的教育评价体系,激发非计算机专业大学生对计算机应用的学习兴趣,提高高职教育计算机教学效率,提高非计算机专业大学生计算机实践应用能力。
四、结语
网络时代的到来,对世界各国尤其是发展中国家的教育模式提出了更高的要求,要求教育事业的使命必须与社会发展相适应。随着社会的发展,市场就业形式也发生了翻天覆地的变化,市场就业中对应用型人才的要求越来越高。因此,加强对高等人才计算机应用能力的培养能够满足社会全面进步的要求,推动社会的良性可持续发展。笔者希望通过本文的论述,为提高非计算机专业大学生计算机应用能力做出贡献。
参考文献:
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[3]李卓玲,孔英,张凯.计算机应用与维护专业要注重技术应用能力的培养[J].辽宁高职学报,2001,05:25-27.
[4]刘士才,杜树杰,林春洪,王秀红.加强实验教学提高大学生的计算机应用能力[J].计算机时代,2007,07(08):12-13
[5]郭盛煌.计算机专业学生基本素质和专业素质教育的融合[J].科技创业月刊,2011,10(09):75-76.
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随着我国国民增长水平日益提高,我国的国民经济也得到了急速的增长,随着信息化社会的进步,我国计算机应用技术也日趋完善。下面是读文网小编为大家整理的计算机毕业论文,供大家参考。
摘要:任务驱动教学法是一种极具实用价值的教学方式,强调理论与实际的相结合。在教学中,教学技术的运用更加突出。任务教学法主张以学生为中心,通过教师指导学生,解决在教学任务中的问题,并实现学习目标。在计算机应用基础教学中,采用任务驱动教学法,让学生在实际任务中,不断地发现问题,解决问题,并在解决问题的过程中,不断地提高自己,让学生能够对自己所学的知识有一定的认识,并且可以培养学生的独立思考能力,创新与实践能力。
关键词:任务驱动教学法;教育技术;计算机应用基础
计算机应用基础是一门既注重知识,又注重技能的课程,要求学生对计算机的一些基本的知识有所了解,掌握常用的操作方法,以及软件的实用。现代教育非常注重学习者的中心地位,以及教师指导,与学生自我学习相结合。任务驱动不想传统的教学模式,将理论与实际相互隔离,它要求在学生实际操作的同时掌握一定的基础知识,理论与实际相结合,注重培养学生的自我解决、分析问题的能力,让学生能够主动学习,自我学习。这样才能更好地激发学生的创造力和学习兴趣,从而达到一个理想的学习效果。
1概念和理论基础
任务驱动教学法是让一切为学生服务,以学生为中心。其方法是将一门课程就是在本文中计算机应用基础课看作一项大课题,然后再将大课题分割成几个小课题。每个小课题在整个教学任务中都作为一个独立的教学模块,目标性的对学生进行培养。让学生对每个小课题进行深入的研究学习,当每个任务课题都完成时,学生便已经系统性的将这门课消化理解了,并且这种教学法极具实践性,对于计算机应用基础这门课非常适用。教育技术就是为学习服务,经过深刻的分析对教育的过程,以及资源整合,适当的引导,来提高学生的学习效果,最终达到教学目的。由于计算机和网络技术教学所具有的特别适合与任务驱动教学法的环境,因此计算机基础教学中,任务驱动教学法显示出了极大的优势和生命力,并且在世界范围内引起了一场教学改革的热潮。驱动教学法认为,知识真正获得,并不在于老师的传授,学生才是主体。驱动教学法主要用于学习者的学习,而并不是通过外部的刺激而唤起学习者的兴趣。因此,学生在教育中占有主导地位。教师在教学过程中的意义在于对学习者的学习进行引导,和提供帮助。而不是对学习者进行知识灌输。因此,在这样的教育模式下,就要求教师在教学模式中采用新的教学思想,要求教师对教学方法、教学内容进行新的设计,从学习者的角度来考虑如何提高学习的积极性,提高学习效率。从而在新的理论指导下,构建一种新的教学模式,理论与实际相结合,真正的体现驾驭的本质要求。
2任务驱动教学法在计算机基础课程中的应用
在计算机基础教学过程中,在进行任务分配时,一定要确保每一个任务的质量,做到少而精,让每一个任务都具备一定的实际意义,并且能够启发学生进行和思考和学习,让学生能够从何处做起,以及在哪些方面能做出变化。在当前的计算机基础教学中,常用的办公软件系列都是教学的重点内容。1)任务布置阶段,在这一阶段中,首先要明确教学目的,然后在教学指导和教学方法上进行设计,在引导的时候要做到引而不发,这样才能激发学生的好奇心,增加学习兴趣。在布置任务时,一定要将所有要求掌握的知识点涵盖全面。2)在学生实际操作和老师指导阶段,一定要保证学生有充足的时间和空间来进行学习、操作、思考、和大胆尝试,使他们在实际的操作中可以领悟到知识的作用。在这一段时间,老师也要善于总结,学生在某一问题的解决过程中一定会出现一些共性的问题,老师要善于总结这秀儿共性的问题,并考虑问题的根源,对其进行统一的讲解。3)在交流阶段中,要将一些共性的、极具研究使用价值的问题组织进行交流与讨论,以让学生有一个更深刻的理解。组织学生进行相互交流,让学生从同学之间回想学习各自的心得,集思广益,让思想在问题的集中解决中得到启发。力争做到开拓创新。学生在交流之后对于其他问题的解决有一定的帮助,在进行对比之后得出新的解决方法,并且学生有兴趣进行进一步的问题探究,进而有利于教学工作的开展。4)总结阶段,在总结阶段中,同学们相继将自己的研究成果进行展示说明,找出自身的不足,学习他人的长处,在学习知识的同时又拉近了学生之间的关系,促进了团结。在任务驱动教学模式中,教师的主要职责是对学生进行方法上的提示,帮助学生解决问题,鼓励学生进行自己亲自操作,以免出现理论和实际的分化的情况。
3设计任务时要注意的几个方面
在计算机基础教学任务中,教师分配给每个学习小组的课题,都对于整个教学任务的完成有着直接的影响。因此,教师对任务进行合理划分,以及确保任务的完成质量。在任务设置时,需要考虑以下几个方面:
1)实用性,设计的学习课题一定要与当前学生的学习内容相关,课题尽量要与联系与实际相关的问题,让学生在学习中研究、讨论与自身生活实际息息相关的问题,这样才能让学生的更加直观的深刻的理解自己当前正在面对的问题。在学生拿到课题后,首先要理解课题,然后思考从何入手,其次找到解决问题的方法。在这过程中会遇到哪些自身难以应对的问题,这些问题就是他们在整个知识体系中的欠缺点、漏洞。此时,教师将这些欠缺的知识教授给他们,会让学生记忆犹新,能够充分调动学生的求知欲望。由于一些部分的计算机知识,相对来说理论性较强,难以与实际任务相联系。教师针对此种情况,可以直接安排计算机操作练习任务,注重理论与基础操作的联系。
2)可操作性原则,教师一定要重视学生所做课题的可操作性,在设计课题时,要充分结合实际情况,合理利用现实条件,给学生以学习机会。例如:在进行计算机硬件的学习时,先让学生了解计算机的各组成部分,以及作用。因为冒然的让学生去组装一台真正意义上的电脑,具有一定的操作难度,而且不切实际。因此,计算机教学任务可以改为让学生们去动手拆解一台电脑,在拆解的过程中,逐渐的认清电脑的构造,以及内部原理,进而在将任务进一步提升到装配电脑的难度。这时学生的计算机学习就会实现循序渐进,更好地达到教学目的。
3)因材施教,作为教师要明白,每个学生都有其不同,而且在每个方面的优势、领悟程度都所差别。因此,老师应该对学生的情况进行了解,因材施教,并且设计教学任务时一定要充分考虑各个学生的理解能力,根据实际情况,由浅入深,循序渐进。有时候尽管教师对于某个问题解释地很清楚,但是学生在做任务的时候同样会提出很多问题,作为教师一定清楚耐心的解答。
4)发散性思维。在实际任务时,要考虑任务实施过程中的多变性,并在驱动是任务教学中要鼓励学生的发散性思维。对于同一个问题,要鼓励学生从不同的方面入手,用不同的方法能将其解决,培养学生的独立思考能力,并从中得出大量的思路。因此,计算机老师鼓励学生大胆实施操作,勇于尝试,不受固定模式约束。事实证明,教师鼓励学生大胆猜想,勇于尝试,对于逻辑思维开发具有重要作用,而且也是培养学生创造力的一项重要手段。大胆猜想克服传统思维定式,让学生能够开阔思维,举一反三,夸大自己的学习面。爱因斯坦曾说过:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要,因为解决一个问题仅仅是技能而已,而提出新问题,从新的角度去看旧问题,却需要创造性想象力,标志着科学的真正进步。”因此,在进行课题任务设计时一定要注意给学生留下独立思考和探索的空间,让学生自己去发现问题并尝试解决。比如,在进行版面的美化设计时,要学生探索多种方法开拓想象力,一些图画除了剪切的方法以外,还有许多其他方法,要给学生自己探索的空间,有的学生就会开始尝试研究是否图画能自己绘制,或者是否能将网上的一些美图放到版面中,甚至按有同学想子将将图片输进电脑,更有学生提出用其他美化工具来组合为做更具特色的版面样式。
4结束语
计算机基础的学习是每个在校生的重要学习部分,也是在学学生需要掌握的一项重要技能。随着计算机技术在各个领域的渗透,计算机知识的掌握程度也随之提高。由于计算机学习比较枯燥,需要增加学生的学习兴趣来提高教学水平。任务驱动教学法作为一种以学生为对象的学习方法,在计算机教学中起到非常大的作用,其能够让广大学生更加清楚、明白,以及系统地了解计算机这门学科。同时,任务驱动教学法启发学生的求知欲,提高学生的创新能力,以后的计算机学习打下坚实的基础。因此,任务驱动教学法在计算机基础教学中发挥重要作用。
参考文献:
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[2]Flash的交互功能在课件设计的应用
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摘要:近年来,在国家“大力发展职业教育”的系列政策的推动下,职业教育取得了长足发展。职校与联想集团共同探索和推进“校企融合、教产一体”的工学结合人才培养模式,通过“联想专班”建设,建立IT人才培养标准与创新人才培养方案,从而探索职业教育培养模式及职教改革路径。
关键词:现代职教模式;校企合作化;联想专班
1实施背景
哈尔滨市现代应用技术中等职业学校在改革学生培养模式过程中遇到了很多问题,如创新人才培养机制如何建立?如何使学生成为掌握最新知识技能的人?如何让学生成为企业欢迎的人?为此,只有积极主动引进“外脑”才能找到正确答案。在2015年年初,学校引入的联想集团校企合作项目正式实施,联想集团是IT行业的世界第一,并一直致力于“产业报国”。该集团从2003年起就开始涉及教育领域,不断与全国各职业院校共同打造适合于中国的职业教育模式。2014年年底,学校与中国联想集团教育与培训事业部就全方位战略合作签约,启动联想校企“一体化”项目,从创新型IT人才培养、双师型教师(企业讲师、企业工程师)培养模式创新、企业管理实践进校园、教育信息化建设等方面展开全面合作。目的:一方面大力发展我校职业教育,增强学生技术能力、实战能力,真正做到“学校、企业、师生、资源一体化”;另一方面,计划到2018年,必须建成具有示范、带动和辐射东北三省作用的技术技能人才培养中心和职业教育项目。2015年3月,哈尔滨市现代应用技术中等职业学校开设的“首届联想专班”顺利组建完成,并正式开课,这标志着东北三省第一家联想一体化项目已经顺利“扬帆起航”!
2主要目标:引入企业标准培养技能人才
(1)达成职业教育核心的培养目标。以学生的就业为优先目标,教会学生生存本领和感恩的心态,教会他们获取幸福生活的能力,让每一位学生都有专业技能,让每一位学生都有升学前景,让每一位学生都有“责任、团队、诚信和积极的心态”。
(2)引入企业的人才培养标准。以行业标准的联想IT服务人才培养能力模型和认证体系为标准(LCSE,联想认证服务工程师),培养符合IT服务行业最新需求的学生和教师。
(3)培养社会需要型学员。联想与学校共同选拔优秀的学生参加LCSE专班和联想讲师培训班。联想安排企业认证讲师到学校在两个学期内为80名学生授课及为教师培训。安排联想高级工程师在实训中心指导实训,并安排优秀学员与我校教师在服务中心进行岗位实践,目标是将第一批8名学校教师培养为联想认证的“双师型”讲师。
3校企“一体化”项目建设管理措施
(1)成立项目建设领导小组。哈尔滨市现代应用技术中等职业学校与联想集团在项目起动前经过五次研讨和大量的数据调研工作,从企业和职业学校共优选10名成员,组成了联想校园“一体化”项目建设小组,对整个项目建设的推进做详细的规划和设计。
(2)明确项目目标。精确的日程安排与工作目标细化,每项动作都会有明确和具体的交付物。大量一手素材可为项目本身质量负责,并可用于“复盘”工作。
(3)明确具体的人员分工。做到权责明确、职能清晰。校方负责协调相关资源。联想负责项目实施。做到项目小组内“事事有人管,人人有事做”的人员分工模式。
(4)多建立种沟通机制。建立校企双周例会制度,并制定了相关汇报模板,做到例会在最短的时间内完成,汇报结果明确、精确。另外,在沟通方式上,增加了QQ群、微信等方式,大大提高了项目的沟通效率,减少了时效沟通成本。
(5)明确保障措施。①成立项目建设工作小组,由联想企业4人、学校2人组成。②校企例会对项目的工作计划、实施方案、工作进程、具体问题定期布置和检查。③建立网络汇报制度,对项目中涉及到各部门的问题及时通过QQ、微信汇报,小问题当天解决,大问题在一周内必须解决。④经费保障,本项目拟投入资金594万元,其中联想集团投入385万,学校投入209万元。由项目小组在校方监控下,对经费进行管理和使用。
4联想专班课程安排及学生管理模式
(1)联想专班学生课程安排。具体操作为三个阶段的课程:①职业素养课(2个月):通过职业素养课,使学生感性地认知本专业的相关情况,增强专业认同感,规划职业生涯,培养学生学习积极性和自信心。通过每天的晨会,强化学生的行为习惯。②专业技术课(2个月):学生通过专业知识学习和专业技能训练,掌握岗位必备的专业知识和技能,提高职业意识和技术操作熟练程度,引入企业真实项目进入课堂开展校内实训,并严格按照企业的工作制度进行工作和学习,让学生在学中做、做中学,提升学生的动手能力,使学生提前了解企业和社会,为培养高素质技能型人才和“零距离”上岗打下良好的基础。③实施“顶岗实习”(2个月):通过到联想集团顶岗实习强化学生岗位能力的培养,提升职业能力。以“做中学,学中做”的方式完成中等职业教育与企业上岗培训的最终叠合,实现“毕业即就业、上岗即能用”的教学目的。学校与联想集团共同管理联想专班,共同培育学生。采用“项目制”,分组学习,各小组之间又有竞争,又有合作,在课堂上就能完成从“学生”到“职业人”的转变。将联想专班的建设和管理划分为“筹备、启动、磨合、规范、发展”五个阶段。
(2)筹备阶段(培训开始前4周)。本阶段工作目标是为保证教学做充分完善的前期准备工作,包括教师人员准备及物资准备。联想专班班主任选拔标准:①工作态度积极主动,有爱心,责任心强。②认同联想企业文化与教育理念。③工作经验,有丰富的班主任工作经验、骨干教师、优秀教师者优先。④有良好的沟通能力和协调能力,注重自我学习,善于总结与应用。环境设置标准:教室面积及桌椅摆放根据参加培训的人数,分为四到五组,每组人数6~8人为佳。教室配备投影仪、幕布、无线麦克风等电子设备。
(3)启动阶段(专班成立2周内)。本阶段目标是初建积极正向的班级氛围,让学生快速适应新的集体与教学环境。阶段工作内容包括:①开展拓展活动(1周左右);②第一次班会(破冰分组);③在班会中通过组织游戏、活动等让陌生的学员迅速熟悉,让学员间迅速建立连接,游戏帮助人们放松,乐于交往,建立学习型团队,即“半军事化管理+半公司化管理”的学习型团队;④讲师1对1沟通,深入了解学员状况,进行学生情况分析,通过对学生的兴趣的了解,对学生态度的初步分类:积极、一般、不积极,针对不同类型的学生,采用不同的管理方式;⑤树立正面氛围,通过记名字、搭对子、日表扬、今日之星评选等方法树立正面氛围;⑥营造学习氛围;⑦组织启动阶段的团队活动(桃花朵朵开、萝卜蹲、大风吹、叠报纸等)。
(4)磨合阶段(专班成立4周内)。本阶段目标是使学生们喜欢班级、有集体荣誉感、积极配合老师的工作与任务安排、懂得关心关怀老师与同学,本阶段主要工作内容:①坚持双周总结例会与下阶段安排,双周总结的内容包括小组成绩汇总、小组发奖、星星大使评选(选前三名)、阶段考试成绩分析、评比最佳搭档(每组一对)、最佳学习周志评选。②启动阿拉丁神灯活动。③开展大型团队活动(与讲师配合),变形虫寻宝(至少做三遍,每人换不同角色)、负责任的传递、挑战60秒。④礼仪活动训练,校门迎宾、食堂迎宾、见老师同学主动打招呼。
(5)规范阶段(专班成立五周内)。本阶段目标是使专班学生有大局观、正确对待竞争与协作;班主任可初步授权、班委能够主动分担工作,学生初步具备自我管理的能力(不迟到、上课不看手机)、提升学生的自信与表达能力。阶段工作内容:①上一阶段总结班会;②团队活动,爱的传递、盲人方阵、挑战60秒———详细方法见附件;③创造精心时刻(为同学过生日、给妈妈突然打电话);④启动我爱我家活动(教室与宿舍);⑤才艺展示晚会;⑥演讲训练与比赛。
(6)发展阶段(专班成立5周后)。本阶段目标是让专班学生学会思考、反思自我,初步建立自我认知;具备基本的职业素质,包含有责任感、有大局观、有主人翁意识、有抗压耐挫能力、沟通能力较好;建立公民意识。阶段工作内容:①组织一次感恩活动(让学生们自己表达,给父母写封信);②社会实践活动(为全校师生清洁、调试电脑);③做义工;④20km的定向越野;⑤组织一次技能大赛;⑥组织学生参加一次非本校内比赛;⑦毕业典礼(邀请家长参加)。
5主要成果与成效
(1)培养80名联想LCSE认证工程师。学校与联想集团共同设计学员培训方案,更新了教师教学理念,创新教师授课方式,同时安排学生到联想服务站顶岗实践,使学员完全成为社会需要型人才。更重要的是,学员通过联想专班的课程,学会了“感恩”和“作人”,这才是我们职业教育的一个重要的目标。
(2)实现学生到职业人的转变。联想专班采用“教练式”教育模式,学生就开始向真正的职场人迈进,他们不迟到,穿正装,佩戴工牌,开企业的晨会,做企业实训。通过一系列实训活动铸造了自信、乐观的职业心态。联想实训中心完全模拟营造了企业环境,学生轮流扮演服务场景中的各类角色,并按照企业内同岗位的职业要求考核学员实训成绩,真正实现学生到职业人的转变。
(3)人才培养模式实现了引领和示范。本项目是联想集团第一次与中职学校开展的大型校企合作项目,我校作为东北三省首个合作的中职学校,在校企合作中积累了大量的实践经验,对周边省市产生了积极的影响力,在教育改革发展中起到了一定的示范和引领作用。
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如果说面对企业管理这一永恒的主题,我国企业集团管理明显滞后于其组建速度,并且财务管理又是它们的重要基础工作和突出的薄弱环节的话,那么,加强企业集团的财务管理也就具有重要的现实意义和深远的影响。下面是读文网小编为大家整理的财务管理论文,供大家参考。
【摘要】会计核算也称会计反映,以货币为主要计量尺度,对会计主体的资金运动进行的反映,也就是会计工作中记账、算账、报账的总称。会计核算功能的强弱对企业提升财务管理水平有至关重要的作用,而企业的财务管理又决定了企业的兴衰,因此会计核算对于企业财务管理来说更是必不可少的有力保障。本文就如何强化会计核算功能进行探讨和分析,以此来提升企业财务管理水平。
【关键词】会计核算;财务管理;策略;分析
会计人员作为会计核算的主要载体,对会计核算起着重要影响,这就要求会计核算人员的专业水平必须过硬,对会计专业的兴趣浓厚,才能更好的进行会计核算工作。会计核算作为企业财务管理过程中重要的环节,其核算功能的强化已经成为当下各企业所面临的重要问题[1]。但是,不可否认的是,当前的企业财务管理中仍然存在一些问题影响着企业的发展,这就要求在会计核算中我们要不断加强其功能的提升,以确保企业健康、科学的发展。
一、企业财务管理中为何加强会计核算功能
(一)成本问题意识低
现如今,企业为了追求更大的发展,其根本目的是为了企业经济效益的发展。但是目前各企业在经济发展中仍然存在着一些问题,其中企业对成本的控制就没有具体概念。有的企业为了眼前的利益而大规模的进行资金投入,一味的扩大经营,这对企业实现健康稳定的发展非常不利。特别是随着市场经济的不断进步,各种企业生产材料等资源都在不断的提升价格,企业这样大规模的进行资金投入,不仅违背了企业生产的最终目的,而且造成社会资源大量浪费、企业入不敷出。因此企业对成本控制的意识较低,导致企业财务管理困难。
(二)管理机制不健全
在企业财务管理中,企业预算是其重要的组成部分,但是目前各个企业对于预算管理仍然跟随着国家的指挥,没有自己的完善的预算管理制度,常常出现财务状况模糊、预算管理欠缺的现象。在企业内部没有做到资金、生产、销售的合理分配也是由于企业财务管理中没有具体的管理机制作为指导,因此企业财务管理在企业整个发展过程中都起着重要作用。
(三)会计核算不科学
会计核算是企业财务管理中不可忽视的问题,但是,目前有的企业对于会计核算的功能并不重视,对于会计核算的管理也不灵活、死板、循规蹈矩,加之现如今会计核算没有明确的管理机制,在没有规范的制度管理下,在进行会计核算过程中就容易出现反向作用,使企业财务管理出现异常。
二、企业财务管理中如何加强会计核算功能
(一)控制成本
控制成本是成本管理的一部分,目的就是防止资源的浪费,使成本降到尽可能低的水平,并保持已降低的成本水平。对于企业来说,对成本的控制就是对企业长久发展的保障,而会计核算功能正是对成本资金的核算,在企业财务管理中,要对会计、财务人员的综合素质进行培训,使其重视企业成本的重要性[2]。随着社会的不断发展,对企业财务管理中会计核算的科学性、成本控制的合理性的要求也在不断增加。在以往的企业成本管理中,大规模的投入使企业成本过高,因此加强对企业成本的控制已经成为各个企业为寻求长久发展的重要手段。
(二)规范机制
由于目前各个企业的财务管理没有具体的制度进行规范,所以在企业财务管理中,对会计核算建立健全的规范制度是必不可少的,在会计核算过程中,要加强对成本的监管,树立良好的企业竞争理念,根据完善的机制,及时的预测并控制企业成本,利用健全的机制进行会计核算不仅可以提高企业财务管理水平,而且对企业科学发展有一定的保障。
(三)保障质量
会计核算是以提高会计核算质量为目的的活动,因此保障会计核算工作的质量是会计核算的基础,也是使命,更是对财务管理的有效保障。会计在企业中是必不可少也是最基础的环节工作,也是经济管理工作的重要基础。会计工作可以说是历史悠久,从我国周代就有了专设的会计官职,掌管赋税收入、钱银支出。所以会计无论何时都扮演者对国家、对企业资金流动的核算管理的重要职责,保障会计核算的工作质量不容忽视,如果在会计核算过程中,不能准确进行记录、分析、整合和存档,那么会计核算对于企业的经济发展,甚至对于社会的经济发展都将起到阻碍作用。
(四)人员素质
会计核算人员和财务管理人员必须具备扎实的专业知识。由于会计核算和财务管理对于企业来说就犹如人的心脏一样,是生存和发展的源泉。因此,对于会计核算人员和企业财务管理人员的综合素质就必须严格要求。在与时俱进的社会发展潮流中,会计核算人员和财务管理人员不但要拥有深厚的专业知识,而且要不断的强化自身综合素质,才能不被企业和社会淘汰。同时,会计核算人员还要时刻保持着积极、认真的工作态度,贯彻“主人翁”意识,不断地提升自己,寻求更大的发展[3]。
(五)提升效率
如何把握好会计核算和财务管理之间的关系,是提升企业经济效益的基础。随着当代信息化的不断创新和应用,在企业会计核算和财务管理中要不断地提升信息化水平,以科学、高效的管理模式把两者进行融合。在企业核算和财务管理过程中,由于两者都是以企业资金作为载体而运行的部门,所以对于核算内容和管理内容的保密性要做到实处,不能泄露企业机密。
三、企业财务管理与会计核算功能
现如今,有的企业公司把企业财务管理和会计核算分为两个部分,这样虽然有一定的好处,但是会计核算作为财务管理的基础和保障,对财务管理是否能顺利、有效地进行起着重要作用。对于会计核算人员来说,企业的整个运营情况都是很了解的,而企业财务人员只是对企业的财务方面有了解,当企业资金出现问题时,需要会计人员把相关的资料与财务人员进行沟通和交接,双方制定出新的方案时再报告给领导,所以,会计核算不仅是财务管理的保障,同时两者相辅相成,共同为企业服务。
四、结束语
综上所诉,在企业财务管理中,会计核算功能的强弱,直接影响着企业财务管理水平的高低,因此,加强会计核算功能是当前各个企业所面临的重要问题。众所周知,财务管理(FinancialManagement)是在一定的整体目标下,关于资产的购置(投资),资本的融通(筹资)和经营中现金流量(营运资金),以及利润分配的管理,所涉及到的都是企业的资金动态,所以财务管理在企业中起到的作用是无可替代的,这就要求企业会计核算也要做到精准、明确,科学、高效、规范的会计核算功能不仅可以提高企业财务管理水平,而且对企业长期发展有着重要保障,对社会经济的快速发展也提供了有力条件。
参考文献
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[2]陈玲.提升财务管理水平视域下的会计核算功能强化研究[J].财经界,2013(8):180.
[3]张秀梅.强化会计核算功能提升财务管理水平的策略研究[J].商,2015(18):135-135.
摘要:
产业研究园区在产业园区中占据重要地位,对整个产业园区的发展有重要影响。而产业研究园区的健康发展,离不开园区内良好的财务管理运行机制。文章主要立足当前研究园区财务管理运行呈现的问题,对研究园区的参悟管理运行机制改进对策进行探讨,以推动产业园区可持续发展。
关键词:研究园区;财务管理机制;问题;对策
财务管理作为企业管理的重要组成部分,是在整体目标下对企业财务活动进行组织,对财务管理进行处理的一项经济管理工作。财务管理运行机制则是一种制衡系统,主要作用于企业财务管理运作机能和自我调节。企业财务管理水平的高低,有赖于企业管理运行机制的高效与否。从理论上来说,财务管理体制的存在及发挥作用是以财务运行机制为依据的。在研究园区,财务管理运行机制对园区经济发展及财务关系的处理具有重要意义,是落实研究园区人才、资本和技术对接的重要基础。但从当前研究园区的财务管理运行机制来说,仍然存在一些亟待解决的问题。
一、研究园区财务管理运行机制存在的问题
(一)财务管理组织工作不够到位,监督机制不够完善
研究园区通常远离市区,在劳务纠纷,水电、防盗安全等方面政府会提供多方的支持,但整体来说研究园区的财务管理主要由管委会负责。管委会成员主要由政府主管部门抽调人员组成,基本都是国家在编的事业干部,不少管理人员并非财务管理专业出身,在财务管理的组织工作方面有时候考虑不够全面和到位,一定程度上影响了园区财务管理效率。另外,目前园区对财务管理工作还存在不够重视的问题,对财务管理的投入不多,对监督机制的建设不够看重,导致研究园区监督机制不够完善,财务管理工作中提出的一些意见得不到很好的落实和整改对研究园区财务管理运行质量带来了一定不利影响。
(二)财务风险意识较低,内部控制制度仍需完善
研究园区通常都具有较高的经济体量,在园区经济发展中占据非常重要的位置,如果园区财务部门抗风险能力较低将会很容易给企业经济带来巨大负面影响。但从现在的研究园区财务管理运行机制来看,对财务风险的认识还不够,财务风险意识较低。另外,在研究园区的财务管理运行机制中,不少财务管理人员身兼会计和财务工作双重任务或者多个职务;在信息化管理系统中,一些人员同时兼任操作员与审核员身份,内部控制制度的混乱容易导致职权超出控制范围,难以有效监督和审核财务信息与工作,导致做出错误的财务决策。
(三)财务管理信息化建设程度不高,运行效率较低
随着研究园区建设不断现代化,对财务管理的要求也随时提高,这种要求主要表现在财务管理应紧跟现代信息化发展需求,提升财务管理信息化建设程度。但在园区发展中,园区财务管理信息化建设依然属于薄弱环节,传统的人工统计和人工查询在现阶段的园区财务管理及档案管理中还在继续沿袭,导致无法及时和到位地处理一些复杂繁琐的园区财务信息,对园区中各项财务信息及重要资料的记录不够准确,无法满足财务管理信息数据及园区项目资料种类不断增加的需求,促使园区建设和财务管理运行效率较低,对园区的顺利发展产生严重阻碍。
二、研究园区财务管理运行机制改进建议
(一)对完善的财务管理系统进行建立,不断提高财务管理人员素质
研究园区财务管理系统是由多方面组成的,应对完善的财务管理系统进行建立。在财务预算方面,可对零基准的预算方法加以采用,应合理公开园区各项财政支出的预算,且在落实整个预算的过程中要对其加以监督。在分配制度上应保证其财务分配的科学与合理性,将收入能力较低部门与收入能力较高部门的财务支持有轻重地给予,并针对部门收入能力高低给予不同程度的奖惩。在财政拨款的运用上,研究园区财务管理部门也应合理运用,在财务管理运行机制中将款项用于真正需要投入的地方,提高其运营效率。在现有制度基础上,研究园区财务部门还必须对相关财务管理办法尽快完善,坚持以人为本,不断提高财务管理人员素质。财务管理部门应明确财务管理工作思路,使每个参与财务管理运行机制的人员都能够在工作中有章、有据可依。财务管理部门还需对财务管理人员定期进行岗位培训,在促进财务人员专业素质与职业道德不断增强的同时,还应将管理人员向管理、经营型人才转变,使财务管理部门发挥更多作用。
(二)对财务管理监督制度进行完善,规范园区财务行为
为了使财务管理机制真正落实,研究园区应对财务管理监督制度进行完善,规范园区财务行为。完善财务管理监督制度,不能仅仅依靠硬性规定,还应依靠监督制度来监督执行。研究园区的财务管理人员首先应对其自我规范意识进行提高,在工作的过程中财务人员需对自身工作的工作职责有所明确,在促进自身专业知识及计算机应用水平提升的同时,应加强与财务部门有关的各个部门之间的沟通工作,使园区财务管理工作流畅性得到保证。研究园区财务管理可采用经济责任制度,给予财务管理人员明确的经济责任和目标,使每个财务管理人员都能明确自己在任期需要担负哪些直接责任和间接责任,将财务监督落实在财务管理的各个环节中,使研究园区财务管理各项财务行为得以规范执行,促进财务管理运行机制的逐步完善,为财务制度的正确执行提供保障。
(三)明确财务管理风险,提高风险防控意识
构建健康的研究园区财务管理运行机制,明确财务管理风险是必不可少的。首先,研究园区的财务管理必须具备预算控制意识,需对研究园区财务预算进行制定,规范研究园区开始预算,保证其都在预算范围内,将财务预算转变为一个真正的硬性指标。研究园区财务预算计划必须以国家颁布的《预算法》为基准严格制定和执行,为研究院区财务预算的科学、公正提供保证。在预算编制的方法上,可对零基预算和绩效预算加以采用,通过详细调查研究园区历来的资金来源和流向进行编制。其次,研究园区的财务管理需具备风险控制意识和内部报告控制意识。研究园区财务管理者在明确单位财务管理整体和层级目标基础上,应对园区财务风险所在正确分析,将阻碍财务管理目标实现的风险列入防控风险清单中,通过对这些风险产生原因的分析对应措施加以实施。内部报告控制意识,指研究园区财务管理者应对完整的内部报告体系加以建立,将所有员工纳入这一内部报告体系之中,要求所有人员对财务管理部门的管理制度严格遵守,对每一环节进行控制,从而能够真正落实研究园区财务管理制度。
(四)优化园区财务管理机制,对园区财务管理信息化加强建设
研究园区财务管理运行机制应紧跟时代步伐,不断地优化和创新,对财务管理新办法进行探索,促进园区人、财、物最佳组合的实现,确保园区经济向健康有序的方向发展。面对已经全面到来的信息化时代,研究园区财务管理也应对先进的计算机网络加以利用建设园区财务管理信息化平台。研究园区可对信息化建设的财务管理和档案管理加以应用,从而减轻财务管理人员工作量,使工作人员应该摆脱繁杂的纸质信息统计,将更多的精力用于财务管理其他方面。在检索财务信息和档案资料的过程中,研究园区财务管理人员可通过计算机对各种资料进行搜集与统计,这样不仅有利于工作完成的顺利性,而且能够促进财务管理效果的提高与资金流动信息的及时性。在园区财务管理中采用信息化档案管理,一方面能够促进研究园区财务管理效率的提升,另一方面则可对园区各部门资料的准确性与完整性提供保证。财务管理在研究园区的各项工作中具有重要位置,面对当前研究园区财务管理运行中呈现出来的一些问题,研究园区必须积极应对,构建更加完善、合理的财务管理运行机制。
参考文献:
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[6]王子菁.创建新型财务管理机制的研究[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2010(08).
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我国的税收筹划虽然处于起步阶段,但是由于入世后纳税人的迫切需要,加之市场经济环境的日益成熟,投资者将会进一步意识到税收筹划在筹资、投资、经营和分配中的重要作用。下面是读文网小编为大家整理的财务管理论文,供大家参考。
【摘要】随着我国经济的不断发展,工业企业在我国经济发展中扮演着越来越重要的角色,而工业企业成本控制与财务管理是其生产经营过程中较为重要的一环,应当予以重视。本文主要分析了工业企业成本控制的概念、意义以及工业企业财务管理的目标。此外,文中还对工业企业成本控制与财务管理目标之间的关系进行了深入研究,结合笔者工作实践,最终提出了一些有关工业企业成本控制与财务管理目标的建议。希望通过本文的研究,能够为实现工业企业更好地发展提供一些有益的借鉴与参考。
【关键词】工业企业;成本控制;财务管理;目标
工业企业成本控制主要运用各种以成本会计为主的手段或方法来对成本限额进行预定,然后依据限额开支费用与成本,通过对预定成本和实际成本以及对经营活动的效果与成本进行衡量,最终能够实现甚至超出预期成本限额筹集、分配以及投放有关资金。财务管理的主要工作包括财务管理负责股利分配与筹资投资,职能为计划、决策与控制[1]。因而,研究工业企业成本控制与财务管理目标具有较为重要的现实意义与理论意义。
一、工业企业成本控制的概念及意义
(一)工业企业成本控制的概念
所谓成本控制,就是指企业依据规定的时间(通常以年为时间单位)内所制定的成本管理目标,对其在生产过程中可能影响成本的各种因素以及条件加以预防或调节的措施,以确保企业成本管理目标能够实现的管理行为。
(二)工业企业成本控制的意义
工业企业成本控制的意义,首先在于可以促进其更好地生存和发展。对工业企业而言,其得以长期生存和不断发展的前提就是企业能够盈利。争取效益最大化是企业必须考虑和解决的问题,也是其追求的目标。而工业企业加强成本控制,能够在一定程度上减少成本支出,有助于控制和节省成本,从而促进工业企业实现更好地生存与发展。其次,这也有助于提升工业企业的市场竞争力。随着我国市场经济的不断发展,市场竞争也越来越激烈。对于工业企业而言也是如此,工业企业只有控制好其成本,才能更好地参与市场竞争。因而,工业企业进行成本控制,还有助于提高其市场竞争力。
二、工业企业成本控制与财务管理目标的关系
随着我国市场经济的不断发展,以及我国经济体制改革的不断推进,企业管理的核心逐渐转移到了财务管理上,对于工业企业而言也是如此。工业企业的财务管理是通过价值形态对其资金运动进行综合性较强的管理,它渗透和贯穿于工业企业所有的经济活动之中。对于工业企业而言,其财务管理的目标是工业企业的价值最大化或股东财富最大化。工业企业的财务管理是一个完整的循环活动过程,其涉及的范围较广,此外,其还具有较强的综合性以及较高的灵敏度。因而,为实现工业企业财务管理的目标,有必要将财务管理中的成本核算以及控制系统全面地引入到其财务管理中去[1]。
三、加强工业企业成本控制与管理目标的相关建议
(一)进一步强化工业企业成本控制管理
强化工业企业成本控制管理可以从以下几个方面展开:首先,对于工业企业生产所需要的物资费用进行科学合理的制定与划拨。举例来说,在工业企业中,与生产相关的辅助材料、原材料以及燃料等费用,要进行科学合理的制定与划拨。其次,对于工业企业相关物资回收、发放、领取、退回等一系列环节要严格规范,对于相关的检验与计量制度也要严格、规范和健全。再次,在工业企业中,不仅要增加其产品的种类,使产品种类更加齐全,而且还有对其产品、质量、产量、设备使用情况以及工时考勤状况等进行必要的记录,此外还要对不同费用的界限作必要的划分,需满足正确和规范这两个原则。此外,还必须制定严格、规范的成本开支标准以及相应的范围。最后,在工业企业内部应建立一套结算价格体系,按照合理、准确的计划价格,来结算企业内部各部门所使用的产品和材料以及相互提供的各种劳务等[2]。
(二)准确认识和贯彻落实工业企业成本控制战略
工业企业必须不断强化其成本控制管理,准确认识以及贯彻执行工业企业成本控制战略。此外,在一定的财务管理目标预算约束下,工业企业应在经营管理过程中动态的进行成本控制[3]。只有这样才能充分发挥出成本控制与财务管理的作用,促进工业企业实现更好地生存和发展。以往对工业企业成本控制的理解还停留在传统成本控制的概念上,对于成本控制的认识仅限于减少或降低成本支出、节省生产、管理等成本,这些认识比较浅显,缺乏长远的战略意识。尽管工业企业可以通过生产经营活动赚取利润,也可以通过节省支出、降低成本来增加利润,但增加工业企业成本不一定会减少利润。从财务角度考虑,其成本管理实际上就是成本效益管理,要相应降低那些不能产生良好效益的成本,缩减一些不必要的支出,并根据实际需要调增一些必要的费用。举例来说,在工业企业中,对于那些有助于加速其企业结构升级的支出可以适当增加,并且,对可以提升工业企业市场竞争力以及提升其产品质量的支出可以适当增加。此外,对于能够在一定程度上提升工业企业经济效益的支出也可以适当增加。上述这些支出是确保从工业企业持续、健康发展的角度出发,能够促进工业企业实现更好地生存和发展。
(三)在工业企业中实施科学全面的预算管理
对于工业企业而言,实施科学全面的预算管理有助于进一步强化其成本控制,同时,也是其实现利润最大化的重要保障。编制工业企业预算,要在对市场进行科学预测的基础上,以目标利润为前提,全而编制销售预算、采购预算、费用预算、成本预算、现金收支预算和利润预算,促使其生产、经营与管理等各项活动都能沿着预算管理轨道科学合理地进行[4]。
(四)在工业企业中运用成本作业核算方法
以往的工业企业常用比较传统、比较原始的成本计算方法,这种计算方法存在一定的不足之处,它通常把工业企业的产品成本划分为三种类型:其一,产品生产支出。该支出在工业企业产品成本中占据着较大比重。其二,人工支出。一般来说,人工支出虽然也是工业企业产品成本一项必要支出,但该支出可以在一定程度上进行控制或缩减。其三,生产物料支出。该支出也是一项必要支出。其中,必须强调的是,产品生产支出以及生产物料支出由于成本性质大致相同,所以被归类于相关产品成本;而人工支出则因没有办法直接判断其应当属于哪一种成本对象,所以被归类为间接支出;另外,产品生产支出没有办法直接算进产品价值中,需要先对总数进行计算,待月底再根据工业企业制定及实行的分配标准以及相关的运用分配法将其分摊到产品成本当中[5]。通过这样的方法计算所得出的工业企业成本核算数据可能失真,不够准确。而在工业企业中运用成本作业核算方法则能在一定程度上避免这一情况的发生。就作业成本法而言,其是将作业作为工业企业成本分配的对象,监督和产生与工业企业生产相关的作业所有的活动,然后再将每项作业的数量和各自确立的分配率作为计算的根据,分配归集工业企业生产活动所产生的共同成本,通过这种计算方法,可以在一定程度上提升相关计算数据的真实性和准确性。综上所述,工业企业要想实现更好地生存和发展,就必须要加强成本控,与此同时还要加强财务管理。笔者针对工业企业成本控制与财务管理目标相关问题提出一些建议:首先,进一步强化工业企业成本控制管理。其次,准确认识和贯彻落实工业企业成本控制战略。再次,在工业企业实施科学全面的预算管理。最后,在工业企业中运用成本作业核算方法。笔者希望有更多的有志之士,能够投身到探索工业企业成本控制与财务管理目标这个课题的研究之中,指出笔者在文中的不足之处,同时也可以为这一课题的研究做出自己应有的一份贡献。
参考文献
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[5]金勇华.探讨工业企业成本控制与财务管理问题[J].中国外资.2013.(18):106-107.
【摘要】本文主要从最新会计制度出发,对比探讨医院新旧会计制度对财务相关事务的管理,发现在新旧不同会计制度的使用过度期对医院所造成的影响,从医院的长期发展出发,及时发现问题并提出解决措施。
【关键词】新会计制度;医院财务管理;相关探讨
由于医院财务管理最新会计制度的出台,各大公立医院均处于新旧会计制度的过渡期,为了医院的长期发展,院内财务部门对新会计制度进行各项财务复核等工作,从而确保新制度替代旧制度后能更加适应医院的财务系统。通过各个方面的转变进而更好的推动医院财务整体运作,如院内财务管理、系统运行管理、财务核算整理等等。本文旨在运用新会计制度干预医院财务管理,在确保医院社会效益的基础上,实现医院的持续运行。
1概念
1.1医院财务管理系统
财务管理在各大单位都是主要管理部门之一,就医院而言,一个高效率的财务运作系统会促进医院持续健康发展。医院的财务系统主要可分为:财务预算,资金收入、支出,各项物资的管理及整个财务系统的监测等,负责解决医院所有与财务有关的事项,如院内资金流通、医院与外部银行之间的资金流通、各个医院部门科室间的财务流通等[1]。
1.2会计制度
在商业交易及各项财务流通基础上对其进行分类、归纳整理,最后进行上报工作的一种财务制度。
2最新会计制度出台的必要性
近年随着国内社会经济的快速发展,加上医疗行业的不断改进,旧会计制度支撑下的财务管理工作也随之面临许多问题。为了适应医院行业的发展,完善院内财务工作,如医保的落实等,提高医院财务的流通效益,国家在结合医院实际及市场状况,出台了新会计制度,完善医院财务管理,实现科学化人性化的管理方式。
3旧会计制度在实际中的有关问题
3.1固定资产未能完整反馈
固定资产在完整流通中存在虚拟增值或者减值,从购入到其报废整个阶段,固定资产存在折旧使用,不能完整的对其进行资金估值,导致与其相关的项目也会出现不同程度的资金增值或者减值,然而这所有的改变未能完整的反馈,进而致使固定资产及相关资产出现虚拟化,即虚拟的增减幅度,不利于资金的管理。
3.2内部财务监控有待提高
内部控制是财务管理重要程序,在旧制度使用中,内部控制成为一大问题,医院缺少财务内审专项人员,加上其内审监督制度缺乏,使得财务管理工作缺少监测监管。大部分监控仅仅存在于形式表面,未能完全深入。
3.3财务管理人员专业素质有待提升
随着各大医疗经济体系的出台,如医保的改革等,需要从事医院财务工作人员能及时更新相关理念,不断通过学习,提高自身综合素质。实际工作中,少数人员缺乏高水平的专业知识,仅仅会单纯进行资金输入输出的管理,不会对其进行总结归纳对比等[2]。
4新旧制度更替时注意问题
在进行新旧制度的更替时应做好医院资金的整体清算,包括固定资产和流通资产。落实资产清理工作:在旧制度对资产的整理基础上,依照新制度中对资产清算标准的变化进行全面清算。完善落实新旧制度更替时的资产清算。财务会计专业人员预先进行医院账目的整理,为资产的全面清算做好前期准备工作,同时注意安排专业人员对其进行严格监管,确保各项资金所有事项有依有据。完善药品的成本对接:旧制度规定中,医院药品使用,包括库存药品、待检测药品、各个科室临床使用药品及患者购买药品等,均按照药品售价进行成本计算,最新制度则进行规定,不以药物售价计算而以药物的进价进行成本计算。医院财务管理层的人员配置:新制度的落实应用基础是医院有与其相符合的财务管理人才,旧制度与新制度有着相当大的区别,旧制度下的财务人员需要通过自身素质提升,以便适应新制度下的财务工作。
5新制度下医院的应对建议
5.1完善医院内部财务审查监督体系
首先应加强医院管理者对财务监控的理念,从根本上即思想层次提高财务监督体系。完善财务系统的整体运行制度,明确各个部门的工作任务,落实院内各个与财务相关的部门与操作系统之间的联系,加强会计人员的相互督查,加强监察人员队伍建设。监督审查人员直接由医院领导负责,及时向上级汇报医院的财务状况。
5.2提升财务人员的专业素质
新制度要求更高的专业素质会计人员,在实行新制度时,应落实会计人员专业素质的提升,可以招收高水平的财务人员,同时对会计人员进行专业培训工作,定期进行相关技能的培训及考核,同时还应与社会整体进行对接,让财务人员具有科学化、专业化、现代化的工作方式,对财务人员进行全方面的综合提升,以适应新制度下的财务工作[3]。
5.3提高财务部门执行力度
对于财务内部应提高其执行力,尤其是在成本核算及预警能力,新会计制度要求在医院的综合管理中应加强财务成本核算及预警的执行力度[4-5]。医院应结合自身及实际状况,制定出适合医院自身的成本核算具体方法,包括固定资产的核算及药品的成本核算等。落实财务预警制度,降低财务医院风险,提高工作人员的财务风险意识,在实践中不断进行改革完善预警制度,实现在各种风险状况下的资金最优化。
6结论
医院财务管理的优劣对医院的整体持续性发展产生直接影响,也逐步成为医院的重点管理部门,随着新会计制度的出台,医院应依据最新制度从自身实际情况出发,作出相应改变以适应制度的改革,加强财务管理体系建设,提高会计人员的综合素质,制定合适的财务资金核对机制,落实审查监督制度,同时还应提高工作人员管理思想的改变,在落实新会计制度的基础上全方位对医院财务管理体系进行调整,使其能更好的适应医院的综合发展。
参考文献
[1]姚秋群.新会计制度下加强医院基建财务管理的对策[J].行政事业资产与财务,2014,9(18):188.
[2]丁勇.新会计制度下医院财务管理相关问题的探讨[J].中国集体经济,2015,31(6):86-87.
[3]杨莉.浅谈新医院会计制度下如何加强医院财务管理[J].现代经济信息,2014,29(19):208.
[4]尹桂英.新会计制度下加强医院财务成本管理的策略[J].行政事业资产与财务,2012,33(11):17-18.
[5]施颖苗,贾常荣.浅谈当前医院财务管理机制中的难点及对策[J].重庆医学,2008,37(1):12-13.
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材料力学是土木工程专业的一门重要力学基础课,学习好材料力学能更进一步打好工程专业的基础。下面是读文网小编为大家整理的材料力学论文,供大家参考。
【摘要】结合土木工程专业材料力学课程教学中存在的问题,从卓越工程师的培养目标出发,把CDIO教学理念引入到材料力学教学体系中,从教学内容、教学手段和方法、考核评价等方面提出来了有效的教学改革措施,建立了基于CDIO理念的材料力学教学模式。该教学模式对于提高学生的学习热情,培养学生的综合实践和创新能力有积极意义,是解决目前土木工程专业在力学教学中遇到问题的一个很好的借鉴途径。
【关键词】CDIO教育理念;材料力学;教学改革;课程考核体系
0引言
材料力学是土木工程专业的技术基础课,是研究各类工程结构中普遍存在的受力和变形现象的学科,着重培养学生的逻辑思维、分析能力和解决实际问题能力。一直以来,我国大学中所讲授的力学课程内容大多由前苏联引进的内容,内容陈旧、枯燥、抽象、重理论轻实践。教学方法多采用灌输式教学,造成课堂气氛死板,有时甚至枯燥无味,大大降低了学生的学习热情。这些问题不但加剧了学生的学习惰性,也影响到其它课程的学习状况。针对以上问题,如何为实际工程提供合格的力学人才;如何在材料力学教学中充分调动学生的主动性和积极性;在目前有限的课时下,如何对旧有材料力学课程体系进行合并、筛选等工作已经成为教学改革工作不可回避的事实。CDIO工程教育理念提倡在实践中学习,在学习中实践,这为该问题的解决提供了一种思路。
1CDIO工程教育模式
CDIO模式以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO模式强调与社会大环境相协调的综合的创新能力,同时更关注工程实践,加强培养学生的实践能力,因此CDIO工程教育模式是提高大学生的创新和动手能力、推进产学研结合、加强实践教学环节以及加强学生参与交流与合作能力的有效途径。
2基于CDIO模式的材料力学教学大纲设计
CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面,大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。材料力学课程既包括专业知识学习,又强调应用能力的提升,根据这一教学目标设计的教学大纲如表1所示。
3改革方案设计
3.1教学内容的改革
对于传统教学中的基本概念、原理和方法,我们在教学中应该重视,可为了拓宽学生的视野和运用力学知识建模的能力,我们又应该对教学内容优化。随着科学技术的发展,新的理论、新的学科、新的计算工具和计算方法、新的试验方法不断涌现,在教学内容中适当增加这方面的介绍和练习,可以拓宽和增强学生系统解决实际工程的能力。此外,学生普遍对繁琐的理论推导缺乏热情,因此有必要在教学中加入实习环节或模型演示环节,实现教学与实践的结合,从而提高学生对力学课程的兴趣。
3.2教学方法和教学手段的改革
如何调动学生的主动思考,如何加强学生独立解决问题的能力,如何实现“在实践中学习,在学习中实践”?显然单纯的课堂教学很难实现这些目的。首先,材料力学应把课堂教学与案例教学或现场教学结合起来,并配合一定形式的课堂讨论。这样学生就能比较生动地、直观地去学习基本理论,并且可以明确学习的目的性。例如:弯曲问题可以在施工现场结合梁的配筋布设讲解;组合变形可以在实验室用模具演示教学等等。另一方面,CDIO教育理念重视个人能力及技能的同时,强调团队协作与交流,因此可以在教学过程中开展分组专项研讨。专项研讨任务以小组为单位,每组3~5人,让学生到施工现场进行调研,结合工程实际确定材料力学研讨主题,然后针对工程实际问题建立力学模型,通过小组探讨解决工程问题,从而锻炼学生收集信息、主动获取新的知识、解决问题和创新的能力。再一方面,还可以在教学过程中开展自主实验设计,推动学生自主学习能力。在教学手段上也应结合新技术、新方法的发展,在传统的板书基础上,融入PPT、Flash动画、仿真数值模拟等教学手段。一方面加强学生对传统力学知识的理解,另一方面,新的教学手段可以丰富教学内容,贴近工程实践,拓宽学生的视野。例如:PPT相对于板书,可以发挥信息量大的优点,让学生在有限时间内完成更多的课上练习;Flash动画可以在课堂上展现一些实验现象或者工程实际现象,这有助于学生对抽象力学概念的理解等等。
4课程评价体系改革
课程的考核评价体系和考核方法主导着学生的学习动力和方向,其改革必须匹配材料力学课程的CDIO教学大纲,起到引导学生有意识开展专业能力锻炼的目的。材料力学课程成绩包括三部分:书面理论考试、汇报答辩、实验报告,权重为0.4、0.4、0.2。书面理论考试主要以基本概念、基本理论、基本技能为主。汇报答辩要求学生对小组研讨专项做成PPT,图文并茂的在讲台上向老师和同学做报告,并回答老师和同学对改组项目提出的问题,考核重点在:调研的充分性、CDIO综合能力的展现性、技术和理论的结合度、团队的协作能力等方面。实验报告要体现自主实验设计的选题调研、方案设计、实物开发和交流评比等环节。
5结束语
基于CDIO的材料力学教学模式着手改革课程体系和教学模式、创新教学方法和教学手段、调整教学考核体系,从而调动学生的主动思考动力、培养学生的团队协作和交流能力、加强学生独立解决问题的能力,让学生“在实践中学习,在学习中实践”。
【参考文献】
[1]李为虎.一种工科理论力学教学模式的构思与实践[J].力学与实践,2010(3):126-127.
[2]李庚英,赵晓华,熊光晶.土木工程材料CDIO模式的设计与实现[J].高等工程教育研究,2009(5).
[3]林建.面向“卓越工程师”培养的课程体系和教学内容改革[J].高等工程教育研究,2011(5).
[4]胡志刚,任胜兵,吴斌.构建基于CDIO理念的一体化课程教学模式[J].中国高等教育,2010(22).
[5]陶勇芳,商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究,2006(11).
一、“工程材料力学性能”课程特点及教学现状
1“.工程材料力学性能”课程特点材料的力学性能是指材料在外加载荷作用下或外加载荷与环境因素共同作用下所表现出来的力学行为与机理,是各类材料在实际应用中必须涉及的共性问题。[1]“工程材料力学性能”课程最早是“金属材料力学性能”,后来改名为“材料力学性能”,现在部分教材又改名为“工程材料力学性能”,是许多工程类本科生重要的专业基础课,其教学效果好坏对学生能否打下一个良好的专业基础起着重要的作用。该课程内容涉及面广、工程应用背景强,在材料科学与工程、土木工程、机械工程等专业领域有着重要的应用。本课程的学习,对提高工程类专业学生整体素质及工程实践能力起着至关重要的作用,使得学生能够从各种机器零件或构件在常温、高温以及腐蚀环境的服役条件下的失效现象出发,了解失效现象的机理,从而为他们毕业后从事材料的检测和性能评定、材料的正确选用和安全应用,以及对机械零件的失效分析等工作奠定良好的基础,为企业乃至国民经济的发展提供有力的后备军。
2“.工程材料力学性能”课程教学现状安徽工业大学(以下简称“我校”)材料学院共分金属材料工程、材料成型及控制、无机非金属材料、材料物理四个本科专业,目前,四个专业使用的《工程材料力学性能》是合肥工业大学主编的同一本教材,该教材的内容包含金属材料的力学性能和新型材料的力学性能两大部分,侧重点是金属材料的力学性能部分,主要包含“高分子材料的力学性能”、“陶瓷材料的力学性能”和“复合材料的力学性能”三章的内容。[2]金属材料力学性能的研究时间较长,主要的原理、定律和结论已比较成熟,新型材料力学性能的内容相对较少,它的研究主要借鉴于金属材料力学性能的研究经验和方法。本教材比较适合金属材料工程、材料成型及控制两个专业的学生,对其他专业的学生则显得内容相对较少,不太适合。而且,本课程的内容多、涉及面广,课程学时有限,书中许多抽象的内容很难通过语言的表述来讲清楚,在课堂上教师生硬的照本宣科会使学生感到枯燥乏味,课堂的气氛很难被充分地调动起来,教学效果不佳。针对目前的教学现状,如果不对课程的教学进行改革,授课教师很难在有限的学时内保质保量地完成本课程的教学任务。笔者在“工程材料力学性能”课程的教学实践中体会到:授课教师需要根据专业特点来组织教学内容,才能在规定的学时内完成课程的教学任务。根据专业特点来组织教学内容,使得学生学习和教师授课的侧重点都突出,学生能在有限的学时内提炼出与专业学习有密切联系的知识,加以掌握和应用。[3]本课程的教学目标是使学生能运用所学的理论知识分析材料实际的使用情况,对材料的失效现象的机理进行分析。
二、依据材料物理专业特点,优化教学内容
在“工程材料力学性能”课程教学实践中,笔者结合材料物理专业特点,在保证课程基本内容和结构的前提下,对整本教材进行整合,提炼出一般了解和必须掌握的内容,使学生能在规定的学时内有效地掌握最基本的教学内容。[3]近年来,随着科学技术的发展,材料的种类越来越多,新型材料应用日新月异,纳米材料、薄膜材料和微机电材料快速发展,材料的特征尺寸越来越小,传统的材料力学性能测试手段已无法实施,微区材料的力学性能测试手段应运而生。新材料力学性能测试的标准不断颁布,已有材料的国内标准需与国际标准接轨而不断修改,迫切需要材料力学性能的教学与生产力发展水平一致。鉴于以上几个方面内容,该课程讲授内容主要从以下四个部分来展开:第一部分(第一至第四章)阐述材料在一次加载条件下的形变和断裂过程,所测定的力学性能指标用于评价零件在服役过程中抗过载失效的能力或安全性;第二部分(第五至第八章)论述疲劳、蠕变、磨损和环境效应四种常见的与时间相关的失效形式,材料对这四种形式失效的抗力将决定零件的寿命;第三部分(第九至第十一章)(纳米材料/复合纳米材料)依据材料物理专业的特点,重点讲解纳米材料的力学性能,这其中包括纳米金属材料的力学性能、纳米非金属材料的力学性能、碳纳米材料的力学性能、纳米复合材料的力学性能等;第四部分实验教学中引入国家标准的学习。
三、优化教学方法与手段,全面锻炼学生能力
任何教学过程的开展都离不开一定的方式或方法。传统的教学方法是以教师讲授为主,学生处于被动的接受地位。教学方法的优化倡导以学生为主,强调学生是学习的主人,培养他们自己查阅资料,自己释疑,自己总结,最终具备自我学习的能力。[4]在这个过程中,教师要充分发挥引导作用,充分调动学生的积极主动性。下面以“纳米材料的力学性能”为例来说明教学方法的优化,笔者采用“三步式”教学方法,取得了良好的教学效果。第一步:教师指导学生上网查阅“纳米发动机”的相关资料,并就“纳米发动机”的提出、原理及当前的发展现状写一篇综述性报告,在下一堂课让学生讲解;第二步:根据自己的备课内容及结合自身的科研经历,进一步给学生讲解“纳米发动机”相关材料的制备方法及工艺技术特点;第三步:学生根据教师授课内容和自己查阅的相关资料,完善自己的综述报告。“三步式”教学法组织实施教学,不但可以提高学生学习本门课程的积极性,使学生掌握的知识更加牢固,而且有利于拓展学生的视野,培养了学生的科研兴趣,进一步增强了学生自我获取知识的能力。教学手段是指教师用以运载知识、传递教学信息的物质媒体或物质条件,是现代的教师进行教学活动必不可少的辅助用具。随着计算机应用技术的普及,学校和教师越来越关注用计算机网络技术来提高教学效率和教学质量。[4]“工程材料力学性能”课程特点是内容多、知识点零散、概念定义多,书中许多抽象的内容很难通过语言的表述来讲清楚,理解起来相对困难。教师在教学过程中运用现代多媒体教学手段,自己动手制作多媒体课件,针对专业特点选择教学内容和教学方法;另外,通过演示一些动画图片和视频,使得原来抽象的、枯燥的知识形象化,使学生易于理解和掌握,同时还增大了教学信息量,在有限的学时内给学生尽可能多地传达了信息量。
四、优化实验教学,培养学生的创新能力
工科专业的实验教学是理论联系实际的重要环节,与课程体系、学科结构和教学改革等有着密切的关系,对培养大学生的工程意识和创新思维,以及动手能力和分析解决问题能力具有十分重要的意义。我校“工程材料力学性能”课程基本实验包括碳钢静拉伸,不同成分、热处理工艺对钢材力学性能的影响,金属的冲击韧性,金属的硬度,金属材料平面应变断裂韧性KIC的测定五个实验。这些实验比较适合金属材料、材料加工专业的学生,对于材料物理专业的学生来说,难以感受本专业特点。[2]因此,结合不同的专业特点,将“工程材料力学性能”课程的实验内容涵盖多个专业,分为必修、选修两部分。优化后的实验内容,不但可以增强学生的动手能力,还可以使不同专业的学生加深对自身专业的理解。比如,针对材料物理专业的本科生,可以开设纳米材料力学性能测试综合选修实验课。笔者结合自身的科研内容,制备一系列的纳米线及纳米薄膜材料,同时,材料科学与工程学院新引进的AgilentG200纳米压痕仪,可用来测量纳米材料的硬度、模量、应力—应变曲线等传统力学仪器不能测量的纳米材料的力学性能。该试验的开设,既使学生巩固了前期所修的“工程材料力学性能”课程,提高学生综合运用知识的能力,又拓宽了学生的视野,对纳米材料的力学性能有了更深层次的理解,为其后续的工作和科研奠定了良好的理论和实践基础。材料力学性能实验方法大都有国家标准,在实验教学过程中,教师除了传授最基本的操作方法外,还指导学生如何查找相关标准,对标准进行阅读,引导学生根据标准文件设计、实施相关实验,使实验操作真正做到有据可依,以期培养学生的工程规范意识。另外,针对教材标准滞后实际标准的现象,还介绍目前国内外最新标准,以其让学生了解最新的测试标准技术信息,同时还使学生对相关测试技术的发展有全面完整的认识,这对于他们将来的事业发展是非常有利的。[5]
五、优化考核方法,全面评价学生素质
传统的一张试卷定终身的考试形式早已不能满足现代素质教育、创新教育的需要。对此,老师采取了综合考核方法,从终结性教学评价模式向形成性教学评价方式转变。[6]综合考核方法中除了学生的期末笔试成绩外,还包括课堂提问、课后作业、实验成绩、小论文等多种评价手段。新的考核方式既锻炼了学生自主创新、知识综合运用的能力,又培养了学生查阅分析信息资料、收集分析数据和撰写科技论文的能力。此外,为了提高学生综合运用知识的能力,卷面考试有必要增加一些主观题。比如笔者在出考卷时,增加了一道综合应用题,内容是结合具体技术和方法,论述材料磨损的控制和防磨措施,从而要求学生将材料磨损的相关知识融会贯通,灵活运用。通过考核方式的改革,学生学习的积极性和主动性都大大提高。上述几个方面的改革探索,使学生能有效地掌握本门课程的知识,为后续课程和科研工作奠定良好的理论基础,同时为大学毕业生在将来实际工程中正确地选择和使用材料、改进材料性能以及分析材料失效行为等问题打下坚实的基础。
材料力学是研究固体在不同形式外载荷作用下产生的变形特征及力学性质的学科,它既是物理学、理论力学等基础课程的延伸,又是后续弹性力学、结构力学等专业课程的基础,在工科院校本科生的培养方案中有着十分重要的地位。材料力学教学在过去几十年为我国培养了大批的工程人才,但是随着知识大爆炸时代的到来以及国家对素质教育的要求不断提高,以教师为主导的传统讲授式教学难以满足新时期对学生的培养要求,对材料力学课程进行教学改革势在必行。研究性教学是指在一定的情景中,引导学生通过主动发现问题和解决问题而获得知识、形成能力、发展个性的教学方法。它的实质就是让学生在教学过程中体验科学原理的发现和应用科学原理解决实际问题等不同类型的研究过程[1]。与传统教师主导的讲授式教学相比较,研究性教学更能激发学生的学习兴趣,启发学生的创造性思维,同时锻炼协作意识。具体对于材料力学课程而言,实施研究性教学改革需要从课程体系的编排、案例教学的开展、考核方式的设置等方面进行具体设计和实施。
一、改革措施
研究性教学首先需要对课程体系进行重新编排,增加案例研讨课,也需要对课程的考核体系进行改革,从而在保证公平和区分度的前提下,激发学生的自主学习的兴趣,培养学生的创造性思维,最大程度提升整体教学效果。
1.课程体系编排。研究性教学方法则是立足于学生为主体,通过各种方法激发学生主动探索的兴趣,而不是被动的接受教师的想法,所以针对材料力学传统教学方法中存在的问题,需要对课程体系进行重新编排。具体措施如下:
(1)在绪论之后,加一部分内容,即材料力学的知识体系,如图1所示,应该让学生领悟到材料力学的知识体系是双线程的,即按照变形的方式可以分为拉压,剪切,挤压,扭转以及弯曲,而按照研究内容,每种变形则要研究构件的内力,应力,应变,变形以及应变能。学生了解了材料力学的课程体系以后,引导学生建立类似图一的表格,在弯曲章节学习之后,要求学生将每一个格子里相应的公式自己整理出来,这样既能使学生在正式学习之前对可能总体结构有个清晰的认识,又可以引导学生们自主思考,通过填表完善自己的材料力学知识体系。同时,又可以压缩课时,把更多的时间留给案例研讨课。弯曲之后还有应力应变分析、强度理论、组合变形以及压杆稳定等内容,这些课程体系无需调整。
(2)将各章节的专题内容分离出来,单独成章,或者作为案例留给讨论课。材料力学中的超静定问题、薄壁圆筒的扭转、弹簧变形等专题问题,并不属于材料力学的主线,而是主线内容的实际应用。而研究性教学倡导学生们自主学习,在实际情境中思考、解决问题,所以将这些内容从课堂教学主线中拿出来,单独成章或者作为案例供讨。
(3)重新安排实验课课时。在48课时的材料力学教学中,实验课一般占8课时,一般是在对应章节讲授之后再进行实验,有个别学校由于实验室相对紧张,有的班级更是等到学期末才能排到实验课,这样的实验课安排使学生丧失了对未知实验结果的期待,实验课变成了被动的完成任务,使教学效果大大降低。根据研究性教学的本质,为了引导同学们主动探索,建议将实验课安排在知识点与实验现象之间进行,例如在拉压一章,实验课应放到应力应变的基本规律之后,材料拉压的力学性能之前进行,这样学生们既可以掌握实验中所用到的知识点,又对未知的实验结果充满期待,有助提升学习兴趣,激发探索欲望。
2.案例教学开展。案例教学的开展是研究性教学改革的核心,它是指在教师的精心策划和指导下,以案例为基本教学材料,将学生带入特定事件的情境中,采用个人阅读分析、小组合作探究和全班交流互动等学习形式,借助案例材料提供的信息,运用所掌握的一些基本理论,去探究案例问题,提出解决方案[2]。案例教学的讨论课设置4~6课时为宜,这些多余的课时量主要来自课程体系的重新编排,而其余的文献查阅、分组讨论、PPT制作以及报告撰写留给学生课下完成。
案例教学不仅仅是简单的课上讨论,它需要课前准备、课上实施以及课后验收三个阶段:①课前准备。案例教学要求教师充分熟悉教学大纲及教材内容,提前拟定教学行动计划,明确每次案例教学的目的、重点、难点,选择典型案例,列出问题讨论提纲,提前发给学生。要在布置案例之前将学生分组,分组可以根据实际情况由学生自由组合或者由教师指定。案例的设计应该满足三结合原则,即尽量与专业背景相结合、与工程实际相结合、与社会热点相结合。例如土木工程专业的学生,可以选择桁架、桩基结构等作为案例;石油工程的学生可选钻杆、集输管线作为案例;等等。②课上实施。案例由每组学生完成之后,需要在讨论课上进行汇报。讨论课由教师组织和引导,但是学生应该是讨论的主体,每组学生都要求在课前准备好案例汇报的PPT,建议以8分钟为宜。每组学生需确定1名项目汇报人,同时每组要出1名评委,各组派出的评委组成评委团,负责对每个汇报进行点评和打分。
最后由教师集中点评,对讨论的结果进行总结。评委团主要应从以下几个方面对汇报进行评价和打分:选题的意义和难易程度(20分),力学模型建立是否合理(30分),分析计算的准确性(30分),PPT制作和讲解(20分)[3]。建议对讨论课全程进行录像,录像结果上传到视频网站供同学们观看和总结,评委团的打分表由教师收回,作为最终成绩的一部分。③课后验收。学生们根据评委团以及教师的点评,需要在课后修改自己案例内容并整理成报告,报告需按照科技论文的一般形式整理,即要求有摘要、引言、求解过程、结果分析、讨论、结论和参考文献。每组将报告提交上来以后,由教师打分,作为最终成绩的一部分。 3.考核方式设置。材料力学课程的最终成绩由三部分构成,建议知识点的集中考察占40%,实验占10%,案例成绩占50%。其中知识点的考察按照传统的考试形式集中进行;实验成绩主要依据实验报告给出;案例成绩主要依据讨论课的表现和最终报告给出。教师们对最终案例的质量不要过多苛求,而更要关注学生们在完成案例过程中分析问题、查阅文献的、应用所学知识解决问题的能力和意识,以及在案例讨论以及最终报告完成过程中体现的协作精神以及综合能力。
二、教改反馈及思考
笔者通过对近两年66名学生进行不记名问卷,发现对教学手段完全满意的占83.3%,认为基本满意的占10.6%,不满意的仅占6.1%。不满意的同学多认为案例部分占用时间过多,负荷过重,还有个别同学提到,给每组同学相同的案例分数并不公平,因为同学的贡献差距很大,给相同的分数会降低同学们的积极性。以上确实是在教学改革中存在的问题,案例任务的轻重应该因学生素质而异,如果学生反映任务过重,可以适当减少案例的个数,延长案例的完成时间,或者增加组员的数量。对于每组同学同分不公平的反馈,确实要引起重视,笔者建议在最终的报告上让组长标注每个同学负责的具体工作,最终的成绩依此来体现区分度。总之,材料力学的研究性教学改革不会一蹴而就,需要与时俱进,不断完善。
研究性教学是对传统教学模式的一次革命,它可以引导学生通过主动发现问题和解决问题而获得知识、形成能力、发展个性,让学生在教学过程中体验科学原理的发现,并应用发现的科学原理解决实际问题。对材料力学实施研究性教学需要从三方面入手,一是要对课程体系重新梳理,让压缩课时的同时让学生抓住材料力学的知识主线;二是引入案例式教学,通过案例的完成和讨论激发学生们的求知欲望,提升学生们发现问题和解决问题的能力,以及团队协作精神和报告写作能力;三是需要对课程的考核方法做出针对性的改革,保证公平的前提下体现一定的区分度。材料力学的研究性教改开展时间尚短,学生们的反馈肯定了研究性教改的同时也为我们纠正了一些问题。尽管未来还会遇到很多未知的困难,但相信只要教学管理部门、教师和学生共同努力,材料力学的研究性教改一定会越来越完善,为我国新时代创新型人才培养做出重要的贡献。
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随着科学技术的不断发展,功能俱全的高层建筑越来越多。高层建筑结构设计也越来越成为建筑结构工程师的重要工作内容。下面是读文网小编为大家整理的高层建筑结构设计论文,供大家参考。
1试验概况
1.1试验构件设计和制作
边节点试验构件取用承重框架梁柱反弯点之间的一个平面组合体,即“T字形”试件。为有效保证试件的浇筑质量和垂直度,并与工程实际相符,全部试件均采用钢模板、立模浇筑。边节点构件柱子的截面尺寸为200mm×200mm,梁的截面尺寸为150mm×250mm,纵向受力钢筋采用HRB400级,箍筋采用HPB235级。柱子的配筋率为1.13%,梁的配筋率为0.9%,所有构件配筋率和钢筋的强度相同。为防止柱头破坏,柱上、下两端箍筋加密;节点核心区按照抗震要求对箍筋进行了加密处理。本次试验共包括7根试件,详细的试验构件概况如表1所示,构件的尺寸和配筋图示,节点核心区采用柱混凝土的构件,施工缝留设在梁下部;节点核心区采用梁混凝土的构件,分别在梁上和梁下留设两道施工缝,施工缝处浇筑时间间隔为2天(48小时)。
1.2试验方法和加载装置
采用低周反复试验方法进行研究,加载制度为力—位移混合控制加载,在开始加载到构件屈服前采用力控制;构件屈服后,改用屈服位移的整数倍为级差作为回载控制点,每一位移下循环3次。在实际框架结构中,当作用水平荷载时,上柱反弯点可视为水平可移动铰,相应的下柱反弯点可视为固定铰;而节点两侧梁的反弯点可视为水平可移动铰。这样可以有两种加载方案:一种是在柱端施加水平荷载或位移,这时梁能够左右移动而上下受到约束,产生剪力和弯矩。这种边界条件比较符合实际结构中的受力状态;另一种是将柱保持垂直状态,在梁的自由端施加反复荷载或位移,此时边界条件变为上下柱反弯点为不动铰,梁反弯点为自由端。本次试验采用的是柱端加载的方式,即采用在柱顶施加轴向力和水平力的方式进行试本次试验在东北电力大学结构试验室进行,采用美国MTS公司生产的MTS液压式伺服加载系统进行试验,采用MTS动态数据采集系统进行数据采集。试验自行设计了加载装置,竖向加载装置由反力架和1000kN数控电动液压伺服作动器组成,水平加载装置由反力墙和500kN数控电动液压伺服作动器组成。试件垂直安放,为了保证柱的上、下两端为理想的球铰,在柱端设置了带有滚动轴的垫板,垫板上部为可转动的油压千斤顶,柱下端为固定铰支座;梁端由刚性连杆与地面铰支座相连,保证梁端可以水平移动但是不能垂直移动。试验加载装置示意图如图2所示。
2边节点试验结果与分析
2.1破坏现象
边节点构件BZ1为节点核心区采用梁中混凝土强度的构件,构件破坏图片如图3所示。构件初始裂缝出现在梁端第一箍筋处,正向开裂荷载为10kN;反向开裂荷载为20kN;裂缝扩展速度较快,裂缝区域主要集中在梁的端部范围内,节点核心区只有少量细小的裂缝出现,没有明显破坏。构件最后在梁端形成塑性铰,塑性铰发展充分构件BZ1的柱子和梁的实际配合比相差2个强度等级,说明当梁柱强度等级相差较小时,节点能够满足抗震设计要求。当延伸长度为0.5h时,出现裂缝的范围较小;当延伸长度为1.5h时,出现裂缝的范围较大;延伸长度为h时,裂缝的范围居两者之间;同时,只有延伸长度为0.5h时,在梁的根部出现了破坏裂缝。从开裂荷载上看,延伸长度为1.5h的构件开裂荷载最大,说明延伸长度对梁的开裂荷载有一定的影响。节点核心区均未产生明显的破坏,这是由于所有构件均采用了“强节点,弱构件”的设计原则,节点核心区的箍筋做了加密,采用了柱子的混凝土强度浇筑节点核心区;与梁和柱子相比较,节点具有更好的抵抗低周反复荷载的能力。
2.2骨架曲线和滞回曲线不同轴压比和不同延伸长度下,边节点核心区采用柱子混凝土强度的构件骨架曲线对比。轴压比越大,滞回曲线的刚度也越大。在0.3和0.5轴压比下,延伸长度对骨架曲线的形态、屈服荷载和最大荷载都没有显著影响,而延伸长度为0.5h的试件,下降段更陡峭一些。光滑;轴压比越大,滞回曲线的刚度也越大;从卸载曲线上看,主筋在节点存在一定量的滑移。其余边节点构件的滞回曲线,均呈较光滑的梭形。
2.3承载力和延性性能分析边节点构件的试验结果,延性系数取用最大位移(即构件的最大承载力对应的位移)与屈服位移的比值,屈服位移由图解法确定。从表2可以看出,在0.3轴压比下,延伸长度为1.5h时的延性性能最好,为3.26;延伸长度为h时的延性性能稍差,为3.11;延伸长度为0.5h时的延性性能最小,为2.53;延伸长度对屈服荷载和最大荷载没有显著影响。在0.5轴压比下,延伸长度为h时的构件延性性能最好,为2.73;为1.5h时的延性性能稍差,为2.41;为0.5h时的延性性能最小,为2.38。从试验结果可见,延伸长度为0.5h时,延性性能最差,随着延伸长度的增加,延性性能增大。延伸长度为1.5h时的试件最大荷载略高于其他构件,延伸长度对屈服荷载没有显著影响。从试验结果可以看出,当构件所承受的轴压比较低时,即使梁柱边节点核心区采用强度较低的梁中混凝土,其承载能力仍能满足要求,但是延性性能弱于节点核心区采用柱子混凝土强度的构件。
3结论
(1)从破坏现象上看,试验构件的破坏均为梁端的受弯破坏。当构件所承受的轴压比较低时,即使边节点核心区采用强度较低的梁中混凝土,其破坏形态仍为梁端受弯破坏,但是延性性能略有下降。
(2)从试验结果上看,柱子中高强混凝土在梁中的延伸长度为1.5h时的承载能力和开裂荷载最大,延伸长度对屈服荷载没有显著影响。
(3)从延性性能上看,在0.3轴压比下,延伸长度为1.5h时的延性最好,为h时的延性稍差,为0.5h时的延性最小。在0.5轴压比下,延伸长度为h时的构件延性最好,为1.5h时的延性稍差,为0.5h时的延性最小。从试验结果可见,延伸长度为0.5h时,延性性能最差,随着延伸长度的增加,延性性能增大。
结构优化设计的管理措施
以施工为主营的总承包商在海外D&B项目中,面临着诸多挑战,就本项目而言,主要面临的问题有:①由于项目的特殊性,业主方已经完成项目的结构方案设计,虽规避了部分设计风险,同时也失去了设计的主动权。不仅对结构优化设计产生一定的局限性,而且还需承担原设计存在的缺陷风险。②由于设计规范、法律、文化背景与国内情形有很大差别,仅仅依靠承包商自身技术力量难以完成设计任务。③采用设计分包,设计的核心技术往往由设计方控制,承包商多以被动接受,难以有效进行技术控制。④结构设计方案与现场施工脱节问题。⑤结构优化设计,涉及多部门、多专业工种,技术协调工作繁重。⑥项目合同工期压力大,5栋塔楼的合同工期为32个月。针对上述问题,制定了相应的控制思路和具体管理流程。
1控制思路
1)改变管理观念和意识在传统施工承包模式下,由业主方提供设计文件,承包商没有得到工程师相关变更指令,必须“按图设计与施工”,原则上不得对原设计进行任何改动。然而在D&B项目,承包商造价控制关键在设计阶段。因此,要从根本上改变传统施工总承包管理观念和意识,建立适应D&B项目总承包项目特点的新型设计、施工管理体系,充分发挥优化设计的核心作用和优势。2)优选设计公司,组建优化团队首先在结构技术设计阶段,采用设计分包,并优选国际知名的设计咨询公司,为城市之光项目提供高质量的方案和设计支持。其次为发挥优化设计的核心作用和优势,联合本地一家声誉好、结构优化设计经验丰富的工程咨询公司,对设计方提供结构设计方案,再进行优化设计。一方面弥补自身技术力量薄弱的特点,另一方面对设计方案进行技术监督与控制。3)树立优化设计与施工集成思想结构设计方案常常能满足建筑功能和结构安全可靠度的要求,然而往往设计人员施工经验不足,对施工流程和工艺不熟悉,致使设计与现场施工脱节,造成施工难度加大,成本支出增加。因此结构优化设计阶段,始终树立优化设计与施工集成思想。同时要求施工技术人员积极参与设计方案讨论,紧密结合建筑结构特点和所采取的施工措施,将技术、材料和施工工艺进行综合考虑,以达到降低施工难度和工程造价的目的。4)各个专业统筹兼顾,力争全局协调一致在工程设计过程中,涉及多部门、多专业工种,其中包括结构、建筑、电气、给排水、暖通、煤气等专业工种。由于各个专业各自独立设计,势必造成设计方案从局部看是合理的经济方案,但从全局看未必是合理优良的方案。因此结构优化设计时,不仅满足建筑功能及规范的要求,而且还需各个专业统筹兼顾,力争全局协调一致,达到最优方案。
2管理实践
根据上述的控制思路,并结合城市之光项目的特点,制定优化设计施工管理体系的流程,分阶段对设计方案进行优化,如图2所示。
结构优化设计技术措施
1技术设计阶段结构优化措施
为满足建筑功能的要求,结构设计往往不是唯一的,不同的结构方案会使工程造价和工程质量产生很大的差别,甚至决定项目建设的成败。因此在满足建筑功能和结构安全可靠的前提下,着重分析结构设计的先进性和经济性。通过对原结构设计方案的分析发现,原设计结构平面布置较为均匀,东西对称,竖向荷载传递合理。但是,首先对设计方提出结构优化设计的具体措施:①提高结构材料的利用率,尽量采用高强度的钢筋及混凝土;②对5栋塔楼筏板以及裙楼筏板重新验算与设计;③对于水平承载构件,尽量采用预应力混凝土无梁板;④选择正确的结构计算方法;⑤优化设计与施工集成思想。然后再根据设计方提供的结构设计方案,联合专业的结构公司通过最优的结构验算,再进行优化,实现设计方案的技术监督与控制,提高设计的质量。
提高材料的利用率。结构优化设计目的是提高结构设计的性价比,对结构材料的选用要合理,利用要充分。要根据结构构件的不同受力特点、工作环境和材料本身力学性能,选用合适的结构材料,对于高层建筑尤为重要。①采用高强度的钢筋,主要优点有减少钢筋用量,减小结构构件的尺寸,减轻结构自重。本项目采用强度级别为460N/mm2热轧带肋钢筋。②尽可能采用高强度的混凝土,充分利用混凝土的抗压性能,不仅减小构件的截面尺寸,增加使用空间,而且减轻自重提高设计质量。如5栋塔楼的竖向结构混凝土强度等级主要为C60,水平承载结构混凝土强度等级为C40。③对于高层结构的转换层和受力结构复杂的节点部位,采用型钢混凝土结构和预应力混凝土结构,利用材料的力学性能,组合使用,以达到适用、安全、经济的目的。如C10a塔楼的L16剪力墙采用型钢混凝土结构,将原来8道混凝土剪力墙减少到4道。
筏板基础。1)塔楼的筏板基础该项目5栋塔楼基础为筏板基础,原设计方案中C2,C3和C10,C11塔楼的筏板厚度为3m;C10a塔楼筏板厚度为3.5m,通过分析发现,可以减小筏板厚度和配筋率,并提出两种优化方案:①方案1保持筏板顶标高和厚度不变,减少5%的钢材用量;②方案2保持筏板顶标高不变,筏板厚度减小500mm,同时可以减少15%混凝土用量和5%的钢材用量。对两种方案进行比较,方案2的经济效益明显较好。但是,由于现场桩基础已经施工完成,即桩头标高已定。如果采用此方案,保持筏板顶标高不变,因桩顶标高低于筏板底500mm,难以实现。如果保持筏板底标高不变,B3地下室净空间增大500mm,一方面业主不认可,另一方面因净高的增加致使一系列的结构构件需要重新设计,如楼梯、坡道等,不经济。因而最终采用方案1,节约5%塔楼筏板基础钢筋用量。2)裙楼的筏板基础C10,C11裙楼浅筏板总面积约5945m2,C2,C3裙楼浅筏板总面积约4297m2,设计方提供的方案为:筏板的厚度均为500mm,其中桩帽区域钢筋为:T1&T2为Y16-150;B1&B2为Y25-150,非桩帽区域为,T1&T2为Y12-125;B1&B2为Y16-175。为此联合专业结构优化设计公司,计算分析发现原筏板设计过于保守。提出具体优化措施:①利用裙楼筏板钢筋取代桩帽上部钢筋;②裙楼筏板的厚度从500mm减至400mm;③合理减小钢筋配筋率,为双层双向Y12-150钢筋网片。如图3,4所示。
水平承载构件尽量采用预应力无梁板。采用预应力无梁混凝土板相对于普通混凝土梁板的最大优点在于节约钢材用量和降低施工难度。原设计方案中,5栋塔楼的楼板全部为普通混凝土板,裙楼楼板为普通混凝土板加局部预应力板,预应力板所占的比例较少。为此,优化具体措施为:①4000mm×4000mm×375mm柱帽构造措施,取消部分混凝土梁。②由于裙楼面积较大和预应力板的钢绞线张拉限制,设置多条后浇带;③将5栋塔楼核心筒外围的混凝土板全部设计为预应力板;④对于跨度较大的混凝土梁,设计成后张法预应力钢筋混凝土梁。如C10a塔楼○F3和○F5轴线之间的混凝土梁最大跨度达17.2m,采用后张法预应力混凝土梁,不仅降低施工难度,而且减少钢筋和混凝土用量。以C10,C11裙楼L6层为例,原设计预应力混凝土板的面积占该层总面积的25%,优化后预应力混凝土板的面积占该层总面积的79%,大大提高了预应力混凝土板的比例,如图5所示。
选择正确的结构计算。结构优化设计的过程就是对结构方案追求完美的过程。然而在结构优化设计过程中,设计方重视设计速度,以完成任务为前提,设计人员往往不注重工程造价,常常为了保险起见,加大安全系数,只要保证设计方案不出现大的质量问题,方案的好坏、造价的高低无关紧要。因此选择正确的结构计算尤为重要,为此联合专业结构优化设计公司,对结构设计方案进行技术监督与控制。例如对裙楼挡土墙及剪力墙,通过建立结构模型,重新分析验算,使结构达到最优化。C10,C10a,C11塔楼505m长地下室挡土墙,原设计方案共有5种类型,从地下3层至首层墙体厚度都为500mm,并设计不同类型的拉接钢筋,间距为Y12-125(max),如图6所示。为此,结合相关设计参数和地质勘探报告,根据不同深度的土壤对挡土墙水平侧压力不同和竖向承载力的变化,对挡土墙进行再验算。优化结果:①墙厚范围地下3层至地下2层为400mm,地下2层至地下1层为300mm,地下1层至首层为250mm。②根据美标ACI318-0514.3.6的规定,如果竖向钢筋的配筋率≤0.01,则可不设置水平方向拉筋。但考虑现场施工要求,设置Y10@450~500水平拉筋,便于竖向钢筋固定。③按结构设计总说明的要求,拉筋两端为180°弯钩,施工难度较大,为此优化拉筋样式为一端90°,一端180°。
优化设计与施工集成思想。在技术设计阶段,始终树立优化设计与施工集成思想。应紧密结合建筑结构特点和所采取的施工措施,将技术、材料、施工工艺和施工措施的优点集中体现在优化设计方案中,避免设计与施工脱节,造成施工成本增加,同时降低施工难度,保证了工期。以C2,C3塔楼台模水平运输为例进行说明。C2,C3塔楼楼板采用台模体系,由于结构形式为剪力墙加核心筒结构,如图7所示,剪力墙与核心筒相连,使得台模水平运输困难。如果利用塔式起重机周转台模,施工难度大且进度慢。为此根据结构特点和施工要求,采用预留施工洞口,即在剪力墙上预留4.0m×2.9m(宽×高)洞口,以方便台模水平周转运输。经与设计方协商,在保证结构安全前提下,通过优化设计,C2塔楼从L7至L32层,在每层轴线○RC/○RD/○RE预留6个洞口,C3塔楼从L7至L28层,在轴线○RK/○RL/○RM预留6个洞口;待结构施工完成,洞口将用砖墙砌筑。通过上述措施,一方面降低施工难度,显著提高施工进度,另一方面用砖墙代替混凝土,减少钢材和混凝土用量。由于篇幅有限,其他案例不再赘述。
2施工图设计阶段结构优化措施
施工图设计是根据已经批准的设计图纸进行的深化设计。施工图质量对现场的施工质量起到至关重要的影响。为此通过对结构的施工图纸进行优化设计,进一步对工程造价进行控制。主要采取的措施有:精细化设计,采用标准设计,控制局部小的变更在现场施工之前的措施。1)精细化设计结构的施工图纸越精细,现场施工越顺利,而且易于发现局部设计差异。为此,可以采取以下措施:①针对结构构件,如梁、板、柱、墙,精细到每根钢筋,标明钢筋尺寸及根数、长度、搭接位置及长度等,大大降低钢筋放样阶段浪费;②针对复杂结构,精细到每个节点,标明尺寸、高度等。③对于结构构件平面定位,不仅标明具体的尺寸,而且精确到每个坐标点。2)标准设计在施工图设计阶段采用标准设计可以降低工程造价,具体为:减少深化设计的工作量,提高设计的效率,大大缩短施工图设计周期;采用标准构件可以加快工程施工进度,减少材料浪费,标准设计有较强的通用性,可以大量重复使用,较为经济。如梁上洞口标准加钢筋节点,设备基础标准配筋节点,圈梁构造柱节点,剪力墙标准配筋节点等。3)尽量控制局部小变更在现场施工之前在施工图精细化过程中,对于局部设计差异,及时与设计方沟通,并通过变更节点直接用于现场施工;对于施工难度较大的节点,及时提出合理建议,调整局部设计,降低施工难度。将此类局部小变更控制在现场施工之前,避免现场返工,有利于对施工成本的控制。
结构优化设计经济效益
通过结构优化设计在本项目取得了很好的经济效益,节约大量的材料,降低劳动力的使用量,提高施工进度。仅与优化公司联合优化的部分,就节约了混凝土2.7万m3,钢筋约136t,合计减少材料成本1680万迪拉姆。
结语
通过在本高层项目设计阶段的结构优化设计,总结了在D&B总承包合同模式下结构优化设计控制思路与管理实践,并结合措施与案例分析。实践证明,传统施工承包商在D&B项目中采用结构优化设计,有效控制工程造价,并取得良好的经济效益。同时也给同类D&B项目,提供结构优化设计借鉴。但是在D&B总承包合同下,对优化设计也面临一些认识不足的问题:①设计方重视设计速度,以完成任务为前提,通常提供单一化的方案,可比性不强;②所有的优化方案必须经原设计方的认同并作修改,再次审批和施工图评审,导致设计周期延长,甚至影响现场施工进度;③对设计方案存在的缺陷,缺乏量的界定、责任的划分和可供操作的处罚条款,是不负经济责任的设计对造价控制缺乏基本的原动力,还有待在实践中不断加以完善和提升。
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采用表面修饰技术和原位还原碳化技术制备了纳米碳化钨(WC)/碳纳米管(CNT)纳米复合材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和热重-差热分析(TG-DTA)等手段对WC/CNT纳米复合材料的晶相组成、形态结构和热稳定性进行了表征,结果显示样品是由WC和CNT两相构成,纳米WC颗粒均匀地分散在碳纳米管上,粒径细小;在空气气氛中,WC/CNT纳米复合材料在470℃以下保持稳定。采用循环伏安法研究了WC/CNT纳米复合材料对硝基苯的电催化活性和电化学稳定性。结果表明,WC/CNT纳米复合材料对硝基苯的电催化活性优于纳米WC和CNT,且WC/CNT纳米复合材料在硝基苯电还原过程中保持良好的化学稳定性。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:碳化钨与蒙脱石纳米复合材料的制备与电催化活性研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
【摘要】:具有类铂催化性能的碳化钨(WC)催化材料是当前研究的热点与难点.本文以六氯化钨为钨源,用剥离后的蒙脱石片层为载体,将化学浸渍法与原位还原碳化法技术相结合制备了碳化钨与蒙脱石纳米复合材料;复合材料由碳化钨、碳化二钨(W2C)和蒙脱石(MMT)组成,碳化钨呈颗粒状分散或呈层状负载于MMT外表面;样品的晶相组成与其还原碳化时间有关;样品的微结构特征与前驱体中钨与蒙脱石的比例有关.采用三电极体系和循环伏安法测试了样品在酸性溶液中对甲醇的电催化氧化性能,结果表明,碳化钨与蒙脱石复合之后对甲醇的电催化性能明显提升,并具有类铂电催化活性;当钨与蒙脱石质量比为4的前驱体经5 h还原碳化后,样品中WC占绝对主导,WC和W2C的质量分数分别为82%和18%,两者的比值为4.556,且在MMT外表面形成均匀的负载层.此时样品的电催化活性最高.这为制备具有类铂催化活性的高性能碳化钨催化材料奠定了坚实基础.
【关键词】:碳化钨 蒙脱石 纳米复合材料 电催化活性 类铂催化性能
碳化钨(WC)的核外电子排布因与铂类似而具有类铂催化性能,1 可用作电化学领域的催化剂,2,3 且由于具有优越的抗H2S和CO中毒能力等特点4而成为当今研究的热点, 但是其电催化活性远不如铂等贵金属催化剂.5,6 因此, 提高活性是WC替代或部分替代铂等贵金属催化剂的关键和面临的技术难题.研究表明, 结构和形貌调控,7,8 碳包覆9-15及与其它载体复合16是提高WC活性的有效技术手段. 本课题组在这方面也开展一些有针对性的研究工作,如制备WC/CNT、17 WC/TiO218和WC/天然沸石纳米复合材料,19 以及WC/Fe3W3C 核壳结构复合材料20等. 以上方法虽然在一定程度提高了WC的催化活性, 但均未能制备出具有类铂催化活性的碳化钨基催化剂.
选择蒙脱石(MMT)为碳化钨的载体, 制备碳化钨与蒙脱石复合催化材料, 并研究其性能, 是因为MMT具有2:1 型层状结构, 是一种天然的硅酸盐层状结构材料, 具有表面电负性强、比表面积大、吸附性强及阳离子交换性能好等特点;21 研究还表明, 将Pt2+引入到MMT的层间, 再利用NaBH4还原可得到Pt-MMT催化剂, 它对对硝基苯酚具有很好的催化活性与稳定性;22 将Ru、23 Au、24 CdTe25和Fe26等多种纳米微粒负载在MMT上, 不仅体现出良好的分散性, 还具有很好的催化性能. 这是由于MMT的纳米片层表面带有永久性负电荷, 电荷的相斥作用导致复合催化剂具有很好的分散性; Aihara 等27进一步认为, 为了降低表面能, 纳米颗粒吸附于MMT的片层上, 致使MMT片层对纳米颗粒具有很好的分散作用; Kawabata 等28 也认为MMT作为催化剂的载体, 对纳米微粒具有很好的分散与稳定作用, 并可保持复合催化剂的稳定性. 因此, 将具有类铂催化活性的碳化钨负载于MMT纳米片层之上必可得到性能良好的催化剂.
基于上述因素, 本文以蒙脱石为载体, 采用离子交换法将W6+引入到MMT表面及层间, 再利用原位还原碳化技术获得了碳化钨与蒙脱石纳米复合材料, 研究了其对甲醇的电催化性能, 报道了具有类铂电催化活性的碳化钨基催化材料, 揭示了复合材料的电催化性能与其物相组成和微结构之间的关系, 为制备具有类铂催化活性的碳化钨基电催化材料探索了一条新的途径.
2.1 前驱体制备
三氧化钨(WO3) 与蒙脱石复合前驱体(WO3/MMT)的制备分为两步完成: (1) MMT 剥离; (2)WO3/MMT制备.
(1) MMT剥离: 将一定量的MMT加入到浓度为8 mol∙L-1的LiCl 溶液中, 搅拌和超声分散10 min后转入水热反应釜中, 在140 °C下水热反应24 h, 过滤后再用50%的乙醇溶水液洗涤滤饼, 经离心和干燥后获得剥离MMT (E-MMT).
(2) WO3/MMT 制备: 分别称取1.836 g WCl6 和1.000 g E-MMT, 先将WCl6溶于50 mL无水乙醇中,再将E-MMT加入上述溶液中, 超声分散10 min, 将体系置于30 °C的水浴中恒温搅拌24 h, 然后静置、过滤、洗涤、干燥和研磨后获得WO3/MMT前驱体.
2.2 样品制备
将适量的WO3/MMT前驱体装于石英舟内并置于管式电炉中, 通氮气(N2) 30 min 后, 改通CH4和H2混合气体(CH4:H2的体积比为1:4), 同时将管式炉的温度升高至400 °C保持30 min, 再升高至800 °C保温一段时间, 然后在N2保护下冷却至室温, 即获得碳化钨与MMT纳米复合材料.
2.3 样品表征
采用荷兰的PANalytical 公司生产的X'PertPRO型X射线衍射(XRD)仪对样品的结构及物相组成进行表征. 实验采用Cu Kα靶, λ=0.154056 nm, 管电流40 mA, 管电压45 kV, 步长0.04°, 2θ的扫描速率为2.4 (°)∙min-1, 扫描范围为5°-80°; 采用配备有X射线能量散射谱(EDS)仪的HitachiS-4700Ⅱ型场发射扫描电镜来观察样品的表面形貌; 采用荷兰Philips-FEI 公司的300 kV 高分辨透射电子显微镜(TecnaiG2 F30 S-Twin)对样品的形貌特征和显微结构进行表征.
2.4 电催化性能测试
样品的电催化性能测试采用CHI620B 型电化学工作站(上海辰华仪器公司), 测试在298 K下采用循环伏安法和三电极体系进行. 其中, 工作电极为粉末微电极, 辅助电极为1 cm×1 cm 的99.99% Pt片, 参比电极为饱和甘汞电极(SCE), 工作电极与辅助电极之间用多孔陶瓷隔膜隔开.
样品电催化性能对比用碳载铂(Pt/C)电催化材料从浙江省冶金研究院有限公司购买, 其铂含量为5% (w), 标记为Pt/C(5%).
3.1 XRD分析
EMMT与WO3/MMT 在2θ小于10°的范围内均具有较强的衍射峰, 可归属于MMT(001)晶面的特征峰(PDF: 13-0259). 与E-MMT相比, WO3/MMT中(001)晶面的2θ值向左偏移,这说明负载WO3 后MMT 的(001)晶面间距扩大了. 这可能与WO3/MMT制备过程中少量钨离子插入蒙脱石层间有关. WO3/MMT经还原碳化后, 样品的物相组成主要是WC (PDF: 51- 0939)、W2C(PDF: 35- 0776) 和MM. 比较上述四个样品的XRD 衍射结果可发现, 随着还原碳化时间的增加,MMT(001)晶面的衍射峰逐渐减弱, 当还原碳化时间超过5 h, MMT(001) 晶面的衍射峰基本消失,MMT的其他衍射峰也逐渐减弱. 这说明随着还原碳化时间的增加, MMT片层结构的有序度降低, 甚至被破坏或向非晶态转变.
当还原碳化时间为3 和4 h 时, WC的各主要晶面(001)、(100)和(101), 以及W2C的(101)晶面的衍射峰较弱. 这说明此时WC及W2C的结晶度不高; 当还原碳化时间增加到5 h 后,样品的物相主要是WC, 且其衍射峰明显增强; 当还原碳化时间增加到6 h 时, WC 的衍射峰变弱, 而W2C的衍射峰增强. 上述结果表明, WC的结晶程度随着还原碳化时间的增加由弱到强, 再由强到弱,而W2C 的结晶程度由强到弱, 再由弱到强, 即两者的结晶程度呈互补关系. 这反映还原碳化过程中WC与W2C 是一种动态平衡关系, 即W2C→WC⇌W2C.为进一步验证上述关系, 基于XRD 分析结果,应用X'PertPRO 型X射线衍射仪自带的专业软件对样品中WC和W2C 的质量分数及其晶粒度进行了计算. 表中WC和W2C的晶粒度分别对应各自最强衍射峰的晶面, 即分别为(100)和(101)晶面.当还原碳化时间为3 h时, 样品中WC和W2C的含量分别为39%和61%, 两者的比值为0.641, 即W2C的含量约为WC的1.5 倍;
当还原碳化时间为4 h 时, WC和W2C的含量分别为34%和66%, 两者的比值为0.515, 即W2C 的含量约为WC的2.0 倍. 这说明还原碳化3 和4 h 时,样品的物相以W2C为主. 当还原碳化时间为3 h 时, 两者的晶粒度有一定的差异; 当还原碳化时间为4 h 时, 两者的晶粒度基本一致. 当还原碳化时间为5 h 时, 样品中WC与W2C的含量分别为82%和18%, 两者的比值明显变大, 由0.515(4 h)增大至4.556(5 h), 晶粒度变化不明显. 此时样品的物相以WC为主, 粒径没有明显变化. 当还原碳化时间为6 h 时, 样品中WC与W2C的含量分别为48%和52%, 两者的比值又变小, 由4.556(5 h)变小至0.923(6 h), 此时样品的物相以W2C 为主, 粒径略有增加. 这说明还原碳化时间由5 到6 h, 样品的物相由以WC为主, 转变为WC与W2C 的含量基本相当, 且W2C 的含量略高. 比较不同还原碳化时间样品的XRD分析结果可发现, 随着还原碳化时间的增加, WC与W2C之间可发生转变,先是部分W2C 转变成WC, 然后是部分WC转化为W2C, 且还原碳化5 和6 h 样品中WC和W2C的结晶度明显优于还原碳化3 和4 h 时样品中的WC 和W2C.
3.2 SEM分析
剥离前MMT片层状结构不明显, 剥离后片层状结构明显, 其长度达到了几微米, 厚度仅为十几纳米, 片层边缘呈现卷曲状. 这说明经剥离后, MMT形成了分散性良好的片层状结构, 其表面积明显增大. 这为后续氧化钨的吸附与分散, 即前驱体的制备奠定了良好的基础.
3.3 TEM及STEM
为了解E-MMT与碳化钨的晶粒大小, 选择还原碳化时间为5 h 的样品进行了高分辨透射电子显微镜(TEM)和扫描透射电镜(STEM)分析.
样品片层状结构明显, 片层厚度较薄, 结合SEM 结果, 片层状颗粒为E-MMT,黑色颗粒均匀地分散于E-MMT的表面.样品局部放大及晶格像. 黑色细小颗粒经放大后用Digital Micrograph 软件精确测量其晶面间距约为0.2455 nm. 这与WC(100) 的晶面间距0.2517 nm(PDF: 51-0939)接近.黑色颗粒经放大后,其晶面间距约为0.2489 与0.2506 nm, 均与WC(100)的晶面间距接近. 这说明照片中的黑色颗粒为WC.晶面间距实测值与标准卡片值的差异可能是由于晶面拍摄角度以及系统误差所致.灰黑色颗粒表面分布灰白色亮点. 由于碳化钨比蒙脱石具有更强的电子衍射,灰白色亮点是碳化钨颗粒, 灰黑色区域为E-MMT片层, 并采用X射线能谱仪对上述结论进行了验证. WC颗粒均匀分布于E-MMT片层的表面, 分散性较好, 团聚现象不明显, 颗粒大小大约在10 nm 左右. 这与XRD的计算结果吻合.
3.4 EDX分析
C、O、Mg、Al、W、Si 元素的谱峰. 其中, O、Mg、Al、Si 和Ca 为MMT中的元素所致, W 和C 谱峰的存在说明样品中存在碳化钨物相. 这与XRD 的分析结果相符. 这在一定程度上说明所制备的样品为WC/MMT复合材料.
3.5 电催化性能
样品在酸性甲醇溶液(0.1 mol ∙ L-1CH3OH+0.5 mol∙L-1 H2SO4)中的循环伏安曲线. 样品3 在0.5 mol∙L-1 H2SO4溶液中出现了一组对称的氧化还原峰, 其氧化和还原峰峰电位分别为0.531 和0.426 V; 在正扫过程中, 四个样品均在0.7 V左右出现第一个氧化峰; 在负扫过程中,四个样品均在0.508-0.535 V范围内出现第二个氧化峰. 样品3 在硫酸溶液中并未出现双氧化峰, 而是一个氧化峰和一个还原峰. 这说明上述双氧化峰是样品对甲醇的电催化氧化, 也充分说明WC/MMT系列样品对甲醇的电催化氧化性能与贵金属催化剂铂的特征相似.为便于对比.
在正扫描过程中, 样品1、2、3 和4 的峰电位分别为0.702、0.707、0.707 和0.696 V, 峰电流密度分别为8.05、6.09、16.40 和6.64μA∙cm-2. 即4 个样品的峰电位非常接近, 峰电流有明显的差异, 以样品3 的峰电流密度最大; 负扫描过程中, 样品1、2、3 和4 的峰电位分别为0.532、0.535、0.508 和0.515 V, 峰电流密度分别为5.42、4.24、10.20和3.95 μA∙cm-2. 即4 个样品的峰电位比较接近, 以样品3 的峰电位最负, 峰电流也有明显的差异, 以样品3 的峰电流密度最大. 由于氧化峰的峰电位越负,其电催化氧化活性越高. 因此可认为样品3 的电催化活性相对较好, 即还原碳化时间为5 h 所制备样品的电催化活性最好. 4 个样品的正扫峰电位与负扫描峰电位的比值存在一定的差异, 且样品4 的比值明显大于其它三个样品的比值.
正扫描时, 样品3 在硫酸溶液中的循环伏安曲线在电势为0.1 V左右均出现一个宽泛的氧化峰. 这应该是氢的脱附峰.3 氢脱附峰的形成是因为酸性溶液中含有大量的H+离子, 样品中MMT表面具有永久性负电荷, 这必然导致H+离子大量吸附于MMT表面, 随电位正移, H+离子从MMT表面脱附, 在循环伏安曲线上显示阳极电流和相应的电流峰.
甲醇在样品的电催化过程中能够出现双氧化峰是因为甲醇的电催化氧化总反应方程式:
2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O (1)
在酸性条件下, 其正极反应:
3O2+12e-+12H+→6H2O (2)
负极反应:
2CH3OH-12e-+2H2O→12H++2CO2 (3)
而在实际反应过程中, 甲醇的电催化氧化是分步进行的.30 即在电位正向扫描过程中, 甲醇发生电催化氧化, 但随着电流的正移, 催化剂表面产生的氧化物或溶液中硫酸根离子吸附抑制了甲醇的进一步吸附和氧化, 所以会产生第一个氧化峰; 当电位负向扫描时, 在正向扫描产生的氧化物被还原,且吸附的硫酸根离子也发生脱附, 此两个过程使得催化剂表面恢复活性, 所以甲醇可以进一步发生氧化, 从而形成第二个氧化峰. 这就是形成双氧化峰的根本原因.
不同钨与蒙脱石比的前驱体经5 h 还原碳化所制备的样品在酸性溶液(0.1 mol∙L-1 CH3OH+0.5 mol∙L-1 H2SO4)中循环伏安曲线. 从图7 中可看出, 所有样品在酸性甲醇溶液中均出现了双氧化峰, 一个是在正扫过程中, 且峰电位均在0.7 V左右,另一个在负扫过程中, 峰电位为0.5 V. 上述结果说明, 四个样品均对甲醇具有良好的电催化活性, 且其循环伏安曲线的双氧化峰特征与贵金属Pt 的电催化特征相类似.29 这充分说明碳化钨与蒙脱石纳米复合材料具有类Pt 的催化活性. 为了更好地对比样品的电催化活性.
正扫描过程中, 4 个样品的峰电位高低顺序为: 样品8>样品7>样品6>样品5. 由于氧化电位越低, 其电催化氧化活性越好, 越容易发生电催化氧化反应. 因此, 正扫描过程中, 样品5 的电催化活性最高. 正扫描过程中, 4 个样品的峰电流密度大小顺序为: 样品8>样品6>样品5>样品7. 其中, 样品8 的电流密度值明显大于其它样品的电流密度值; 样品7 的电流密度值明显小于其它样品的电流密度值. 负扫描过程中, 4 个样品的峰电位高低顺序为: 样品7>样品6>样品5>样品8, 样品8 的电催化活性最高. 4 个样品的峰电流密度大小顺序和特征与正扫一致. 从表3 中还可看出, 4 个样品的正扫峰电位与负扫峰电位的比值随着负载量的增大而减小, 即两个氧化峰的电位比值大小与负载量之间存在一定的相关性.
样品3 与碳载铂[Pt/C(5%)]在酸性甲醇溶液中的循环伏安曲线对比图.样品3 与Pt/C(5%)在酸性溶液中对甲醇的电催化均出现了双氧化峰. 为便于对比, 在相同的测试条件下, 与Pt/C(5%)的第一个和第二个氧化峰电位相比, 样品3 的第一个和第二个氧化峰电位明显负移. 由于氧化峰的峰电位越负, 其电催化氧化活性越高. 这说明碳化钨与蒙脱石构成复合材料后, 在高电流密度下其电催化活性高于Pt/C(5%), 即其电催化活性得到了明显的提升.
从表4 中还可看出, 与文献报道的WC与W2C复合材料31 和碳载铂(Pt/Vulcan XC-72R)电催化材料32的第一个和第二个氧化峰电位相比, 样品3 的第一个和第二个氧化峰电位明显负移; 与文献报道的碳载铂(Pt/Vulcan XC-72R)电催化材料32相比, 正扫时, 样品3 对甲醇电催化氧化第一个峰的峰电位明显正移, 第二个峰的峰电位相同. 这也从侧面说明将碳化钨复合于蒙脱石上之后, 其对甲醇的电催化活性得到显著的提高.
综合分析, 不同钨与蒙脱石比值的前驱体经5 h还原碳化所制备的样品中, 样品3, 即当前驱体的钨与蒙脱石比值为4 时, 样品在酸性溶液中对甲醇电催化氧化活性最好. 结合样品的XRD表征结果, 样品3 中的碳化钨物相组成为WC与W2C, 且WC与W2C 的比值达4.649, 即样品中以WC为主导, 而其它3 个样品的物相虽然也由WC与W2C组成, 但WC与W2C的比值均小于1, 即样品中碳化钨的物相以W2C为主. 这充分说明WC与W2C对甲醇的电催化氧化均具有一定的活性,31 但构成复合材料后两者的比例对样品的性能有较大影响, 即以WC为主的样品对甲醇的电催化性能好于以W2C 为主的样品的性能.
从TEM照片中可看出, 样品3 中碳化钨颗粒均匀地分布于MMT外表面, 并形成了较为完整的负载层; 虽然样品2 中碳化钨也较均匀地分布于MMT外表面, 但没有形成完整的负载层; 样品1 和4则是碳化钨颗粒均匀地分布于MMT 外表面, 在MMT外表面的碳化钨没有形成连续的层状结构.这充分说明样品的微结构特征对其电催化活性具有较大影响. 基于上述结果和分析可得出结论: 碳化钨与蒙脱石纳米复合材料对甲醇的电催化活性不仅与其物相组成和相对含量有关, 还与其微结构特征有关.
以六氯化钨为钨源, 以剥离后的蒙脱石片层为载体, 将化学浸渍法与原位还原碳化技术结合可制备出碳化钨与蒙脱石纳米复合材料; 复合材料中碳化钨由WC与W2C组成, 调节还原碳化时间可获得具有不同物相组成的复合材料, 即可控制WC 与W2C 的比值; 调节前驱体中的钨与蒙脱石比例, 可获得具有不同结构特征的碳化钨与蒙脱石的纳米复合材料; 当前驱体中钨与蒙脱石的比例适中时,碳化钨均匀地负载于蒙脱石片层的外表面, 形成良好的负载层; 当前驱体中钨与蒙脱石的比值过低或过高时, 碳化钨以微粒形式复合于蒙脱石片层的外表面. 其中, 当比值低时, 碳化钨纳米颗粒均匀地分散于蒙脱石的外表面, 晶粒的尺寸在10 nm左右, 当比值过高时, 碳化钨纳米颗粒在蒙脱石的表面分布不均匀, 颗粒明显增大(60-100 nm), 团聚明显.
碳化钨与蒙脱石纳米复合材料在酸性体系中对甲醇具有良好的电催化活性, 并具有类铂催化性能, 其电催化活性不仅与复合材料的物相组成有关, 还与复合材料的微结构特征有关. 当复合材料中碳化钨的物相由WC和W2C构成, 并以WC占绝对多数, 且两者在蒙脱石片层外表面形成均匀的负载层时, 复合材料对甲醇的电催化活性最好, 且类铂电催化性能最强.
上述充分说明, 蒙脱石片层是碳化钨良好的载体, 不仅可很好地分散碳化钨纳米颗粒, 也可构成负载层状结构, 两者复合后还可获得具有类铂催化性能的碳化钨基电催化材料. 这为制备具有类铂电催化性能的碳化钨基催化材料奠定了坚实的基础,为碳化钨基催化材料的制备与应用研究, 尤其是碳化钨替代铂等贵金属催化剂指明了方向.
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随着先进复合材料成型工艺的不断进步,研究其过程中的质量控制显现出了重要的现实意义。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:浅谈先进复合材料成型工艺过程中的质量控制相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
【摘要】:介绍了先进复合材料的性能和工艺特点,着重从原材料质量控制、工艺过程质量控制和成品检验等方面阐述了研究先进复合材料成型工艺过程中的质量控制的意义。实践表明,加强先进复合材料成型工艺过程中的质量控制,对先进复合材料内部的质量进行全面监测控制,可有效地提高航天器复合材料的产品质量和可靠性。
【关键词】:先进复合材料 原材料 工艺过程 成品检验 质量控制
作为一项具有较强特殊性的工作,先进复合材料成型工艺得到了长足的发展和进步。研究该项工作过程中的质量控制,能够更好地提升先进复合材料成型的最终效果。
当前复合材料整体成型技术在航空航天等技术领域都得到了广泛的应用,在实际操作中这种工艺技术能够有效的降低制作费用,减轻机械的总体重量,在经济以及环保方面都能够发挥良好的优势作用,因此,在航天器领域中人们可以通过其复合材料的使用情况来对它的先进性进行评断。
飞机结构上符合材料的加入,能够有效的增强飞机的轻质化、模块化等特点,随着先进工艺的发展,复合材料在飞机上得到了更加广泛的使用,已经成为继铝、钢、钛之后的第四大航空领域结构材料类型,复合材料整体成型工艺在不断的发展进步中,从原来的次要承力件变为了主要承力件,复合材料成型工艺已经成为了主要民机行业竞相争抢的主要技术之一,无疑,复合材料的应用以及技术的先进性也已经成为了其先进性、专业性的对比内容项目之一。因此,在专利的申请方面也成为了航空企业互相竞争的内容之一,复合材料研发以及专利的申请竞争日益激烈,,波音公司在专利的申请上凭借它一直以来在复合材料应用领域的强大基础,拥有了大量的具有技术价值的基础性质的专利。而空客公司则主要凭借欧洲航空工业在符合材料行业的强大基础,进行了大胆的创新制造,也成功的获得了许多权威的、有价值的专利,成为了行业内的后起之秀,从这些实际竞争情况来看先进复合材料的研发已经成为了大势所趋。
在先进复合材料的成型过程中必须始终保持均匀稳定原料补充,这样才能更好的使之定型,形成复合材料的原材料中的天然纤维的结构以及特性对成品有着关键性的影响,如果天然纤维中的水分含量在8% 以上,则会对材料的成型造成一定的影响,因此,在生产过程中需要特别注意含水比例尽量控制在8% 以下。
3.1天然纤维粉粒进料以及粒料供给方式分析
在进料之前需要将天然纤维粉进行造粒处理,提高其自身的体积比重,然后混合合成树脂、添加剂等材料分别装入挤出机中。比例少的合成树脂在这种锥形双螺杆挤出机中能够做到快速熔融,最后分散在天然纤维之中,这种操作手段能够比较简便的实现混合比率的改变,该方式辅助设施简单容易操作。
粒料的供给是通过使用单螺杆或双螺杆挤出机等方式来实现的,具体的操作内容就是将天然纤维、合成树脂、添加剂三种材料进行造粒处理,然后加入挤出机进行成型。这种生产方式的优势在于现有设备比较齐全,但是,天然纤维需要干燥之后才能进入造粒挤出机。
3.2积聚( 集成体) 进料方式与冷搅拌方式
积聚进料的方式是通过使用高速搅拌器来工作的,天然纤维、合成树脂以及添加剂需要进行预处理,形成豆粒大块状体,然后将其加入挤出机中进行成型处理,这种方式能够在一定程度上脱除水分、气体。冷搅拌方式是将木粉中存有的粉状树脂、添加剂等进行集中搅拌,而天然纤维则通过喂料器向挤出机中提供原料。这一过程天然纤维、合成树脂、添加剂等材料不用单独制作,但是必须保持粉状形态,而且需要保持天然纤维的充分干燥。
目前,世界各国已经形成了原材料、成型工艺、机械设备、产品种类及性能检验等一系列较完整的工业体系,与其他工业相比,发展速度比较快。树脂基复合材料的成型工艺也从最初的手工操作工艺逐步向技术密集、高度自动化、高生产率、高稳定性的成型工艺上发展,并随着应用领域的广泛开拓,出现了多种成型工艺并存的现象,而且还在不断衍生出新的工艺类型。
4.1手糊成型工艺
手糊成型工艺又称低压接触成型工艺,是树脂基复合材料工业中使用最早的一种工艺方法,操作方法简单,几乎可适用于所有的复合材料制品的生产,且投入小,但对操作人员技术熟练程度的依赖性较大,生产出的制品单面光洁,产品质量不够稳定。随着各种新工艺形式的不断涌现,手糊成型工艺所占比例逐渐降低,但手糊工艺因具有独特的其他工艺不可替代的尤其是在生产大型制品方面特点,所以仍然在行业内占据着重要的地位。
主要应用领域:建筑雕塑领域如采光顶、活动房屋等;交通设施领域如游艇、汽车壳体、发动机罩等;环境与能源领域如风力发电机用机舱罩、叶片、沼气池等;体育游乐设备领域如游乐车、水滑梯等。
4.2喷射成型工艺
喷射成型工艺是利用喷射设备将树脂雾化,并与切断的纤维在空间混合后落在模具上面,然后压实排出气泡固化,它是在手糊工艺基础上发展而来的,是将手糊操作中的纤维铺覆和浸胶工作转变为了机械化来完成,是一种相对效率较高的工艺,其生产效率是手糊工艺的2 ~ 4 倍。喷射工艺同样对操作人员的技术水平依赖较大,且由于增强纤维以断切的形式存在,树脂含量高,制品的强度较低,同时由于喷射设备的原因,其采用阳模成型方便,而采用阴模成型困难较大,且大型制品比小型制品更适合于喷射成型工艺。
主要应用领域:喷射成型工艺主要应用于大型产品的制作及建筑物补强等,代表性的产品有玻璃钢浴缸、整体卫生间、卡车导流罩、净化槽、船身等。
通过对先进复合材料成型工艺过程中质量控制的相关研究,我们可以发现,该项工作的良好开展有赖于对多方面技术的有效利用,有关人员应该从先进复合材料成型的客观实际出发,研究制定最为可行的质量控制方法。
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复合材料是指有连续的基体与分散的增强材料组合的多相材料,其中呈连续分布的相称结合相,而间断分布的相称增强相。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:铝水反应的新型制氢复合材料探究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
【摘要】:研究了铝基复合材料在铝水反应过程中的制氢性能,所用的铝基复合材料由高能机械球磨法制备。发现在Al-Bi-Na Cl体系中添加少量的碱金属(锂、钠、钾)或氢化物(Li Al H4、Li BH4)后,材料在室温下纯水中的放氢量和放氢速率都有了很大提高,通过调整掺杂物的种类和添加量,得到性能相对最佳的铝基复合材料拥有高达2 016 m L/(min·g)的初始放氢速率,并且能在1 min内放出几乎全部的理论产氢量。
【关键词】: 制氢 铝基材料 球磨 铝水反应
随着化石燃料的不断消耗和对环境威胁的加剧,洁净无污染的氢能利用技术以令人惊奇的速度快速发展。直接压缩低温液氢法储氢能力较强,但储存和运输过程中的液氢气化、泄露等问题严重制约了其在民用领域的推广。其他常用的储氢方法如金属氢化物储氢、碳纳米管储氢、金属有机化合物储氢等依然存在循环稳定性和热力学性能差等缺陷,无法满足现实需求。而近年来受到关注的硼氢化钠水解制氢虽然有着储氢量高、产氢纯度高等优点,但是其价格昂贵、催化剂易中毒等缺陷却阻碍了其进一步的推广应用。与其他制氢手段相比较,金属水解制氢具有能量密度大,单位质量体积小,易保存易运输等优点,是一种很有潜力的制氢方式。
其中,金属铝原料资源丰富,价格低廉,有利于大量生产和推广。铝与水反应置换出氢气,水解过程安全稳定,氢气纯度高,无有毒气体产生,清洁无污染,同时具有很高的理论产氢量(1 245 mL/g)。虽然铝水反应在热力学意义上能够自发进行,但是新鲜的铝表面会迅速生成一层致密的氧化膜,阻止水解反应的进一步进行。所以如何破除这层氧化膜,是铝基水解制氢材料在室温下应用的关键问题。向反应系统中加入碱是一个促进反应进行的简单而有效的办法,而碱溶液的运用将对装置设备和使用人员造成潜在的危害,需要进一步的工作来改善这个问题。Soler等人报道了一种使用铝在海水中悬浮铝酸钠溶液的制氢系统。结果表明,当使用NaAlO2和Na2SnO3代替NaOH在铝水反应中的催化作用时,在同样的pH 条件下,使用Na2SnO3代替NaOH 能提高氢气的产生速率。
Dai等人将NaOH 和Na2SnO3的组合使用,有效提高了铝水反应系统的产氢速率,显著减少了NaOH 溶液的浓度,兼顾了铝水反应的动力学性能和碱腐蚀问题。另一方面,为彻底摆脱碱性溶液对系统装置的负面影响,最好的办法是使用中性的溶液或是单纯的水来直接与铝进行反应。范美强等人采用熔炼和球磨的方法向纯铝中掺杂了多种低熔点金属来提高铝基制氢材料活性。其中,使用30∶1 的球料比和5 h 球磨时间制备的Al-10%Bi-5%NaCl (质量分数) 样品,在20 min 内转化率可达到85.4%。本文在前期工作基础之上,通过改进球磨参数,细化成分比例,得到了性能更好的铝- 铋- 氯化钠复合材料。同时在此基础上,通过添加少量碱金属或氢化物得到了具有更高的能量密度和放氢速率的复合材料,适用于实时供氢等方面的应用。另外,测试了铝- 铋- 氯化钠- 碱金属复合材料水解反应的量热曲线,为以后工业化的系统设计提供参考。
1.1 样品制备
实验所用金属粉(Al、Bi 等),99.99%,天津兰德试剂有限公司生产;氯盐(氯化钠等),分析纯,沈阳试剂厂生产;碱金属(锂、钠、钾),99%,沈阳试剂厂生产;氢化物(LiAlH4、LiBH4等)98%,Alfa Aesar Company 生产;本论文中所有的水解制氢材料,均采用高能量机械球磨的方法制备。该方法是将原料按设计的组成配置混合后,在高纯氩气保护下,通过一定时间的球磨过程制备得到实验所需的复合材料。球磨制备均在QM-1SP-2CL型行星式球磨机(南京大学仪器厂制造)上进行。球磨用50 mL 的CrNi18Ti9真空密封不锈钢罐,磨球的材质与球磨罐相同,直径约1 cm。球磨机的主轴转速为450 r/min,磨球与原料的质量比为30∶1,球磨时间为12 h。
1.2 水解性能测试
称量0.07 g 的复合材料粉末加入到容量约为10 mL 的玻璃小瓶中,然后密封,7 mL 水由注射器加入。接触产生的氢气由导管引出,使用排水集气法收集在刻度精确到0.1 mL 的量筒中。复合材料水解上升氢气的体积为排出的水体积,产氢速率为单位时间内排出的水体积,氢气产量为单位质量的复合材料水解产生的氢气。
1.3 微量热测试
实验采用瑞典Thermometric AB 公司的3114/3236 TAMAir 型微量量热仪,热功率最小检测限为2.5 μW。将0.01 g 样品放入安培瓶置入量热仪中,待温度恒定后加入1 mL 的去离子水,得到铝水反应的微量热曲线。
2 .1 不同的铋和氯化钠含量对铝基复合材料性能影响
随着NaCl 含量的升高,样品的放氢量先增大后减小。这可能是因为NaCl 的加入减小了样品粒径,增加了颗粒表面的缺陷和新鲜表面。但是当Bi 的含量过小,Al-Bi 微型腐蚀电池便无法充分发挥作用,从而使放氢性能迅速下降。其中,成分比例(质量分数)为Al-8%Bi-7%NaCl(记为A#)的球磨样品拥有相对最佳的放氢性能。初始放氢速率达到了891 mL/(min·g),并且在3 min 之内放氢量便基本能达到理论容量。
2.2 不同添加量的氢化物对铝- 铋- 氯化钠复合材料性能影响
向85% Al-8% Bi-7% (质量分数)NaCl中添加不同含量LiAlH4和LiBH4后的铝基复合材料在室温下的水解放氢。随着掺杂量的升高,样品的初始放氢速率也随之升高。其中,成分比例(质量分数)为A#(Al-8%Bi-7%NaCl)-5%LiAlH4的球磨复合材料拥有相对最佳的放氢性能,初始放氢速率达到了2 016 mL/(min·g),并且在1 min 内放氢量便基本能达到全部理论容量。这可能是因为松散的氢化物的加入在球磨过程中促进了铝颗粒的分散,进一步增大了样品的缺陷和新鲜表面。另外在水解过程中,由于氢化物在与水反应时放出的热量提高了初始局部温度,从而使铝水反应的启动过程更加迅速。
2.3 不同种类的碱金属对铝- 铋- 氯化钠复合材料性能影响
向85% Al-8% Bi-7%(质量分数)NaCl 中添加1% (质量分数)的碱金属后的铝基复合材料在室温下的水解放氢曲线。在加入了少量的碱金属之后,样品的初始放氢速率有了很大提高。其中,成分比例(质量分数)为A#(Al-8%Bi-7%NaCl)-1%Na 的球磨复合材料拥有相对最佳的放氢性能,初始放氢速率达到了1 985 mL/(min·g),在1 min 内便基本能放出全部理论容量。这可能是因为碱金属在与水接触时发生剧烈的水解反应,放出大量的热量,加快了样品的水解速度。同时,碱金属的水解产物在铝与水的反应过程中能够起到催化剂的作用,也促进了水解反应的进行。
85%Al-8%Bi-7%(质量分数)NaCl 加入1%碱金属球磨样品水解放氢过程的量热曲线。从中可以看到,随着水解反应的进行,有大量的热量发出,放出热量的大小随着反应放氢性能的提高而增大。加入碱金属的样品水解放热峰更加尖锐,以更快的速度放出了大量热量。这也证明了碱金属的加入能够有效提高样品的初始放氢速率。
85%Al-8%Bi-7%NaCl 和加入1%(质量分数) 碱金属后球磨样品水解放氢过程的反应热值。85%Al-8%Bi-7%(质量分数)NaCl 球磨复合材料在水解反应过程中可放出约8.6 kJ/g 的热量,在加入1%(质量分数)的碱金属后,放出热量上升了约20%。铝水反应所产生的大量热量一方面提升了其自身的反应速度,另一方面也对系统的安全和稳定性提出了挑战。因此,在实际应用中应为反应容器设计循环冷却系统,或者设法将反应所放出的热量利用起来,进一步提高铝水反应能量的利用率。
为了破除铝表面致密的氧化膜使之能在常温下与水反应,同时降低碱溶液对设备及使用人员的潜在危害,在前人工作的基础上,实验制备了高活性的铝基球磨复合材料,在室温下便能与水发生快速反应。其中成分比例(质量分数) 为A#(Al-8%Bi-7%NaCl) -5%LiAlH4的球磨复合材料拥有的初始放氢速率达到了2 016 mL/(min·g),在1 min 内便基本放出了其全部理论容量。性能优异的复合材料为接下来的实际应用打下了坚实基础。另外,实验还测试了铝- 铋- 氯化钠和加入少量碱金属后的复合材料水解反应量热曲线,计算了铝水反应所放出的热量,为以后实际系统设计的安全性和稳定性提供参考。
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航天动力学是研究航天器和运载器在飞行中所受的力及其在力作用下的运动的学科,又称星际航行动力学。航天动力学研究的运动包括航天器的质心运动,称轨道运动;航天器相对于自身质心的运动和各部分的相对运动,称姿态运动;以及与航天器发射、航天器轨道机动飞行有关的火箭运动。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:关于航天动力学环境的最新进展与技术展望相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
动力学环境问题是飞行器设计中的基础与关键,国内外航天器在发射与飞行中振动、冲击造成的故障占据了相当大的比例,轻者影响精度和飞行稳定性,重者会造成失败。随着航天技术的发展,我国航天动力学取得了前所未有的成绩。同时由于信息、材料、微机械等技术的进步,飞行器也呈现出新的特点,动力学问题也出现了新的发展方向。
1.1 动力学环境预示技术进展
动力学环境预示是航天飞行器设计的基础。近年来,航天动力学在环境预示方法上有所突破,开始摆脱对国外标准的依赖,并逐步走上工程实测数据持续修正的道路。一方面覆盖高频、中频、低频的全频域混合建模预示技术得到快速应用,为研制初期的动力学条件提供输入;同时采用型号研制累积的大量实测数据不断修正,某些产品形成了比较精确的动力学模型,制定了有别于国外与国军标的振动、冲击条件,并据此探索了多种经验外推、混合建模、非平稳数据处理等技术。
1.1.1 有限元-统计能量混合建模技术
飞行器在发射、飞行中受到振动、冲击和噪声影响,早期飞行器问题主要集中在低频部分,一般采用有限元方法就能解决。随着飞行器的发展,轻质、柔性、次级结构、设备内部结构等作用凸现,中高频问题凸现,所以近年来对FE-SEA 混合方法的研究很多。主要针对航天器等复杂系统的特点,以飞行器典型结构为主,利用板梁组合结构开展数值仿真,并细分子系统连接关系,使复杂连接随机子系统间能量传输关系具有了完整表达式。同时提出了损耗因子修正、推力修正、设备传递特性修正三级修正方法。完成了诸如卫星天线、太阳帆板、整星结构、运载器、导弹仪器舱、超声速飞行器等基础激励和混响声场动响应,并与试验数据进行了对比。中频段预示与实测结果之间吻合较好,甚至部分精度已经达到±3 dB,但存在某些整体模态被遗漏、响应结果应用到复杂系统局部细分不够等问题,模型还需进一步完善。
1.1.2 振动冲击实测数据统计条件与外推技术
由于工程结构的复杂性,确定动力学环境的方法除混合建模外,还大量采用实测数据或相似产品外推等统计归纳与理论结合的方式,并取得了良好的效果。对气动激励载荷一般采用压力脉动计算或测量值施加到飞行器表面,也采用计算气动声学CAA 的方法。该方法弥补了传统CFD 宽频声波不同波长传播不能准确刻画的缺点,与CFD 紧密关联成为今后的重要方向,但在比例模型试验方面,需要对气动声学的相似律加以详细研究。
振动冲击环境外推法是在参考型号有直接测量结果、新型号与参考型号的动力载荷自谱相似、测量位置结构近似的前提下,按照激励源缩比、结构表面质量密度缩比、飞行器直径缩比等三个基本缩比原则对新型号振动响应自谱量级进行外推的一种方法,弥补了有限元和统计能量缺点,简单实用,适用新型号研制,应用相当广泛。我国积累了大量数据,逐步形成了诸如根据设备固有频率特性确定半正弦冲击和能量谱点火冲击条件的制定方法,根据飞行数据确定振动环境条件并据此给出了马赫数从低到高的外推公式等经验公式和标准。由于数据积累系统性不够,基础数据挖掘不到位,与产品结构、性能等参数关联度不高,应用水平与国外相比还有较大差距。
1.1.3 非高斯、非平稳振动数据处理技术
飞行器在运输中因路面质量会诱发结构碰撞,飞行中因推力脉动、姿态变化等会产生非平稳振动,实测数据分析表明,其具有明显的超高斯分布特征。试验与仿真表明,超高斯分布振动会大大降低结构的疲劳寿命,采用宽带信号作为激励进行疲劳仿真分析,随峭度的增大疲劳损伤积累加快,疲劳寿命缩短。目前振动数据处理及振动试验条件均按照高斯分布进行,忽略了功率谱密度相同但时域数据分布不同对结构影响的差异,在某些特定的情况下应予以重视。
1.2 航天动力学环境预示发展方向
航天动力学环境主要方向是解决高速飞行器气动热带来的热结构动力学问题;动力学环境如何准确定位到设备甚至功能单元一级;如何建立起地面试验结果与飞行状态下的响应之间的关系等问题。
1.2.1 高速飞行器热结构动力学环境分析预示技术
高速飞行器是世界各国发展的重点,特别是长期在大气层飞行情况下与以往发动机置后不同,采用的是吸气式冲压发动机,具有飞行器结构推进一体化特点以及影响控制系统设计的气动/推进/弹性耦合效应。因此,外部气流与进气道流场同时作用于结构,有严酷的振动、噪声环境;另一方面,因气动加热、发动机高温影响,结构特性随温度变化呈现时变特征,动力学环境具有全频域以及与高温耦合的特点。因此,气动激励源作用机理、吸气式飞行器内外流激励振动环境预示与控制、流-固-温耦合物理场分析、热振声多物理场分析、热气动饲服弹性分析、复杂系统时变动力学特性分析、温度对复杂结构振动固有频率影响机理、热虚拟试验等技术成为目前研究的热点。
目前在冲压发动机激励源预示技术方面取得了一定突破,在多物理场、特性分析、热饲服弹性分析等方面采用数值模拟、有限元分析与风洞试验、热模态试验等相结合的方法取得了较大进步,但对内外流场致振机理等尚不清楚,热结构试验与计算结果之间还存在很多不解之处。
1.2.2 基于设备功能的动力学环境预示技术
动力学环境预示的目标是使飞行器设计达到轻量和良好的特性。目前的预示方法采用输入—结构传递—响应分析方法,属于正向分析,只有结构确定后才能进行。尽管对结构优化、完善设计提供了帮助,但对结构系统设计难以发挥根本性改变。其次,有限元、统计能量方法也存在不够细化、不能预示到设备和功能单元局部的缺点,只能给出全系统级或者舱段级的环境,即动力学环境预示与目标设备/单元功能、结构设计合理性以及环境适应性评价之间的桥梁没有建立起来。因此,近年来提出了基于设备功能的反向分析方法,即逆问题。基本思路就是根据飞行器设备的功能指标敏感性要求,把功能指标分解到设备安装部位和敏感物理量上,甚至对结构某些重要位置提出控制指标要求,这样会缩短设计周期,并一次性形成设计结果优化。
目前对该方法的研究取得了初步成果。其基本过程是:首先对飞行器不同位置、相同位置不同功能设备的动力学环境敏感量进行分析,在位移、速度、加速度等18 个物理量中筛选,并分解到安装结构位置甚至到结构传递路径,作为显性指标用于约束结构设计和评估,结构完成后再进行预示,对结构目标点预示结果指标进行转化,与分解指标进行对比评估。这样,利用不同设备功能敏感的动力学环境特征量的不同,将预示结果与结构设计约束之间建立起直接联系,是未来飞行器结构设计的发展方向。该方法已初步用于惯性器件、光学导航、舵系统的动力学环境预示分析中,初步确定了功能设备敏感指标体系,并给出了指标转化方法,形成了一套较完整的思路。
1.2.3 飞行器动力学环境天地一致性问题研究
分析并模拟产品结构所在位置动力学环境的有效性是结构响应预测的关键之一。飞行器结构复杂,且具有多源输入特征,飞行中边界、气动附加刚度、载荷、噪声等影响因素很多,产品分析与地面试验的状态、模型等一致性难以得到保证,传统方法对飞行复杂环境的准确预示比较困难。同时,因振动冲击遥测通道数量有限,难以统计归纳以描述飞行器各部位状况。热试车、发动机试验、火箭撬、功能试验等仅验证了飞行状态中的一个特定状态,但地面试验数量很大。
天地一致性正是综合利用地面试验、分析和飞行遥测数据,根据地面试验系统与飞行状态下结构响应之间存在的映射关系,采用基于映射关系的动力学环境预示技术,对未知部位进行预测。目前,在多个飞行器设计中得到了初步应用。主要采用地面模态试验、地面试验测量数据建立模型,消除地面边界条件影响,运用支持向量回归机构建立两者之间的映射关系模型。通过大量地面试验与遥测数据作为训练样本,得到了回归模型曲线,并在典型结构上得到了试验验证,实现了由遥测点到其他结构点的预测。应用还存在不少缺点,一是遥测点数量有限,映射模型精度较低;二是遥测飞行环境较好,遥测数据样本量不够完备,边界条件模型精度不高,需要结合仿真分析完成。
1.2.4 动力学环境虚拟试验技术
虚拟试验是随航空航天等技术发展和任务增加及大量数据积累而产生的,其意义在于:一方面产品模型包含了不同激励下的响应信息,可分析方向性结果,降低人工判断遗漏,减少实物试验数量,降低成本;另一方面,实物试验前对试验设计方案进行快速评估,确定其合理性和可行性以及安全、质量、经济性。同时对于超出试验能力范围或其他限制的,或难度大、成本高以及无法准确模拟极限载荷工况情况的,更适合采用虚拟试验技术对其进行考核验证。
虚拟试验建模过程侧重于大量试验数据积累和不断修正的结果上,因此需要一个循序渐进不断完善的过程。国外起步较早,美国已形成基于虚拟试验验证技术的公共支撑框架TENA,以及以JMETC 为代表的大型综合试验验证系统,并在F-22、宙斯盾等武器系统中得到应用。国内取得了一些阶段性的应用成果,军工产品虚拟试验领域已形成自主知识产权的通用支撑技术框架VITA。主要困难在于数据积累及其规范性较差,比较简单的结构和单一因素的虚拟试验方法已取得良好进展,而复杂结构多物理场耦合环境方面还存在很大距离。
2.1 大型复杂结构模态试验技术
模态试验技术发展较成熟,在单点与多点正弦激振的基础上发展了多点随机激振和综合模态试验技术,目前已广泛用于航天等领域结构动态设计、振动控制和故障诊断中。我国航天器、运载器和发射装置等大型系统均开展结构模态分析、模态试验,研制过程中要进行结构部组件、全系统、飞行器/发射箱(筒)/发射架(车)/平台联合模态试验,以确定结构系统特性对发射精度、飞行稳定性和设备环境适应性的影响。大型复杂结构模态试验方法主要有宽带随机激振法、纯模态法、锤击法、步进正弦法、工作模态法等。模态参数辨识方法常用的有频域直接拟合法、时域多参考点复指数法LSCE 算法、工作模态polymax 算法等。大型模态试验技术发展有高温环境下的热模态试验技术、三维/多体等非梁模型识别与应用、时变结构模态参数识别方法。
在航天产品中往往存在多体、集中质量、间隙、弱连接、柔性结构等结构非线性以及刚度、质量、阻尼等参数非线性,相应技术尚不成熟,目前多用于飞行器操纵面模态试验。方法主要有测量静刚度法、测量动刚度法、消除间隙和摩擦的橡皮绳加载法以及改变激振力的纯模态试验方法。测量静刚度法是测量结构在不同静力载荷下的刚度。测量动刚度法则是给结构施加可变的正弦激励载荷,在考虑刚度引起的非线性同时引入了阻尼引起的非线性。橡皮绳加载法则是用弹性力消除结构间隙和摩擦,然后测量结构线性化后的模态参数。改变激振力的纯模态试验方法跟线性结构纯模态法类似,通过改变激振力的频率和大小、得到不同激振力下的结构模态参数[15—16]。
2.2 微机械模态试验技术
新型飞行器大量采用惯导对准、地形匹配、光学制导等技术,相应的印制电路板、辅助结构、机构、支架、内部结构的动力学特性直接影响飞行稳定性和设备精度。由于此类结构质量轻、刚度小、结构复杂,传统模态试验方法带来的附加刚度和质量与被测结构相当,精度难以保证,因此采用声激励和光测替代传统激振杆或锤击法等接触式激励和加速度传感器测量方法,可以弥补相应不足。重音喇叭发出的声能足以激发出小质量结构件的模态,但要解决声源与现有设备的阻抗匹配、相位匹配等问题。目前国内有采用低频高密度体积声源集成的非接触激励,加速度测量采用激光测振仪,消除了附加刚度和质量的影响。通过对比试验,两种激励方式得出的频率、振型结果一致,声激励试验结果与典型算例结果更吻合,精度更高。
2.3 多输入多输出振动试验技术
目前比较流行的振动试验做法是用多个振动台模拟飞行器运输、发射与飞行动力学环境,以模拟多激振源,并提高激振力分布均匀性或提高推力以及柔性结构的试验效果,并在军事、航空、电子等领域广泛应用,美军标和国内标准均有相关内容。同时国外SD,DP,IMV,LMS 等公司拥有多台振动控制仪商用产品。
国内在20 世纪90 年代就开始了这方面的研究,在细长体双振动台试验、设备级三轴振动试验方面应用比较成熟,并形成了相关行业和国军标等标准。南航、亿恒等单位多台控制技术也逐步成熟并形成了商用产品。目前中国航空综合技术研究所等正在建设大型多振动台试验系统,但大型产品结构多样,特性各异,而多输入多输出控制方法依赖于产品结构传递特性,所以通过实测数据统计归纳而形成试验条件,包括控制矩阵对角元素设定在内的多振动台控制还需要深入研究。此外还有利用多个压电元件来模拟实际环境的分布式振动试验技术。制定合理的多台多轴的振动试验条件,针对具体试验件研究激励方案以及多轴振动与热环境耦合试验方法等问题是以后研究的重点方向。
2.4 离心复合试验技术
飞行器在机动转弯等动作会产生过载,同时有温度、振动、冲击等共同作用的复合环境。对于特定产品结构,离心复合环境会影响到产品的精度和功能。离心复合试验在国内外发展比较迅速,美国的UCDavis 大型振动离心机系统包含了水平单向、垂直/水平双向振动、试验摄像观测系统、电阻层析成像系统等,是目前振动离心机的最高水平。
目前国内的离心复合试验技术通常是以离心机为主体,在机臂上安装温度箱、振动台来实现的。这种方法存在的技术难题是离心力作用下振动台动圈会发生偏转,须设计纠偏系统,同时必须考虑对振动台固有特性的影响。目前国内多为小型振动离心机,并在航天、水利水电以及核工业得到应用,但振动台推力偏小限制了试验系统的广泛应用。中物院等单位对离心复合试验系统进行了深入研究,并根据需求提出了模拟飞行过程的高动态离心试验、STS 环境模拟等试验模拟技术。
由于高超声速飞行器速度高,动力学特性与以往有很大不同,尤其以高温耦合影响为重。在热结构动力学建模分析的基础上,根据考核目的应尽量减少耦合因素,突出主要矛盾,可以分别进行两两或多耦合因素试验验证。
3.1 热结构时变模态试验技术
由于气动加热效应等影响,高速飞行器结构受到温度梯度影响,相应的材料物性参数、结构刚度、热应力等随飞行时间变化,飞行器动力学特性随时间变化并影响到飞行控制。高温影响机理复杂,对简单结构而言,以材料弹性模量下降为主,符合结构固有频率下降规律;对复杂结构,热应力导致刚度分布变化,结构特性难以预测,各阶固有频率并不完全符合随温度升高而降低的直观规律。
结构热模态试验是获取热结构动力学特性的主要方法,但由于地面试验受到的影响因素更多,热边界影响以及结构边界受热影响的刚度变化复杂,也是国内外研究的前沿与热点,成为集控制、信号处理和结构动力学的一个交叉学科,借助线性系统和信号处理等领域的研究成果发展出一些有效的时变模态参数辨识算法。国外如NASA 早期研究成果表明,温度对结构模态参数的影响明显,但振型基本不变,均为基于傅里叶变换的模态参数辨识算法,仅是温度稳定环境结论。国内基于高超声速飞行器发展,提出了基于递推子空间方法的时变模态参数辨识算法,可以通过状态空间联系到结构的振动微分方程,找到彼此的契合点,这种方法也是参数化的模型,识别精度更高。工程中一般分两步完成,先获取不同温度稳定环境下的模态参数,以此为基础再获取结构模态参数随着温度变化的详细变化。
3.2 热振动/噪声试验
与热耦合的动力学试验用于验证不同温度、湿度分布下结构的传热特性,温度分布以及振动、噪声、疲劳特性。由于影响因素多、技术难度大,到20 世纪90年代才开始逐步完成工程实现。飞行器昂贵且材料存在不可逆因素,一般按热振动、热噪声、热疲劳等两两组合进行试验,从飞行器经历的环境剖面及飞行器局部分析,提炼需解决的主要矛盾,分析、设计多组试验,进行相对简化的环境因素组合模拟和覆盖性考核与评估。目前具有热噪声试验设备和试验能力的国家有德国、俄罗斯、美国等,根据考核的主要目的进行部件、舱段、整机试验。国内航天、航空等试验机构均建成了较大规模的热试验设施,具有系统级1300 ℃以下热振动、热强度、热疲劳、热模态试验能力,部件级650 ℃以下热噪声试验能力。热噪声试验主要针对薄蒙皮、TPS结构等对热、噪声联合作用敏感的结构。
3.3 热结构动力学参数非接触式测量技术
由于高温的影响,传统的应变、振动、压力测量手段受到限制,因此,近年来出现了适宜高温环境下测量的新技术。
非接触式振动测量技术主要是应用多普勒原理、激光干涉原理的测振方法,因其非接触、无附加质量、动态范围大和精度高,所以在热模态、热振动等试验中广泛应用。由于其存在安装对准、激光反射效果、热蒸腾效应问题,影响了振动测量精度。
非接触式热应变测量方法有基于数字图像处理的方法和数字图像相关方法等。此外还有电子散斑干涉法、云纹干涉法等方法。这些方法测量灵敏度非常高,并具有测量结果直观可视的优点。
高动态应变测量技术主要采用光纤Bragg 光栅动态应变传感器,其特点是信号频率高、信噪比高。瞬态应变测试在实用的信号解调方面还存在响应速度方面的瓶颈问题,尚需做大量工作。
压力脉动测量技术包括有以下几种:传感器外加冷却护套,但存在局部冷区大热梯度和声歪曲;光纤传声器,在727 ℃以下有良好频响特性;等离子传声器,可用于高温、高速、高焓值气流中的噪声、热流等多参数的同步测试;将高温下的噪声用波导管导出测量,已在发动机内部噪声测试等任务中得到应用。
飞行器地面阶段运输、执勤环境复杂,存在平台、工作/人工诱发与气候组合环境影响,其振动冲击响应不但有其特殊性,而且有时比飞行环境更为严酷。
飞行器-发射装置-平台等构成的系统动力学问题主要体现在以下方面。
1)载荷激励存在平台多样性,发射状态下风载荷激励,车辆运输中道路障碍等情况下的颠簸冲击、刹车冲击、振动,舰船平台受海浪冲击、炮击、爆炸冲击传递到产品的振动冲击响应等[24]。
2)连接结构存在诸如多联装刚弹转换、适配器、运输中的减震器阵列等特殊情况,以及车辆发射装置起竖折叠状态下的多体结构,存在结构非线性,在温度变化等情况下动力学特性会发生相应的改变。
3)发射装置、地面设备往往尺度较大,存在_效应,在温度、阳光、风载荷、平台诱发等叠加或综合作用下,产生局部变形等,即存在局部微环境问题,长期作用下产生疲劳或应力腐蚀。
4.1 飞行器-发射装置动力学响应分析
地面阶段主要表现为运输中的冲击、振动,舰载爆炸冲击、风载荷等情况。近年来国内外利用NASTRAN 等软件开展了大量研究,特别是对水下爆炸冲击响应进行了深入分析,采用大质量法、动态设计分析等方法,综合考虑了分布质量惯性力、结构传播效应等因素,给出了发射装置的变形和应力,并得出大长细比产品对冲击敏感、横向响应较大、沿长度方向响应差异较大等结论。
由于系统构成复杂,很难得到精确的振动应力,只能采取实测数据。通过大量实测数据统计分析,得到了直接用于工程的成果,火箭在运输车上的振动应力为正态分布或威布尔分布,对组合系统力学特性影响很大。通过比较公路、铁路、海上、飞机运输振动特点,公路的振动量级最大,且主要以低频振动为主。通过实测数据也发现,在大外载荷作用下,如在路况很差、风浪很大的情况下,由于连接结构、接触面、安装固定面的存在,可能会激发出多平台固有频率以外的高频冲击振动,并具有超高斯分布特征。
4.2 飞行器-发射装置-平台系统动力学特性研究
地面阶段存在连接状态差别大、边界不确定性大、导致的结构非线性变化等影响,诸如运输状态下的弹性(减震器阵列等)边界、动态载荷下边界力变化、待机发射状态边界、车/舰发射过程中的适配器滑动状态变化、机载发射、不同温度/湿度/风载荷影响、水下发射影响等。仅部分情况一阶固有频率计算较为准确[28],且不同测试方法(敲击法、路障冲击工作模态等)模态频率差别较大。目前产品研制过程中均要完成水下模态、发射箱/架/飞行器、车辆/发射箱/飞行器、飞机/发射架/飞行器等稳定状态的特性试验,除研究飞行器在平台的性能变化外,还可以获取飞行器对平台系统的影响,如是否会与机翼、发射箱等发生共振,以及如何改进结构,降低系统各部位的动态应力。
4.3 气候-工况/平台诱发载荷组合环境下动力学特性研究
飞行器在地面阶段尽管温度比较温和,但平台诱发、气候环境的复合及累积效应突出。舰船平台上,除经历摇摆、冲击和振动外,还有阳光照射的光化学和温升效应。大型产品大尺寸效应产生的累积变形和应力不容忽视,与盐雾、潮湿等形成气候-力学复合环境,加剧了结构的破坏。地面车辆平台经历颠簸、刹车等过载和冲击以及气候环境影响。平台上大型复杂结构系统内部可能会存在着大量高于设计或整体平均设计条件的局部微环境,如大型结构中的减震器阵列在外力诱发下的不均匀分布会导致某个减震器失效并导致连锁反应整体损坏,固发中的装药界面应力等,影响飞行器寿命。
系统的损坏最终可以归结为某个部位、构件、器件的故障,因此,目前的解决方法主要是把地面阶段飞行器与平台作为一个多体、柔性、非线性系统分析,确定关键薄弱环节,并根据局部结构的工况载荷应力和微气候环境等效成典型试验构件,附加少量整机级试验,评估其适应性和寿命。此外,为防止偶发事件和系统复杂性难以判断的破坏问题,普遍采用自动记录设备,可以长期监测关键部位环境数据,并与设计基线比较,预判出相应的问题。
基于上述分析,目前在该方面的发展方向主要有:气候作用下的_装备动力学分析及疲劳寿命研究;气候环境下复杂结构力学特性分析技术;飞行器-发射装置-平台系统微环境分析;健康管理与诊断技术等。
飞行器动力学环境问题会随着工程需求不断出现新的变化,但解决方法不外乎分析与试验两种方法。通过工程实践,分析预示、试验与产品功能密切相关,型号结构、功能、材料、器件的变化,会带来分析与试验方法的变化。
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20世纪初,美国的莱特兄弟在世界飞机发展史上做出了重大的贡献。在1903年制造出了第一架依靠自身动力进行载人飞行的飞机“飞行者一号”,并且获得试飞成功。他们因此于1909年获得美国国会荣誉奖。同年,他们创办了“莱特飞机公司”。自从飞机发明以后,飞机日益成为现代文明不可缺少的交通工具。它深刻地改变和影响了人们的生活,开启了人们征服蓝天的历史。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:探析飞机结构设计的知识获取与重用方法研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
数字化以及智能化作为现代制造技术的重要特征和发展趋势,已经对飞机结构的设计等有着重要的影响,在这一过程中的知识重用方法的关键技术是实现飞机结构科学设计的重要保障,加强其理论研究对实际发展就有着重要性。
2.1 面向飞机结构设计的知识获取技术分析
对于飞机结构的设计知识有着图表公式和实例等不同类型,这样就需要进行研究不同的知识获取方法,并实现各种类型的知识规范化表达。从知识获取技术层面来说主要有基于模糊聚类分析数据挖掘技术,这样就能够让无规律海量数据变得有意义,但这也是有着挑战性的一项工作,对飞机结构的设计当中所遇到的设计数据构建算法,并详细说明模糊聚类分析法在知识挖掘当中的应用,对结构设计所形成的数据集进行充分考虑。这是有着大量设计例子的数据,并能从多个特征来加以刻画,结合其型号能够将其分成大中小三种级别并由此来构建数据集。还有就是曲线图坐标点数字化处理技术,在飞机结构设计中尤其是计算机还没有很发达的年代,就比较容易遇到曲线图形式保存图纸上的数据情况,在科学技术不断发展进步过程中,通过数字化的形式进行处理数据已经比较流行。在数字化技术下能够将曲线图查询及交流共享等在作业的效率上得到大幅度提升。
2.2 面向飞机结构设计的知识重用方法分析
针对飞机的结构设计重用已有的设计知识就显得比较重要,这不只是能够将设计的效率得以有效提升,同时也能将设计的可靠性得以有效提升。通常对于知识的重用主要是针对计算机的重用而言的,也就是对计算机所支持的重用方法和系统模型等进行研究,把以往的设计实例及规则过程等在现阶段的设计活动当中进行应用,以此来起到飞机结构设计的辅助作用目标。
3.1 面向飞机结构设计的知识表达方法分析
所谓的知识表达就是把所获取的知识进行转化为能够被数字化设计利用的形式,然后针对多样化的知识形态以及多样化的方法进行对知识单元加以表达,从而达到位知识的重用提供支持的作用。在这一过程中要能够注意对飞机结构设计当中所遇到的过程性和规则性等表达方法加强重视,从规则性的知识表达层面来看这也是比较常见的知识类型,比较适用于半自动方式的获取,在规则性知识库的作用下能够为飞机结构提供支持。
由于规则性的知识在结构性方面较强,所以就相对比较适用于半自动方式来加以处理,比较常用的就是知识编辑器,其能够在界面录入相关知识在获得原有知识输入后能对其内容加以解析并和规则知识库自动进行交互以及对相关知识加以检测,经过检测之后将能够符合规则的知识自动转换成知识表达的形式加以保存,以此来完成新的规则性知识进行录入,如下图所示。在飞机结构的设计过程中比较常用的就是飞机设计手册,这其中就有着大量计算规则以及公式等,将这些相关的公式以及信息录入到知识编辑器当中就能够对设计人员起到辅助的作用。具体的步骤就是先要手动录入规则前提及结论,对所输入的相关内容加以识别,并对字符串变量内容加以解析,最后就是对所录入的知识片体加以编译。
面向飞机结构设计有着诸多的难度和复杂点,故此通过以往飞机结构设计知识进行对设计者起到辅助作用,就能将其价值得到充分发挥。对飞机结构设计遇到的多样知识形式要能进行建立知识重用模型,并要能够将可拓学知识形式划分事元物元以及关系元这几种类型,物元其设计对象是结构设计当中静态设计知识,而事元则是结构设计中的行为,关系元是结构设计中之间的互相依赖的关系,这些都统称为基元。
飞机结构的设计知识重用过程主要能够分为两种情况,一个是直接的采用已有的知识,还有就是在已有的知识对实际的需求不能得到满足的情况下就要能够对知识进行转化,而在可拓学的基础上就能够在可拓变换后所获得的拓展基元能够对设计要求得到满足的时候,就能够将其作为重用对象加以对结构设计进行辅佐。从具体的步骤上主要就是先进行计算可拓重用特征系数,以及确定飞机结构设计需要的基元权重,再进行计算拓展基元的可拓重用度。
总而言之,对面向飞机结构设计的知识获取技术和重用方法的分析对实际的操作有着重要促进作用,这也是对实际技术的发展有着重要意义的事情,能够有效提升飞机结构数字化成都及市场响应速度。由于本文的篇幅限制不能进一步深化探究,希望借此研究能起到抛砖引玉的作用,以待后来者居上。
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根据销售的日常活动可以看到,销售活动的客户类型分析主要以OEM型客户和项目型客户为主。今天读文网小编要与大家分享的是:从人类动力学视角分析销售活动和订单处理相关论文。具体内容如下,欢迎阅读!
摘要:近几年关于人类行为动力学的大量研究表明,人类活动的时间间隔统计分布接近幂律分布。通过对销售行为和订单处理的时间间隔分布进行研究,表明同样具有近似幂律函数的分布。但不同类型的公司销售行为规律也不尽相同。只有通过不断的统计研究才能发现各种不同的销售行为规律。本文从人类动力学角度来分析销售的群体活动和年度订单处理,试图从中找出在RA公司的销售行为动力学规律。经研究发现销售人员的每个项目跟踪时间间隔分布和每个订单提货时间间隔分布都服从幂律分布。
关键词:人类动力学 销售活动 订单处理 幂律分布
论文正文:
人类行为的复杂性研究,已经从最早的将人类活动简单归纳为稳态的,或者完全随机、可以使用泊松过程描述,转移到以人类动力学模型为基础的研究。通过大量实证表明人类活动是相当不均匀的,在这些行为中,普遍发现有类似的偏离泊松过程的特性。这些现象显示出,除了受到生理周期强烈影响的部分行为外,时间间隔统计所显示的非泊松特性,也就是重尾分布特征,可能是在人类行为中普遍存在的。而这种分布具有近似幂律函数的曲线。
随着复杂系统研究的深入,表明人类行为中的电子邮件处理和书面通讯活动符合典型的幂律分布P(t)=t-a,其中a分别是1.0和1.5。从而将人类动力学划分为两个普适类,他们的特征标度指数分别是1.0和1.5。本文统计了RA公司某分公司的13位销售的项目跟踪活动行为和销售订单处理情况,试图将现有的人类动力学模型与实际情况对照。研究日常的销售行为和年度订单处理的规律,同时也为以后的这一方向的研究提供一点实例。
本文数据来源于公司订单数据和销售的日常活动计划。RA公司的销售年平均任务在1.4-1.5百万美元左右,固定客户和跟踪项目的数量、每个订单的金额都要求销售在网上记录。每个月都要对其较准确性进行审核。而实际的销售业绩全部都要录入数据库,根据数据库内可以直接查询订单的数量、金额以及日期,可以客观反应年度订单的处理情况。
根据销售的日常活动可以看到,销售活动的客户类型分析主要以OEM型客户和项目型客户为主。每个客户的跟踪的时间从创建项目信息到赢得(或丢掉,延迟)之间的时间为一个项目的时间间隔。因为数据更新时间一般要求为一个月一次,所以在统计时,时间间隔单位为30天比较合理。根据一般销售规律,OEM客户是固定订单产生客户,其时间间隔一般在1-3个月,比较有规律,把握性较大。项目型客户跟踪时间一般在半年以上时间才有订单产生,胜率一般在40%-60%之间。本次采用的数据为07年至10年内完成的销售活动共计470次。
对销售订单的处理一般按照公司规定的订货周期4-8周来处理。当然也有一些比较有把握的订单,客户要求时间比较紧迫的,可以在没有下订单之前预先让物流部门做备货处理,在签完合同后马上可以提货。因此在订单处理的统计上一周(7天)为单位来统计订单处理的时间间隔。本次采用的数据为08年内完成的订单处理统计,共计393次。
3.1客户销售活动规律统计
对于每个销售工程师而言,客户项目进度和什么时间订货不可能由销售工程师主观愿望所决定,即使是固定的OEM客户,也存在不确定因素。在已经确定使用RA公司产品后,它包括很多不可控的具体问题:如项目什么时间可以审批;项目资金运作情况;市场需求是否发生变化。因此,每个销售工程师发现项目机会到收取订单这个时间间隔完全不由个人决定,但是通过统计所有销售工程师的每个客户活动时间间隔的方法来分析,可以发现其一般性规律。
用收获订单时间t表示从发现项目到收取订单的时间间隔,一个订单在t天收取的概率可以近似为一个幂函数P(t)=t-a,其中a=1.34。其中62.55%的订单是在12个月内收到的。超过24个月的订单不足8%。这也符合公司对销售任务的要求。
3.2销售订单处理规律统计
对于每个得到的订单,从订单签订开始,到客户全部提货,这个过程完全取决于客户的资金情况和实际项目进度需求,卖方无法左右提货情况。同样,通过统计的方法来分析全年度的所有订单,也可以发现其一般性规律。
以t表示签订合同到提货之间的时间间隔,一个订单在t天收取的概率可以近似为一个幂函数P(t)=t-a,其中a=1.62。其中80%的订单是在8周内提货,这也符合公司资金运转的要求。其中24周后才提货的订单不足4%。这也表明了订单的真实性和销售人员对客户的把握程度。
以上两个简单模型的时间间隔分布满足本文统计了销售活动中的客户跟踪和订单发货两个事件的时间间隔分布,从统计的角度可以发现销售活动和订单处理这两个人类行为的动力学模型是近似幂律的时间分布。这个研究的发现也是符合人类活动动力学的模型。销售活动和订单处理两个行为的分布指数分别为1.34和1.62。这个数据也同1.5的分布指数比较接近。通过这个研究,希望可以为将来的定量的分析人类行为的统计特征研究提供一点实际案例。也为科学的管理销售活动和处理订单带来新的管理视角。◆
参考文献:
[1]汪秉宏,人类行为的动力学及统计力学研究,2009-06
[2]李楠楠,邓竹君,张宁,李季民,秦艳,周涛.从钱学森的通讯模式看人类动力学的标度律,2008
[3]Joao Gama Oliveira,Albert-Laszlo Barabasi,达尔文和爱因斯坦的通讯模式, 2005
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复合材料,是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:关于航空复合材料技术发展的回顾及展望相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
复合材料自研发以来,被广泛地运用于航空工业中,例如在民用航天领域上,飞机的大部分都是采用复合材料,在航天飞行器的许多零件也是由复合材料构成的,导弹、运载火箭等的应用更是普遍,由此可见复合材料对航空工业的重要性。但是我国目前在复合材料的技术方面还不太成熟,所以我们要在前人的基础上不断探求发展之路。
我国在1958 年开始使用复合材料,初期便运用于航天工业。之后,我国的复合材料发展迅速,复合材料被广泛地应用于各个领域。一开始,复合材料主要用在飞机的雷达罩、副油箱等,但当时采用的是玻璃钢纤维,由于玻璃钢纤维的弹性很小,不能运用于飞机受力大的部位,后来便出现了硼纤维,但硼纤维因为不能被长时间加工,所以只能用在飞机修理方面,综合各方面因素,碳纤维成了飞机上主要使用的复合材料。现如今,复合材料凭借着它抗腐蚀性好、成本低、使用时间长等优点应用在飞机的各个方面。50 多年过去了,我国的复合材料技术不断发展,现已经建立的航空航天材料基本体系可以满足我国目前航空航天需求,复合材料的生产能力和协作配套网络,也使得我国的航天工业处于稳定发展阶段,形成复合材料的所用的原材料也基本上是自产自销。虽然这样,我们在某些高水平研究上人与发达国家有较大的差距,优质的碳纤维和其他高水平的复合材料大多数是从其他国家买进的,这极大地限制了我国航天技术的发展。所以目前我们不仅要增加复合材料的产量而且还得提高它的质量,只有复合材料的技术提高,我国的航天工业才会更迅速地发展起来。
2.1 复合材料在军事方面的应用
复合材料在一问世时,就被应用在军事飞机上,复合材料的使用使军机更加轻便,可携带更多的炸弹。随着时代的发展,复合材料在军机上所占比重越来越大,所承担的任务越来越重要。复合材料不仅仅用在战机上面,在直升机上也广泛应用,复合材料使得直升机的重量减轻,在起飞时节省时间,同时复合材料的应用还可以减少直升飞机的坠毁概率,保障了战士们的安全。近几年,无人机的问世也掀起了一阵热潮,无人机的主要作用是携带武器,作为战斗武器来使用,这就要求无人机在体积一定的情况下尽可能多的装备武器,复合材料使这个设想成为可能。RQ-4B 高空长时间无人侦察机,除机身主结构为铝合金外,剩下的都是复合材料构成的。军事中不仅仅有战斗还有物资需求,采用复合材料制造出来的大型货运机可以携带大量的军需物资,在战争中发挥巨大作用。
2.2 复合材料在民用方面的应用
现在复合材料渐渐应用于民用飞机上。由于民用飞机与战机不同,民用飞机载人数量多、重量大,所以这就要求飞机的结构牢固。在初期,复合材料只用在一些辅助性的结构上,比如我们所熟知的波音号飞机,在前几个型号上,复合材料的应用不足10%,而后来随着复合材料技术的不断精进,几年之后波音787 上的复合材料竟然占到机身总重量的一半并且广泛应用在主要受力结构上。复合材料在民用飞机上大范围使用这是民用飞机史上的一次重大改变,复合材料让飞机更加轻便,强度更高,使用年限更久同时也使飞机的安全性得到了保障,复合材料的还使得飞机的成本下降,所以,复合材料在民用航空的前景必然十分光明。
2.3 复合材料在航天的应用
当航天技术开始研究时,科学家们就提出必须要用先进的、轻便的、耐用的材料来制作。航天飞机最主要的任务就是以最低的成本,用可持续利用的飞行器,把尽可能大的有效载荷送上太空中。那时候人们就开始研制高科技材料,经过不断的试验和技术的提高,人们发现复合材料不仅具有高比强度、高比刚度和重量轻等优点,某些复合材料还有可以焊接、耐腐蚀等独特的优点,这些优点都非常符合航天飞机结构材料要求尤其适用于轨道器结构系统中。在航天飞机上,它的推力结构用的是硼/环氧、铝/硼和石墨/环氧等复合材料,在环形框架、大梁、衍条、蒙皮横梁、连接件中也采用了大量的复合材料,储箱的衬桶上用玻璃纤维围绕着,外壳用玻璃纤维和蜂窝纤维包裹,航天飞机上复合材料的用量高达190 多公斤。
复合材料的发展历史和在航天工业的应用我们已经有所了解,复合材料的重要性已经不言而喻,所以复合材料的前景是十分光明的但是到目前为止,复合材料还没有被普遍地使用,究其根由有这几方面:第一是复合材料的造价太贵,这并不是说复合材料的成本高,它的成本是低于一般材料的,但由于技术的不成熟和原料的不充裕,综合下来它的造价是非常高的。第二是国内的复合材料原材料不符合标准,基础非常差。第三是因为我国的理论知识非常落后。由于历史原因,我国的高新技术产业起步较迟发展较为缓慢,复合材料在国内的应用也比较晚,这些原因导致的是我国的复合材料技术很不完善。在航天工业中,我国许多复合材料依赖进口,本国并不能生产,所以我们面临的主要问题是如何大力发展我们的技术,不再一味的向其他国际买进,形成我们自己的特色产品。
作者认为应该从以下几个方面改进:(1) 对航空航天与民用领域中广泛采用的材料例如各种先进复合材料及一些传统结构材料进行精加工,进一步研制,使它们的成本下降,可以广泛用在各个领域。(2)加强对复合材料原材料的改进。(3)利用发达的计算机技术来进行理论设计,减少了材料的浪费,达到省时省力保证质量和降低成本的目的。
我国的复合材料技术在起步时就已经落后于其他国家,当复合材料的重要性越来越明显,应用前景越来越广泛时,我们不能再落后,国家应大力扶持复合材料在航天工业中的研究项目,在新世纪我国的航天工业会随着复合材料技术的发展逐渐壮大,屹立于世界不败之地。
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航天器(spacecraft):又称空间飞行器、太空飞行器。按照天体力学的规律在太空运行,执行探索、开发、利用太空和天体等特定任务的各类飞行器。至今,航天器基本上都在太阳系内运行。美国1972年3月发射的“先驱者10号”探测器,在1986年10月越过冥王星的平均轨道,成为第一个飞出太阳系的航天器。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:论新型航天器发展对力学学科的挑战相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
回顾人类追求飞天梦想的发展历程, 航天科技与力学相互依赖、相互促进、相辅相成. 一方面, 航天科技的发展, 如航天器的设计、研制、试验、发射、飞行和返回全过程均涉及到各类力学问题, 极大地促进了相关力学学科理论和方法的进步; 另一方面,力学是支撑航天技术发展的重要基础学科, 随着研究手段和解决问题的能力增强、范围加宽、方法完善,为众多航天工程技术问题的解决、航天科技的快速发展做出了重要贡献. 航天科技与力学学科的这种相互支撑关系, 不仅体现在一大批广为人知的伟大力学家, 如开普勒、牛顿、齐奥尔科夫斯基、钱学森等,所发展的力学理论为航天科技的发展奠定了理论基础, 而且航天科技的发展又进一步推动了固体力学、流体力学、计算力学、试验力学及其交叉学科的发展与进步. 实际上, 航天领域所取得举世瞩目的里程碑式成就, 如V2 火箭、地球卫星、航天飞机、登月航天器、空间站等, 无不明显地体现出力学助推航天发展、航天发展牵引力学进步.
进入21 世纪以来, 为更好地执行深空探测、载人航天、天地往返和卫星应用等任务, 国内外提出和发展了一系列有别于传统的新型航天器概念和技术.这类新型航天器所面临的服役环境更为苛刻, 需要的结构效率和可靠性更高, 抵抗极端空间环境的能力更强, 姿态和型面控制精度更精确, 且最大可能满足长寿命和低成本要求, 从而给结构动力学、高温固体力学、高超声速空气动力学、计算力学、多学科交叉等领域带来新的应用挑战. 只有突破和解决这些问题, 才能适应新时代航天器的发展特点与趋势, 进一步通过自主创新的方式研制和发展新型航天器.
随着航天科技的快速发展, 为满足越来越多样化的任务需求, 一系列新型航天器应运而生. 这些新型航天器或者是基于现有航天器技术演变, 或者是一种全新的设计概念. 本文重点对重型运载火箭、大型变结构空间飞行器、可重复使用运载器及临近空间高超声速飞行器4 类典型新型航天器进行阐述.
1.1 重型运载火箭
为了满足未来深空探测、载人登月/登陆火星等重大工程的需求, 世界主要航天国家争相发展LEO(low earth orbit)运载能力达百吨级以上的重型运载火箭. 与常用运载火箭相比, 以航天系统为代表的重型运载火箭在充分继承现有技术的基础上, 具有如下特点:
(1) 结构尺寸大. 常用运载火箭的芯级直径一般在3~5 m, 总长30~60 m; 而重型火箭的芯级直径在10 m左右, 总长在百米左右.
(2) 起飞重量大. 常用运载火箭的起飞重量通常在几百吨, 起飞推力也是数百吨; 而重型运载火箭的起飞重量大多在2000 吨(1 吨=1000 kg)以上, 起飞推力则在2500 吨以上. (3) 力学环境复杂. 重型运载火箭由气动载荷、过载、噪声、振动、冲击形成的综合载荷量级有较大提升, 一般情况下是常用运载火箭的1.5~2 倍.
重型运载火箭由于具有上述技术特点, 因此在工程研制中将面临一系列技术难题, 主要表现在:
(1) 载荷路径传递规划难. 由于重型运载火箭质量规模大、飞行静态载荷高, 因此发动机的大推力需通过合理规划载荷路径, 以实现不同结构部段之间的有效传递, 并使机架、尾段和捆绑连接点等应力集中位置的应力得到有效扩散.
(2) 结构轻量化设计难. 重型运载火箭要实现百吨级的运载能力, 需要在高载荷作用的条件下, 通过选择与应用轻质材料和结构优化设计, 解决大尺寸铝锂合金、复合材料的设计和生产难题, 以实现结构质量的降低、运载效率的提升.
(3) 力学特性分析与试验验证难. 由于重型运载火箭结构尺寸大, 建设与之相匹配的大型地面试验设施投资规模大、技术难度高、综合效益低, 因此必须解决大型复杂结构力学特性分析和采用部段级试验实现整箭模态参数等技术难题, 以实现重型运载火箭力学特性的精确分析和试验验证的有效性.
(4) 大型结构刚-柔-液耦合分析难. 由于重型运载火箭尺寸大、燃料多、载荷高, 在飞行过程中箭体将经受复杂的力学环境作用, 必须解决刚-柔-液耦合特性分析难题, 为箭体姿态控制、级间分离、整流罩分离等关键过程提供准确的动力学特性参数.
1.2 大型空间飞行器
随着探索空间和利用空间的不断深入, 世界主要航天国家对具有高性能、高功能结构的多舱段式空间站、大容量通信卫星、高指向精度和高稳定度的遥感卫星等新型大型空间飞行器的研制需求越来越迫切. 与现有空间飞行器相比, 这类新型大型空间飞行器具有如下特点:
(1) 尺寸庞大. 目前空间飞行器展宽一般不超过40 m, 附件的直径尺寸基本在30 m以内; 而新型大型空间飞行器的展宽大多达到50 m以上, 附件的直径尺寸有的高达百米, 极端情况可达千米级, 比如空间太阳能电站的跨度达到10 km.
(2) 构型复杂. 新型空间飞行器往往由多舱段对接, 或多柔性模块组装构成, 且带有大型机械臂、可展开天线等具有相对运动特性的多个大型柔性附件,同时兼顾在轨组装、在轨维修、在轨操作等任务, 导致航天器成为变构型、变参数的大型甚至超大型空间复杂组合体结构.
(3) 刚-柔-液强耦合. 相对于现有空间飞行器的构型而言, 新型大型空间飞行器由于带有柔性太阳电池阵、可展开天线等大型柔性附件以及多个大型贮箱, 刚-柔-液的相互作用将成为航天器总体设计和控制系统设计的重要影响因素.
(4) 精度和稳定度要求高. 以等效口径达到6.5 m的詹姆斯·韦伯太空望远镜、波束达到500 个甚至更多的通信卫星及采用宽带通信载荷(高频段、太赫兹和激光通信)、大型可展开网状天线的移动通信卫星等为代表的新型空间飞行器, 其性能指标较现有空间飞行器而言往往高出1 个数量级以上, 比如大型天线型面精度要求达到毫米级, 指向精度达到0.01°, 姿态稳定度达到毫角秒级.
(5) 工作环境更加苛刻. 大型空间飞行器在轨工作寿命要求更长(低轨要求5~8 年, 高轨要求12~15年), 并将长期经受高真空、高低温(温差可达200℃)等空间环境以及太阳光压、温度冲击、轨道机动等多种在轨干扰因素影响, 工作环境较现有航天器更加苛刻.
新型空间飞行器由于上述技术特点, 在工程中将面临如下主要技术难题:
(1) 总体设计难. 由于尺寸庞大、构型复杂、带有多个大型柔性附件, 新型空间飞行器的总体设计,需要考虑各种大型部组件安装布局、微振动抑制并兼顾各种使用要求, 以实现构型、布局满足发射状态下的最大包络和环境条件.
(2) 构型与形状控制难. 由于结构尺寸庞大、构型复杂、刚-柔-液强耦合, 且具有变构型、变参数以及高精度高稳定度要求, 新型空间飞行器需要解决组合体控制和大型复杂柔性附件展收和型面控制等技术难题.
(3) 试验验证难. 由于新型空间飞行器结构尺寸大, 建设与之相匹配的大型地面试验设施往往投资规模大、技术难度高、综合效益低, 因此需要解决仿真分析、部组件级试验替代整体试验和利用在轨参数辨识进行模型修正等技术难题, 以实现大型空间飞行器力学特性的精确分析和试验验证的有效性与充分性.
1.3 可重复使用运载器
随着航天技术发展和低成本航天运输的迫切需求, 在一次性运载器基础上发展“快速、廉价、可靠”进出空间并可多次重复使用的运载器, 是当前及未来国内外运载器发展的重要方向之一. 与一次性运载器相比, 可重复使用运载器具有如下典型特点:
(1) 兼具运载器和航空器的双重特点. 可重复使用运载器充分吸纳了一次性运载器和航空器的部分功能特点, 既可作为航天运输工具以快速穿越大气层发射航天器, 也可作为高超声速投送平台实现快速远程/全球打击, 还可像航空器一样返回地面,实现天地往返、多次重复使用. 这类重复使用运载器典型代表有XS-1 和X-37B.
(2) 跨速域、跨空域. 可重复使用运载器不仅跨越亚声速、跨声速、超声速和高超声速等速域, 而且覆盖航空空域、临近空间和轨道空间等空域, 飞行工作环境多样, 气动力热特性复杂.
(3) 承载特性复杂. 一次性运载火箭以承受轴向载荷为主, 而重复使用运载器不仅在上升段要承受与一次性运载器相同的载荷环境, 而且在返回段要承受法向受力为主的力学环境, 结构承载特性复杂.可重复使用运载器的上述技术特点, 使得其在工程研制中面临如下主要技术难题:
(1) 气动布局设计难. 由于重复使用运载器气动布局并须兼顾低空和高空两种气动性能和飞行模式,特别是在高超声速条件下真实气体、热化学非平衡、稀薄气体等效应突出, 气动布局设计要考虑的限制因素众多, 因此要同时满足多种约束条件的气动布局设计非常困难.
(2) 热防护结构设计难. 可重复使用运载器最高飞行马赫数超过25, 强大的气动加热使机体表面温度急剧增高, 机头锥、翼前缘表面最高温度超过1700℃, 机身迎风面的温度也在1100~1500℃左右,高温持续时间可长达1500~2000 s. 因此必须解决高温长时非烧蚀热防护、大热载条件下高效隔热、高温高可靠连接与动/静热密封等设计难题.
(3) 全程耦合控制难. 可重复使用运载器的飞行攻角包络大, 压心变化范围宽, 面对称外形导致滚动与偏航通道存在强耦合和副翼操纵反效, 以及高超声速段上下表面的压强差别大, 因此必须解决俯仰通道配平、通道耦合和舵偏非线性特性控制等难题.
(4) 复杂流动状态验证难. 可重复使用运载器在飞行过程中将经历亚声速、跨声速、超声速和高超声速4 种速域范围, 由于不同速域下的流动状态特点不同、影响不同, 因此如何模拟黏性干扰效应和壁面催化效应、边界层转捩、激波/激波干扰、激波/边界层干扰、非定常流动以及气动弹性和气动伺服弹性, 并进行准确性验证, 是当前工程设计中的一大难题.
(5) 一体化力热耦合设计难. 可重复使用运载器,尤其是带有大尺寸热结构控制翼的运载器, 往往采用防热/结构一体化设计, 在再入过程中将经受苛刻的气动热环境与力学环境, 因此热结构部件高温强度/刚度、热/振动、热/气动弹性等力热耦合分析与环境适应性验证, 是当前工程研制中必须解决的关键难题.
1.4 临近空间高超声速飞行器
以全球快速到达为主要目的的临近空间高超声速飞行器, 主要性能特征为: 飞行马赫数3~10, 在临近空间内的飞行时间为几百至上千秒、飞行距离几百至上万千米、飞行高度20~100 km. 目前, 此类飞行器可分为两类: 一类是吸气式动力巡航高超声速飞行器, 以美国Hyper-X计划中X-43 系列飞行器[28~32]和HyTech计划中使用的X-51(http://en.wikipedia.org/wiki/Boeing_X-51)系列飞行器为代表; 另一类是无动力滑翔式高超声速飞行器, 以美国FALCON计划中的HTV系列飞行器为代表. 部分典型临近空间高超声速飞行器如图7 所示. 这类飞行器的主要技术特点包括:
(1) 高升阻比气动布局. 临近空间高超声速飞行器具有速度高、速域宽、巡航高度高、航程长等特点,因此必须选取宽速域的高升阻比的气动外形, 常见的外形如升力体、翼身融合体、乘波体等.
(2) 气动热环境严酷. 此类飞行器需要在大气层中长时间高速飞行, 飞行器表面与大气将产生剧烈摩擦, 累积的热载荷不断增加, 局部温度甚至超过2000℃, 由此带来的热防护要求极高.
(3) 吸气式高超声速推进. 动力巡航高超声速飞行器常常采用吸气式推进的动力系统, 这种动力系统不需要像火箭那样自身携带氧化剂, 可以直接从大气中吸取氧气, 具有经济性好、重量轻等优点. 当前采用较多的吸气式高超声速推进技术主要包括超燃冲压发动机技术和组合动力技术.
具有上述技术特点的临近空间高超声速飞行器,在工程研制中主要面临如下技术难题:
(1) 宽速域高升阻比外形设计难. 由于此类飞行器需要采用高升阻比气动布局, 而常规的气动外形设计在高超声速条件下难以突破升阻比的屏障, 加之高速大空域的飞行环境会给飞行器带来非常复杂、严峻的气动力/热问题, 因此如何高效准确地预测与评估高超声速飞行器在高速大空域环境下的气动力/热性能, 成为高升阻比气动布局设计面临的重要难题.
(2) 热防护设计难. 由于临近空间高超声速飞行器具有高升阻比的复杂外形, 气动热环境严酷, 因此需要对热环境进行精确预测, 并在此基础上采用精细的非烧蚀热防护技术以维持飞行过程中的高升阻比外形不变, 这就需要从防热材料、防热机理和结构设计上进行深入的探索.
(3) 吸气式推进系统设计难. 超燃冲压发动机是当前吸气式推进动力系统的研究热点, 由于超声速条件下的点火被喻为是“在飓风中点火柴”, 燃烧室中的超声速燃烧过程也极其复杂, 因此认识和探索其现象和机理是超燃冲压发动机设计中最具挑战性的问题. 另外, 推进系统还需要与机身进行一体化设计, 这又为总体设计带来了困难.
鉴于上述4 类新型航天器的技术特点和工程研制面临的工程难题, 从力学研究的角度出发, 可以概括出但不局限为以下4 大类10 个亟需在力学学科方面展开攻关的挑战性问题.
2.1 动力学与控制
动力学与控制是新型航天器研制过程中的基础支撑学科. 新型航天器由于总体设计、控制精度、所处空间环境的要求不同, 导致其研制过程中出现一系列新的动力学与控制问题.
(ⅰ) 大型复杂结构动力学建模与仿真问题. 随着航天任务的复杂性越来越高, 航天器结构也向着大型复杂化发展. 以带大型桁架式网面天线为代表的新型航天器为例, 其总体设计往往包含大量铰链和绳索等非线性结构, 而工程研制方面一般都针对该类结构进行简化处理, 但铰链间隙等非线性因素对部件展开过程和展开锁定后的动力学特性都存在重要影响, 同时也是导致天线在轨故障的重要潜在因素, 虽然目前对于该类问题进行了大量的仿真, 但离工程实际需求还有较大差距.
因此, 基于上述新型航天器的技术特点和研制难点问题, 大型复杂结构动力学建模与仿真问题主要涉及几何和接触非线性理论机理、非线性结构力学模型建模方法、接触非线性结构机热一体化建模方法、工程适用的非线性结构多体展开动力学预示方法、_刚柔耦合结构动力学精确建模方法和星箭耦合动力学建模方法等方面的问题. 这些问题的存在, 对力学在机理、模化方法、工程实用化分析等方面的研究带来巨大的挑战性.
(ⅱ) 器箭耦合力学环境分析和预示问题. 大型空间飞行器和重型运载火箭, 由于采用新的构型和结构参数, 导致整体系统体结构传递特性发生重大变化, 且系统级动力学特性复杂, 尤其对于大型空间飞行器和重型运载火箭及其组合体而言, 纵、横、扭模态耦合现象突出, 增加了新型航天器结构振动传递分析以及有效载荷界面环境预示的难度. 同时, 器箭在发射段承受着恶劣的振动与噪声等力学环境.这些力学环境分析与预示的准确与否直接关系到这些新型空间飞行器和重型运载火箭总体设计的优劣.当前, 国内外虽然已经在中低频段开展了大量的研究工作, 但是对于全频段的环境预示问题, 仍然是研究热点问题之一.因此, 结合新型航天器的具体设计难点, 器箭耦合力学环境分析和预示问题包含如下主要力学问题:火箭发动机的振动和噪声量级及其产生与传播机理、集中力扩散结构的传力路径优化方法、大型有效载荷界面低频振动环境预示方法与大型整流罩噪声环境预示等. 该类问题的存在, 给采用新构型和结构参数的新型航天器带来了产生机理、仿真方法等方面研究的挑战.
2.2 固体力学
固体力学作为一门应用基础学科, 在新型航天器设计中起到至关重要的基础作用. 在本文所述的4类航天器中, 由于结构形式、飞行器剖面的不同, 给固体力学学科带来如下挑战性问题:
(ⅰ) 复合材料结构设计问题. 复合材料由于具有强度高、刚度大、重量轻并有抗疲劳、减振、耐高温、可设计等特点, 因此除具有承载性能外还用于实现吸波、透波、耐热、防热、隔热等其他功能. 当前,小尺度、构型简单的复合材料结构, 已经广泛应用于运载火箭、卫星等航天器部段级设计过程中, 从而满足结构的高承载要求. 但由于重型运载火箭和大型空间飞行器需要大尺寸、轻质复合材料结构, 而临近空间高超声速飞行器和可重复使用运载器需要大面积防热、结构承力一体化的复合材料结构, 因此,这类复合材料结构从机理到工程研制均需进行多方面的研究.
要解决这类复合材料结构设计问题, 亟需在力学方面开展大尺寸复合材料结构带来的尺寸效应机理研究, 复合材料等效力学模型研究, 多功能结构一体化设计方法研究等.
(ⅱ) 力热耦合问题. 可重复使用运载器和临近空间高超声速飞行器, 由于具有跨速域、跨空域等特点, 因此在飞行过程中将经受气动热、气动力、振动、噪声、过载、冲击等严酷的力热耦合环境的考验. 这些环境不仅会引起材料产生热应力, 改变结构的有效刚度等参数, 而且会引起飞行器结构产生薄膜应力、大变形、热屈曲等, 使结构动态响应表现出强非线性特征. 由于常规线弹性理论很难适用, 因此, 力热耦合问题已经成为制约这类飞行器气动布局设计和热防护设计的瓶颈.
这类力热耦合问题是典型的高温固体力学问题,从力学角度需要重点开展研究的问题主要包括: 高温环境下结构模态演化规律研究、力热复合载荷作用下结构动响应研究、力热复合载荷作用下结构损伤演化与疲劳寿命预示及力热复合环境综合试验验证方法等.
2.3 空气动力学
可重复使用运载器和临近空间高超声速飞行器,具有气动外形复杂、飞行速度高等特点, 在研制过程中面临如下有挑战性的空气动力学问题:
(ⅰ) 物理化学效应影响下的流动机理与模拟问题. 这类新型航天器在大气中进行高超声速飞行时,不仅在飞行器表面会产生由真实气体、壁面滑移等诸多物理化学效应导致的复杂流动, 而且在吸气式发动机内部还存在超声速燃烧的化学反应流动现象.这些物理化学效应主要涉及如热化学非平衡、超声速燃烧反应、等离子体鞘套等流动问题. 目前, 针对此类问题的机理认识及模拟手段都相当有限, 这为这类新型航天器的总体设计和精确控制带来诸多困难.
要解决这类物理化学效应影响下的流动机理与模拟问题, 需要从力学角度重点开展流动机理研究,燃烧动力学、有限速率化学反应、滑移边界等模型研究, 数值模拟和风洞试验方法研究等.
(ⅱ) 复杂流动的精细模拟问题. 临近空间高超声速飞行器由于整体或局部的外形复杂, 在飞行过程中存在激波/边界层干扰、可压缩湍流等高超声速复杂流动现象. 为保证飞行器的结构、材料、动力等相关系统的正确设计, 必须对复杂流动引起的气动力/热特性进行精细化研究. 但是, 由于机理复杂、特征尺度小, 这些流动的精细模拟非常困难, 从而给这类新型航天器的气动布局设计、热防护设计带来了挑战.
要解决这类复杂流动的精细模拟问题, 需要从力学角度重点开展复杂流动的机理研究, 高超声速转捩和湍流模型研究, 激波/激波干扰、激波/边界层干扰、流动分离等复杂流动的精细数值模拟与风洞试验方法研究, 以及必要的飞行试验验证.
2.4 力学交叉学科问题
航天器的研制过程涉及到动力学与控制、固体力学、流体力学、计算力学、实验力学等多个力学学科之间的耦合交叉应用; 而新型航天器的研制, 由于构型复杂、刚-柔-液耦合特性突出、空间环境更加苛刻等特点, 给力学交叉学科带来如下挑战性问题:
(ⅰ) 非线性刚-柔-液耦合动力学分析问题. 重型运载火箭与大型空间飞行器, 由于具有结构尺寸大、构型复杂且采用串/并联布局的多个大型全管理储箱等, 同时推进剂消耗导致航天器结构重量持续减少, 太阳翼和天线等外伸附件在轨展开过程中整星结构和构型也将持续变化, 导致航天器的刚-柔-液耦合特性突出. 而现有的研究以理论方法为主, 难以反映航天器的真实特性且无法满足航天器总体设计和控制系统的高精度要求.
要解决这类非线性刚-柔-液耦合动力学分析问题, 需要重点开展刚-柔-液耦合机理、刚-柔-液耦合动力学建模、非线性晃动动力学模型、非线性晃动与振动特性性能评估方法以及试验验证方法等研究.
(ⅱ) 大型变结构组合体建模、辨识和振动抑制问题. 大型空间飞行器由于构型庞大、在轨组装和操控, 是一个典型的变结构、变构型、变参数组合体.在轨运行中液体晃动、柔性振动、航天员活动、带载与空载机械臂的大范围运动等多种扰动, 同时舱段扩展、大型实验载荷增减等任务, 使组合体呈现时变的动力学特性, 其动力学与控制存在强耦合. 因此,为准确获取在轨精确控制模型, 大型变结构组合体建模、辨识和振动抑制是这类大型空间飞行器总体和控制系统设计必须要解决的关键问题.
要解决这类大型变结构组合体建模、辨识和振动抑制问题, 需要重点开展大型变结构组合体动力学建模与分析方法、柔性多体动力学建模方法、变结构组合体动力学模型参数在轨辨识方法、大型柔性附件振动抑制方法等研究.
(ⅲ) 气动弹性与气动伺服弹性结构耦合动力学问题. 可重复使用运载器和临近空间高超声速飞行器, 由于经历不同的空域与速域, 且在大气层中长时间飞行, 因此总体设计一般采用细长体或翼身融合体气动布局, 并广泛运用轻质材料与大型薄壁结构,同时控制舵面多, 从而带来一系列气动弹性与气动伺服弹性问题. 尤其由于刚柔耦合问题突出, 其气动加热环境下的气动弹性与气动伺服弹性结构耦合动力学问题更为复杂, 已成为这类新型航天器总体设计和控制系统设计不可逾越的关键问题. 要解决这类气动弹性与气动伺服弹性结构耦合动力学问题, 需要重点开展高超声速非定常气动力计算理论与计算方法、热气动弹性和气动热伺服弹性的机理和建模方法、结构静/动态特性对飞行器性能的影响分析等研究.
(ⅳ) 微振动性能分析与抑制问题. 大型空间飞行器由于活动部件多、姿态稳定度和指向精度要求高, 对其产生一系列幅值较小、频率较高的微振动成为总体设计中一项关键性的影响因素. 虽然国内外已经在反作用轮、热致微振动等方面开展多项研究,但由于微振动属于典型的力学交叉学科问题, 其响应分析与抑制研究极具创新性和挑战性, 目前仍是国内外研究的热点问题之一.
要解决这类微振动性能评估与抑制问题, 需要重点开展微振动源的产生及传递机理、微振动耦合动力学模型、微振动响应测量方法和微振动抑制方法等研究.
综上所述, 当前及未来功能性更强、复杂性更高、个性化更突出的新型航天器, 具有结构大型化、构形复杂化、服役环境极端化、多因素耦合化等标志性的特点. 但由于现有力学手段的局限性和模拟真实环境的困难, 对力学学科解决工程问题提出新的挑战. 这些挑战性问题既有要解决的机理问题、方法问题, 也有要解决的工程应用问题. 因此, 需要将新型航天器工程方面的需求与力学学科的发展紧密联系起来, 实现工程与科学的相互结合、相互促进, 从而给航天工程提供理论支持, 提升采用力学基础知识解决工程问题的能力.
为促进航天科技与力学学科的发展, 建议: (1)充分发挥各工程单位、科研院所与高校的协同创新作用, 形成以工程需求为牵引、力学作为基础支持的相互支撑发展模式, 注重创新性研究, 尤其重视地面试验与模拟试验、自主性分析软件的开发与使用问题.(2) 重点结合重大专项计划, 针对工程关键技术问题、基础性问题, 开展相关航天工程相关力学学科关键技术的研究与攻关, 并对于力学多学科耦合交叉问题给予重点关注, 以提升我国新型航天器的研制水平和创新能力. (3) 加强国内外交流和人才培养,提升航天工程人才队伍水平和解决航天器工程力学问题的能力.
本文是在香山科学会议第508 次学术讨论会“新型航天器中的力学问题”的大会主题评述报告基础上编写完成. 需要说明的是, 新型航天器中的力学问题其实有很多, 且由于新型航天器的发展将呈现更多的样式和复杂性, 因此带来的挑战性力学问题也将日趋复杂和多样, 需要持续不断加强对其研制难点的分析和力学问题的认知. 本文提到的问题, 只是从工程实际需求出发梳理出的需要解决的最关键的“拦路虎”.更详细的问题和分析, 留给中心议题和专题去描述.同时, 鉴于本人的认知, 文中所述仅代表作者个人观点, 肯定存在不全面和不当之处, 欢迎批评指正.
【论新型航天器发展对力学学科的挑战】相关
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“量子力学”是20世纪物理学对科学研究和人类文明进步的两大标志性贡献之一,已经成为物理学专业及部分工科专业最重要的基础课程之一,是学习“固体物理”、“材料科学”、“材料物理与化学”和“激光原理”等课程的重要基础。通过这门课程的学习,学生能熟练掌握量子力学的基本概念和基本理论,具备利用量子力学理论分析问题和解决问题的能力。同时,这门课程对培养学生的探索精神和创新意识及科学素养亦具有十分重要的意义。然而,“量子力学”本身是一门非常抽象的课程,众多学生谈“量子”色变,教学效果可想而知。如何激发学生学习本课程的热情,充分调动学生的积极性和主动性,提高量子力学的教学水平和教学质量,已经成为摆在教师面前的重要课题。近年来,笔者在借鉴前人经验的基础上,结合郑州轻工业学院(以下简称“我校”)教学实际,在“量子力学”的教学内容和教学方法方面做了一些有益的改革尝试,取得了较好的效果。
从经典物理所面临的困难出发,到半经典半量子理论的形成,最终到量子理论的建立,对量子力学的发展脉络进行细致的、实事求是的分析,特别是对量子理论早期的概念发展有一个准确清晰的理解,弄清楚到底哪些概念和原理是已经证明为正确并得到公认的,还存在哪些不完善的地方。这样一方面可使学生对量子力学中基本概念和基本理论的形成和建立的科学历史背景有一深刻了解,有助于学生理清经典物理与量子理论之间的界限和区别,加深他们对这些基本概念和基本理论的理解;另一方面,可使学生对蕴藏在这一历程中的智慧火花和科学思维方法有一全面的了解,有助于培养学生的创新意识及科学素养。比如:对于玻尔理论,由于对量子化假设很难用已经成形的经典理论来解释,学生往往会觉得不可思议,难以理解。为此,在讲解这部分内容时,很有必要介绍一下玻尔理论产生的历史背景,告诉学生在玻尔的量子化假设之前就已经出现了普朗克的量子论和爱因斯坦的光量子概念,且大量关于原子光谱的实验数据也已经被掌握,之前卢瑟福提出的简单行星模型却与经典物理理论及实验事实存在严重背离。为了解决这些问题,玻尔理论才应运而生。在用量子力学求解氢原子定态波函数时,还可以通过定态波函数的概率分布图,向学生介绍所谓的玻尔轨道并不是真实存在的,只是电子出现几率比较大的区域。通过这样讲述,学生可以清晰地体会到玻尔理论的承上启下的作用,而又不至于将其与量子力学中的概念混为一谈。
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对于每个销售工程师而言,客户项目进度和什么时间订货不可能由销售工程师主观愿望所决定,即使是固定的OEM客户,也存在不确定因素。在已经确定使用RA公司产品后,它包括很多不可控的具体问题:如项目什么时间可以审批;项目资金运作情况;市场需求是否发生变化。因此,每个销售工程师发现项目机会到收取订单这个时间间隔完全不由个人决定,但是通过统计所有销售工程师的每个客户活动时间间隔的方法来分析,可以发现其一般性规律。
用收获订单时间t表示从发现项目到收取订单的时间间隔,一个订单在t天收取的概率可以近似为一个幂函数P(t)=t-a,其中a=1.34。其中62.55%的订单是在12个月内收到的。超过24个月的订单不足8%。这也符合公司对销售任务的要求。
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