汽車動力學理論精選(九篇)
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第1篇：汽車動力學理論范文
【關(guān)鍵詞】獨輪車機器人；實驗平臺；多體動力學；多信息融合
0 引言
獨輪車機器人是輪式機器人家族的一員，涉及到力學、機械學、計算機科學、電子學、控制論、信息技術(shù)等許多學科和技術(shù)[1-2]。既具有輪式機器人移動快、運動靈活的特點，又有其靜態(tài)不穩(wěn)定、動態(tài)可穩(wěn)定的獨特特性[3]。借助多體動力學理論與多信息融合技術(shù)，搭建獨輪車機器人的實驗平臺，對本科生、研究生學習應(yīng)用相關(guān)知識與技術(shù)起到積極的促進作用。
1 獨輪車機器人實驗平臺的建設(shè)內(nèi)容
在充分考慮專業(yè)培養(yǎng)方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際教學的需要，桂林電子科技大學機電工程學院機械電子工程系搭建了一種獨輪車機器人實驗平臺，該平臺主要包括幾大模塊：
1.1 動力學模塊
該模塊包含機器人機構(gòu)簡圖的繪制、整體與局部坐標系的建立（如圖1）、機器人各構(gòu)件的運動學分析（角速度、質(zhì)心速度分析）、選取動力學分析方法（拉格朗日法、牛頓-歐拉法、凱恩法、查普雷金法等）、建立機器人運動與關(guān)節(jié)驅(qū)動力之間關(guān)系的數(shù)學模型。通過該模塊，學生全面應(yīng)用所學的高等數(shù)學、線性代數(shù)、理論力學、機械原理、工業(yè)機器人等相關(guān)課程的知識。
1.2 機械系統(tǒng)模塊
該模塊包含機構(gòu)本體的設(shè)計、傳動系統(tǒng)的設(shè)計。機構(gòu)本體包括車架、行走輪、腰輪、擺輪四個部分（如圖2），其中，行走輪可調(diào)整車架的前后俯仰角，腰輪調(diào)整車架轉(zhuǎn)彎的航向角，擺輪調(diào)整車架側(cè)向傾角。設(shè)計時，行走輪、腰輪、擺輪的轉(zhuǎn)軸設(shè)計成兩兩正交，可以在物理上實現(xiàn)三者運動的部分解耦，從而降低系統(tǒng)建模的復(fù)雜度。傳動機構(gòu)采用齒輪傳動，由電機齒輪與輪轂齒輪相嚙合。通過該模塊，學生全面應(yīng)用所學的機械原理、機械設(shè)計等相關(guān)課程的知識。
1.3 測控系統(tǒng)模塊
該模塊包括一塊DSP控制板、三臺伺服驅(qū)動器、三臺薄餅直流電機、三只增量式編碼器、三個電流傳感器、一個慣性測量單元（陀螺儀）、一對無線數(shù)傳模塊、三只TTL信號轉(zhuǎn)RS232電平模塊、電源模塊若干、兩塊航模動力電池，測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。通過該模塊，學生在硬件連接、信號傳輸、供電方案上可以更清晰、直觀的了解和掌握相關(guān)知識。
1.4 控制策略模塊
該模塊包括基于動力學模型設(shè)計控制器、系統(tǒng)穩(wěn)定性條件、控制策略的仿真驗證實驗、控制策略的樣機驗證實驗。通過該模塊，學生全面應(yīng)用C語言、單片機原理與接口技術(shù)、MATLAB/Simulink軟件技術(shù)、控制工程基礎(chǔ)、計算機控制技術(shù)等相關(guān)知識。
2 實驗平臺在教學與科研中的實施方案
在教學方面，結(jié)合我校機電工程學院開設(shè)《機器人綜合設(shè)計》實訓課程的特點，努力為社會培養(yǎng)機電一體化應(yīng)用型人才為目的，教師可以從展示領(lǐng)域最新動態(tài)、融合多種教學方法、加強課程知識融合、提升學生綜合實力等幾個方面進行課程教學改進，這些方法相輔相成；在科研方面，教師可以從獨輪車機器人單一（側(cè)向、俯仰）運動平衡控制、綜合（側(cè)向+俯仰、俯仰+航向、側(cè)向+俯仰+航向）運動平衡控制、轉(zhuǎn)彎平衡機理等方面進行深入研究。具體如下：
2.1 在教學中的實施方案
2.1.1 展示領(lǐng)域最新動態(tài)――找差距
機器人技術(shù)發(fā)展迅速、日新月異，尚待研究的問題也層出不窮，因此想要精通機器人技術(shù)所有的內(nèi)容是不現(xiàn)實的。該實驗平臺可以起到拋磚引玉，讓學生既掌握基礎(chǔ)理論，又了解前沿動態(tài)，還能提高學生的學習興趣。該領(lǐng)域最新動態(tài)――國內(nèi)北京工業(yè)大學、哈爾濱工業(yè)大學等院校研制的獨輪車機器人，國外日本的“村田頑童”娛樂自行車機器人、“村田婉童”騎獨輪車機器人等，對比出我國在該領(lǐng)域與國外先進機器人的差距，提高學生學習主動性。
2.1.2 融合多種教學方法――任務(wù)式教學
不局限于課堂板書、PPT講授模式，該實驗平臺帶給學生更多的是以“用”帶“學”、以“學”促“用”，課前布置好學生的實驗任務(wù)，為完成相應(yīng)的任務(wù)，學生需提前學習相關(guān)知識，即以“用”帶“學”，帶動學生的學習積極性。課堂上學生需自己動手設(shè)計并操作控制機器人，將課前所學的知識用到實處，即以“用”促“學”，使學生產(chǎn)生極大的成就感。
2.1.3 加強課程知識融合――形成體系
機器人技術(shù)本身是一門新興、邊緣、交叉學科。獨輪車機器人實驗平臺的研發(fā)過程[4]需要學生具備工程力學、機械原理、機械設(shè)計、電子技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制原理、計算機控制技術(shù)等多門課程知識，并完成課程間的知識融合，由單一的課程知識點到學科間的面，甚至形成知識體系。
2.1.4 提升學生綜合實力――合作創(chuàng)新
該實驗平臺的四個模塊并不孤立，它們相輔相成，構(gòu)成一個機器人系統(tǒng)。從機器人的動力學建模到機械系統(tǒng)設(shè)計、測控系統(tǒng)設(shè)計、控制器設(shè)計與編寫，再到物理樣機實驗平臺的搭建，最后到仿真實驗和物理實驗，學生在這一過程中會遇到各種各樣的問題。如何查找資料、與團隊中其他成員分工任務(wù)、溝通交流各種事宜、協(xié)同控制操作機器人、改造創(chuàng)新各項子任務(wù)，這一過程中每個問題的解決，都會使學生綜合實力得到進一步的提升。
2.2 在科研中的實施方案
2.2.1 單一運動平衡控制――側(cè)向、俯仰
首先基于多體動力學方法建立側(cè)向或俯仰運動的簡化力學模型，基于模型采用部分反饋線性化法或其他方法設(shè)計平衡控制器，給出所設(shè)計的控制器的穩(wěn)定條件。將控制器算法寫入DSP控制板，完成單一運動的平衡控制實驗。該實驗是實現(xiàn)獨輪車機器人全方位運動的基礎(chǔ)。
2.2.2 綜合運動平衡控制
基于多體動力學方法建立完整的機器人動力學模型，設(shè)計全方位運動的平衡控制器。仿真分析平衡運動的車體及各轉(zhuǎn)盤運動軌跡，以及關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩變化情況；實驗驗證所建立模型的可靠性和所設(shè)計的控制器的有效性。該部分實驗涉及機器人全方位平衡控制，有較大難度。
2.2.3 轉(zhuǎn)彎平衡機理
為使機器人更靈活的轉(zhuǎn)向，機器人內(nèi)部的物理參數(shù)（質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量等）、幾何參數(shù)（車輪半徑、各構(gòu)件質(zhì)心高度、整體質(zhì)心高度等）、控制參數(shù)（位置、速度反饋系數(shù)等）應(yīng)如何設(shè)計或設(shè)置，這些參數(shù)對平衡控制的穩(wěn)定性有何影響。這部分研究將從更深層次揭示機器人全方位運動（轉(zhuǎn)彎平衡）的內(nèi)在機理。
當然，科研與技術(shù)問題不局限于所列出的內(nèi)容。隨著研究的深入，還會有更多的不為人知的平衡機理等著我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>
3 實驗平臺在教學與科研中的橋梁作用
教學與科研一直以來都不是對立體，它們之間有著相輔相成、互相促進的緊密聯(lián)系。利用該獨輪車機器人實驗平臺，教師將教學中學生學習、應(yīng)用知識這一過程與科研中學生應(yīng)用、創(chuàng)新知識這一目標有機的結(jié)合，為教學與科研架起一座橋梁。
【參考文獻】
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第2篇：汽車動力學理論范文
關(guān)鍵詞：雙層隔振；剛度；阻尼；平順性；ADAMS仿真
中圖分類號：U469.21文獻標文獻標志碼：A文獻標DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2011.01.010
Simulation Study on Double-Layer Vibration Isolation of Van
Zhang Xiuqin，Yang Bo，Yang Haiqin，Yang Chao
(Hubei Key Laboratory of Advanced Design & Manufacturing Technology of Automotive Parts，Wuhan University of Technology，Wuhan，Hubei 430070，China)
Abstract：To protect goods from damage, vibration acceleration of van bottom board should be controlled within a certain range. By applying the theory of multi-body system dynamics and virtual prototyping technique, the double-layer vibration isolation of van was studied. Adopting parameterized modeling technique in ADAMS software, a virtual prototype model for van was built and the calculation methods of hydraulic damper spring stiffness and damp were conducted. With the road excitation, i.e., power spectrum density function as input and vibration acceleration of van as output, the effect of double-layer vibration isolation was evaluated. The results show that the isolation effect of damper is significant in the double-layer vibration isolation system.
Key words: double-layer vibration isolation system；stiffness, damp；ride comfort；ADAMS simulation
工程實踐中的各種運載工具都要受到外界激勵的作用，產(chǎn)生強迫振動。為了提高車輛運行的平穩(wěn)性和乘客乘坐的舒適性，需采取有效措施對振動進行控制、隔離[1-2]。研究和分析隔振系統(tǒng)的激勵響應(yīng)，通過選取合理的系統(tǒng)參數(shù)，對于改善隔振系統(tǒng)的性能具有十分重要的意義。文中的廂式貨車用于運輸貴重易碎物品，為了保證貨箱內(nèi)貨物的安全，防止在運輸過程中受到振動沖擊而損壞，必須對車輛的平順性進行仿真分析，進而對整車減振系統(tǒng)的可靠性進行評估。因此本文根據(jù)雙層隔振系統(tǒng)減振器參數(shù)的設(shè)計理論，計算出液壓阻尼減振器的彈簧剛度和阻尼，然后采用ADAMS軟件對整車多體動力學模型進行平順性仿真分析，以評價雙層隔振系統(tǒng)的隔振效果。
1 減振器彈簧剛度及阻尼的計算
隔振有兩類，一類是隔離機械設(shè)備通過支座傳至地基的振動，以減小動力的傳遞，稱為主動隔振；另一類是防止地基的振動通過支座傳至需要保護的精密設(shè)備或儀器儀表，稱為被動隔振[3]。文中探討的車輛隔振系統(tǒng)屬于被動隔振。由于單層隔振系統(tǒng)有其自身的缺點：對低頻激勵，隔振剛度必須很小，因而導(dǎo)致系統(tǒng)過分柔軟，穩(wěn)定性差；在中高頻區(qū)域，隔振效果也不盡理想。采用雙層隔振系統(tǒng)可以得到較好的隔振效果。所謂雙層隔振系統(tǒng)，就是在單層隔振系統(tǒng)的振動體和振源之間插入一個中間質(zhì)量（或稱中間基座），振動體彈性地安裝在中間質(zhì)量上，然后再將振動體和中間質(zhì)量組成的單層隔振裝置彈性地安裝在振源基礎(chǔ)上，其簡圖如圖1所示。
該廂式貨車采用通用貨車底盤，并根據(jù)雙層隔振理論進行了改裝，加裝了副車架和車箱，且在車箱與底板之間加裝了液壓阻尼減振器。液壓阻尼減振器的工作原理是：當車架與車橋做往復(fù)相對運動時，活塞在減振器的缸筒內(nèi)也做往復(fù)運動，減振器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個內(nèi)腔通過一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時，液體與內(nèi)壁的摩擦及液體分子的內(nèi)摩擦便形成對振動的阻尼力，使車身和車架的振動能量轉(zhuǎn)化為熱能，被油液和減振器殼體吸收然后散發(fā)到大氣中[4]。
雙層隔振系統(tǒng)由2部分質(zhì)量組成。假如僅考慮隔振設(shè)備沿垂直方向的運動，可以將其簡化為2個自由度系統(tǒng)的強迫振動問題[5-6]。如圖1（b）所示，圖中為車架、車箱的質(zhì)量,為底板的質(zhì)量。
在車架、車箱和底板組成的雙層隔振系統(tǒng)中，阻尼減振器彈簧剛度值的選取，對于減振效果起著決定作用。
設(shè)置隔振時，外界干擾頻率遠大于系統(tǒng)固有頻率。遠離共振區(qū)，阻尼對振幅的影響較小，在計算中可略去阻尼。設(shè)置振動時，質(zhì)量、的振幅分別為
設(shè)備隔振時，要求（這里為負值，因為基礎(chǔ)和質(zhì)點的運動相位相反）。上式有2個根，取其中較大的才能起到隔振作用，而為正數(shù)，因此得到
式中：為外界干擾頻率；為上層隔振系數(shù)，其值取決于的抗振能力，一般可取0.2～0.4；為下層隔振系數(shù)，一般取為0.05；質(zhì)量比。
現(xiàn)已知，其中
為一側(cè)前懸架的剛度，為一側(cè)后懸架的剛度。,，，，。
這樣計算出的為底板下24個彈簧總的剛度值，由于這24個彈簧是并聯(lián)關(guān)系，且并聯(lián)彈簧的剛度等于各彈簧剛度之和,所以每個彈簧的剛度。最終剛度值為；再根據(jù)振動理論中 [7]，其中為已知的選件阻尼系數(shù)，為計算出的剛度值，為底板的每個彈簧承受的質(zhì)量，將所對應(yīng)的值代入公式可得阻尼比為0.1。
2 整車虛擬樣機模型的建立
為評價雙層隔振系統(tǒng)的減振效果，達到保護運輸貨物的目的，需要對整車做平順性仿真分析。ADAMS/View軟件包可以方便地建立整車多體動力學模型，進行平順性仿真分析。
ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）軟件是美國MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機分析軟件，該軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動力學方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學、運動學和動力學分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線[8]。
2.1 參數(shù)化建模
利用ADAMS軟件對虛擬樣機進行分析，首先要建立整車系統(tǒng)的虛擬樣機模型，利用多體動力學理論在ADAMS軟件中建模通常有兩種方法：
一種是通過ADAMS提供的CAD模型數(shù)據(jù)接口導(dǎo)入常用CAD軟件建立的幾何模型，然后在ADAMS中根據(jù)實際結(jié)構(gòu)添加力和約束，完成整車虛擬樣機模型的建立。這種建模方法優(yōu)點是模型具有良好的可視化效果，幾何建模方便迅速，但在設(shè)置一些物理參數(shù)(如質(zhì)量、質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動慣量等)時較為繁雜。更重要的是從三維CAD軟件中轉(zhuǎn)化的模型不能進行參數(shù)化計算，不能直接修改幾何尺寸，若要修改幾何尺寸必須返回到三維CAD軟件中，修改完后再重新導(dǎo)入。
另一種是利用ADAMS中的建模工具，根據(jù)模型的實際結(jié)構(gòu)參數(shù)，直接在ADAMS中建立整車虛擬樣機模型。這種方法，因為ADAMS建模功能有限，所以在幾何建模時較為復(fù)雜，但是系統(tǒng)會自動生成物理參數(shù)，無需手動設(shè)置，且可以在建立模型時， 根據(jù)分析需要確定相應(yīng)的關(guān)鍵變量，并將關(guān)鍵變量設(shè)置為設(shè)計變量。在分析過程中，只需改變樣機模型中有關(guān)變量的參數(shù)值，程序就可以自動更新整個樣機模型，得到同結(jié)構(gòu)形式下的新車型，也可重建派生得到其它結(jié)構(gòu)形式。本文中的整車模型采用參數(shù)化建模，便于對不同參數(shù)進行分析設(shè)計。
參數(shù)化建模所需參數(shù)包括幾何參數(shù)(如部件的外形和安裝位置等)、物理參數(shù)(如質(zhì)量、質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動慣量等)和力學參數(shù)(彈簧的剛度和阻尼等)。根據(jù)多體動力學理論和ADAMS軟件的要求，如果整車模型的幾何參數(shù)、物理參數(shù)和力學參數(shù)與實車參數(shù)相同，模型就能表達出實車結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系、物理關(guān)系和力學關(guān)系，仿真結(jié)果與實車是等價的。
幾何參數(shù)中，各部件的連接位置必須準確給定，因此必須對其建立設(shè)計變量。由于對所有的物理參數(shù)進行了參數(shù)化，質(zhì)量、質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動慣量均可直接進行參數(shù)控制，因此描述幾何外形的幾何參數(shù)就顯得不那么重要，可以進行相應(yīng)的簡化，只要保證模型具有良好的可視化效果即可。
物理參數(shù)中，質(zhì)量、質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動慣量是進行多剛體動力學分析中最重要和最基本的量，因此必須對車輛所有相關(guān)部件或部件總成的質(zhì)量、質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動慣量進行參數(shù)化，建立參數(shù)變量。
力學參數(shù)中，彈性元件的剛度和阻尼等是約束多剛體動力學不可或缺的，因此必須對懸架系統(tǒng)和底板阻尼減振器的彈簧剛度和阻尼進行參數(shù)化，建立參數(shù)變量。
由于只需對整車進行平順性仿真，所以在建模時，只建立與平順性仿真有關(guān)的部件，主要包括駕駛室、車架、懸架系統(tǒng)、車軸和輪胎、路面及車箱等部分。而將其它與平順性分析關(guān)系不大的部件，如動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等機構(gòu)，簡化為簧載質(zhì)量，而不進行專門建模，基于如下假設(shè)：
(1)根據(jù)實際情況，各零部件之間運用相應(yīng)的運動副進行連接，運動副內(nèi)摩擦力不計；
(2)除彈性元件外，其余零部件均認為是剛體，在仿真分析過程中不考慮它們的變形；
(3)主要考慮在B、C、D級公路上的動力學特性，直接在車輪上加驅(qū)動實現(xiàn)其運動特性；
選取的空間坐標系為：以質(zhì)心指向地面的垂線與兩車軸水平中平面的交點為原點，汽車左右對稱平面為XOY平面，X軸正方向指向后方，Y正方向垂直向上，建立的整車模型如圖2所示。
2.2 模型輸入輸出的建立
要完成整車平順性仿真分析，必須在虛擬樣機模型上定義相應(yīng)的輸入和輸出。輸入可以是力、位移，其形式可以是正弦掃描激勵、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量激勵、功率譜密度函數(shù)，或是用戶自定義的函數(shù)；輸出可以是位移、速度、加速度、力、力矩，以及相應(yīng)的功率譜密度函數(shù)等。文中以4個車輪所在地基處的路面激勵為輸入，其形式為功率譜密度函數(shù)；以底板振動加速度為輸出，評價阻尼減振器的減振作用。輸入的功率譜密度函數(shù)首先是利用MATLAB軟件分別生成滿足B、C、D級路面功率譜密度條件的隨機數(shù)據(jù)系列，來模擬路面不平度，然后將隨機數(shù)據(jù)系列導(dǎo)入到ADAMS中生成樣條曲線（SPLINE），利用樣條曲線來編輯車輪輸入函數(shù)，這樣就實現(xiàn)了在車輪上施加相應(yīng)的路面激勵。整車模型的車輪垂直振動由長方體平板帶動，故只需利用相應(yīng)的樣條曲線來定義長方體板上的驅(qū)動方程，實現(xiàn)車輪的隨機振動。
3 整車平順性仿真
汽車的平順性主要是保持汽車在行駛過程中產(chǎn)生的振動和沖擊環(huán)境對乘員舒適性的影響在一定界限之內(nèi)，因此平順性主要根據(jù)乘員主觀感覺的舒適性來評價，對于載貨汽車還包括保持貨物完好的性能，這是現(xiàn)代高速汽車的主要性能之一[10]。
對于汽車平順性分析，目前國際上采用較多的有以下幾種方法：
（1）1/3倍頻帶分別評價方法；
（2）總的加速度加權(quán)均方根值評價方法；
（3）人體或車身振動的總的加速度均方根值評價方法；
（4）車身振動（或座椅）的最大垂直加速度評價方法。
為保證貨箱內(nèi)貨物的安全，防止在運輸過程中受到振動沖擊而損壞,所以整車減振系統(tǒng)的設(shè)計目標設(shè)定為底板質(zhì)心處振動加速度峰值小于0.75，即為7 500 mm/s2，為了進行減振系統(tǒng)設(shè)計的可行性分析，在做平順性仿真分析時，采用測量底板質(zhì)心處最大垂直振動加速度的評價方法，以便與設(shè)計目標進行對比分析。但由于這種方法只以垂直振動加速度的峰值作為評價指標，只是反映了振動的最大值，而不能綜合評價整體振動的情況，因此，又計算了總的加速度加權(quán)均方根值，作為輔助評價指標。
分別輸入B、C、D級路面功率譜密度函數(shù)，經(jīng)仿真得到底板質(zhì)心處的振動加速度曲線，如圖3、圖5、圖7所示。然后，用剛性連接代替阻尼減振器，相當于單層隔振系統(tǒng)。再仿真后得到單層隔振系統(tǒng)下的底板質(zhì)心處的振動加速度曲線，如圖4、圖6、圖8所示。
表1為單雙層隔振系統(tǒng)下底板質(zhì)心處垂直振動加速度最大值與振動加速度均方根值的比較表。
由圖3、圖4可知，在B級路面上，雙層隔振系統(tǒng)底板垂直振動加速度值大多分布在-500 mm/s2～+500 mm/s2之間，振動加速度的最大值為760 mm/s2，滿足整車減振的目標。單層隔振系統(tǒng)底板垂直振動加速度值大多分布在-1 500～+1 500 mm/s2之間，振動加速度的最大值為3 170 mm/s2，也滿足整車減振的目標。
由圖5、圖6可知，在C級路面上，雙層隔振系統(tǒng)底板垂直振動加速度值大多分布在-1 500～+1 500 mm/s2之間，振動加速度的最大值為3 000 mm/s2，滿足整車減振的目標。單層隔振系統(tǒng)底板垂直振動加速度值大多分布在-6 000～+6 000 mm/s2之間，振動加速度的最大值為7 510 mm/s2，不滿足整車減振的目標。
由圖7、圖8可知，在D級路面上，雙層隔振系統(tǒng)底板垂直振動加速度值大多分布在-2 500～+2 500 mm/s2之間，振動加速度的最大值為5 020 mm/s2，滿足整車減振的目標。單層隔振系統(tǒng)底板垂直振動加速度值大多分布在-7 500～+7 500 mm/s2之間，振動加速度的最大值為11 040 mm/s2，不滿足整車減振的目標。
從圖9可以看出，雙層隔振系統(tǒng)中，D級路面上底板的振動最為強烈，C級路面上底板的振動次之，B級路面上底板的振動最好，即隨著路面等級的升高，振動加速度值越來越小，汽車的平順性也越好。底板振動加速度功率譜密度描述了底板振動加速度在1～100 Hz頻率范圍內(nèi)的分布情況，加速度峰值所處的區(qū)域基本上未發(fā)生變化。由此可見，特定車速不同等級路面上，路面等級越高，底板的振動加速度值就越小，汽車的平順性就越好。
4 結(jié)束語
⑴采用多體系統(tǒng)動力學理論和虛擬樣機技術(shù)對雙層隔振系統(tǒng)進行仿真研究的方法簡單可行。
⑵仿真分析表明，雙層隔振系統(tǒng)的減振效果優(yōu)于單層隔振系統(tǒng)的減振效果。因此，應(yīng)合理選取雙層隔振系統(tǒng)中阻尼減振器的參數(shù)值。文中設(shè)置的廂式貨車雙層隔振系統(tǒng)的參數(shù)值達到了隔振的目的。
⑶廂式貨車雙層隔振系統(tǒng)的仿真研究已應(yīng)用于實車的改進與設(shè)計分析中，取得良好效果。
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第3篇：汽車動力學理論范文
關(guān)鍵詞：Adams/Car；隨機振動；前懸架；工程車輛
工程車輛在工作過程中會受到路面不平度的激勵，該激勵是一種隨機激勵，導(dǎo)致車輛產(chǎn)生隨機振動[1]。車輛前懸架主要功用是承載車身重量、緩沖和傳遞來自路面不平度對車輛的激勵，保證車輛平順地行駛。在工程車輛中應(yīng)用廣泛的非獨立式懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、強度高、行駛中前輪定位變化較小，但其舒適性及操縱穩(wěn)定性都較差。
基于Adams/Car模塊建立車輛前懸架系統(tǒng)模型，在標準路面不平度激勵下進行隨機振動仿真分析，對車輛前懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計、疲勞壽命分析等具有重要參考價值。
1 前懸架系統(tǒng)模型
前懸架系統(tǒng)模型如圖1所示，主要包括：1.制動器，2.浮動拖盤，3.輪胎，4.車軸，5.橫向拉桿，6.板簧，7.減振器，8.彈性襯套，9.轉(zhuǎn)向機構(gòu)。制動器在垂向施加隨機激勵，轉(zhuǎn)向節(jié)與銷軸簡化為三角形機構(gòu)。
汽車懸架系統(tǒng)主要作用是抑制路面不平度引起的振動和沖擊。在Adams/Car模塊中參數(shù)設(shè)置包括輪胎的剛度、自由半徑、質(zhì)量、輪胎屬性文件、簧載質(zhì)量和車輛軸距等，如表1所示。
2 路面模型
路面模型是隨機振動分析的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，主要采用路面功率譜密度描述其統(tǒng)計特性，GB/T7031-2005《機械振動-道路路面譜測量數(shù)據(jù)報告》[2]中將路面分為A～H共8個等級。在實際工程中，該車輛行駛的路面等級主要為B、D和F級，其路面不平度系數(shù)分別為64、1024和16384。本文采用傅立葉變換與逆變換法，結(jié)合數(shù)據(jù)采樣定理[3]，分別求得其路面不平度曲線，并將得到的路面曲線轉(zhuǎn)換成.TXT文件后，復(fù)制得到的兩列數(shù)據(jù)并分別拷入所規(guī)定格式的[NODES]和[ELEMENTS]兩欄，保存并放入對應(yīng)的文件夾中。
3 Adams/Car動力學仿真分析
基于Adams/car的前懸架隨機振動分析主要是建立動力學方程并求解，建立好前懸架系統(tǒng)模型，將路面文件通過試驗臺加載到車輪上。在Simulate菜單下選擇Suspension Analysis-Dynamic，設(shè)置仿真文件名，仿真持續(xù)時間10s，仿真步數(shù)1000，激勵模式：Displacement[4]。圖2為懸架在F級路面激勵下的垂向位移時域和頻域曲線圖。
4 結(jié)束語
對比前懸架結(jié)構(gòu)在B、D和F級路面激勵下的仿真結(jié)果：
（1）隨著路面不平度的增大，懸架結(jié)構(gòu)垂直振動的位移峰值逐漸增大，峰值所對應(yīng)的頻率為7.9Hz和9.8Hz附近，固該型輛車橋結(jié)構(gòu)振共頻率約為8Hz和10Hz。振動的位移量相對較小，但振動產(chǎn)生的位移長期作用，對懸架結(jié)構(gòu)的使用壽命影響很大。
（2）由相關(guān)文獻可知，人體上下振動的共振頻率在4～6Hz[5]，基本不包括上述分析的峰值頻率所在范圍，對人體的影響很小，基本可以滿足車輛行駛的平順性要求。
參考文獻
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第4篇：汽車動力學理論范文
【關(guān)鍵詞】節(jié)能賽車 造型設(shè)計 仿真 材料 模型制作
本田節(jié)能競技賽車大賽是由日本本田（Honda）汽車公司舉辦，所有賽車搭載組委會提供的125cc低油耗4沖程發(fā)動機，各個車隊獨立完成對發(fā)動機的改造及車架結(jié)構(gòu)、車身造型的設(shè)計，最終以同等路程的燃油消耗量為評判依據(jù)。
一、造型設(shè)計流程分析
鑒于同等路程的燃油消耗量為比賽結(jié)果的評判標準，故要求設(shè)計者通過減少能量損失來降低整車的行駛能耗。經(jīng)過對裸車架和有車殼的節(jié)能賽車的對比試驗，發(fā)現(xiàn)二者燃油消耗量竟相差一倍之多。再根據(jù)汽車行駛方程：驅(qū)動力=風阻+摩擦阻力+加速阻力+爬坡阻力，發(fā)現(xiàn)風阻和摩擦阻力都受到車身造型的影響。故車身造型對減少整車行駛能耗、提升整車動力性能具有重要作用。
節(jié)能競技賽車的造型設(shè)計主要分為三個階段。首先是車身造型設(shè)計階段，結(jié)合設(shè)計美學、仿生學、色彩學等知識，設(shè)計出符合空氣動力學要求的氣動車身造型。其次是空氣動力學仿真，車體匹配仿真階段，利用CFD仿真技術(shù)計算流體動力學，針對車殼和車架做車體匹配仿真，檢查有無干涉是否匹配，確定最終方案；工藝材料分析、車身模型制作階段，對比分析材料特性、加工工藝，選定制作材料，完成模型制作，車殼成型。
二、車身造型仿生與色彩設(shè)計
仿生設(shè)計已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車造型設(shè)計。從自然界尋找設(shè)計靈感，將自然和諧的生物形態(tài)、合理的生物結(jié)構(gòu)應(yīng)用于汽車造型，不僅能提升整車的視覺沖擊力與吸引力，還能使整車造型氣韻生動、富有生命力。經(jīng)過對生物流體結(jié)構(gòu)及美感特征的分析，選定以具有流線美的大白鯊為生物原型進行仿生設(shè)計。大白鯊流線型造型飽滿有力、優(yōu)美光滑，身體呈“中間寬、兩頭尖”的紡錘狀結(jié)構(gòu)，可有效的分散行進阻力，加快運動速度。
通過對大白鯊的流線型造型特點及神態(tài)特征的提取，結(jié)合低空氣阻力系數(shù)車身應(yīng)滿足的條件，以大白鯊的流線型特征為藍本進行了節(jié)能賽車的優(yōu)化仿生設(shè)計。根據(jù)人機工程學理論，設(shè)定了整車的尺寸與駕駛空間，整車長約2.5m，寬約1m，高約0.6m。在保證駕駛員安全舒適的同時，在前方為駕駛者留有90度的觀察視野，以確保駕駛者視線清晰。以大白鯊為仿生原型的節(jié)能賽車源于具象而又超越具象，整車造型光滑流暢、飽滿有力、曲線豐富而又細膩。
車身主體以黑色為主，輔以柳紅色，紅黑配色相得益彰、動感十足，使整車造型穩(wěn)重而又不失激情。在車頂窗與車體分界線的位置以柳紅色過渡，突顯曲面的光滑飽滿。自車頭延伸至車身中部加一抹火焰狀的明亮的柳紅色，有利于在視覺上拉伸整體造型，彰顯優(yōu)美修長、富有動感的側(cè)面形態(tài)。
三、空氣動力學仿真與車體匹配仿真
根據(jù)前期設(shè)計方案，利用Rhino軟件輸出三維模型，再利用CFD仿真技術(shù)計算流體動力學，分析賽車的阻力和升力兩個因素。根據(jù)空氣阻力分析發(fā)現(xiàn)，由于車架底部、車輪等構(gòu)件未包裹，導(dǎo)致內(nèi)循環(huán)阻力增大；由于車頭位置較窄較高、尾部過寬，導(dǎo)致氣流通過不順暢、行車不穩(wěn)定。針對上述問題修改方案，對車架實行全包裹，僅在車輪位置留有轉(zhuǎn)向空間，盡量壓低車頭前端造型，適當加寬中前部造型，使前車頭和尾部盡量尖銳化。對修改后的方案進行二次空氣動力學仿真，之前存在的問題得到了緩解，有效降低了整車的氣動阻力、側(cè)風條件下的升力。
空氣動力學仿真后進行車殼、車架匹配仿真。大賽規(guī)定：參賽車輛的車輪必須為3輪以上（包括3輪）。為了降低行進阻力、保證行駛的安全性，選取前兩輪后一輪的車架模式。對輸出的車殼和車架的三維模型做車體匹配仿真，發(fā)現(xiàn)在車輪處留有的10cm的轉(zhuǎn)向空間較適宜，其余位置經(jīng)檢查無干涉，車殼和車架很匹配，確定了最終的三維模型。
四、工藝材料分析與模型制作
據(jù)數(shù)據(jù)顯示，整車質(zhì)量減輕10%，油耗可減少8.5%。節(jié)能賽車也是如此，選擇輕質(zhì)材料對降低整車行駛能耗具有重要作用。節(jié)能競技賽車比較常見的車體材料為鋁材、玻璃鋼和碳纖維。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)鋁材雖可滿足輕巧、塑性強、易加工的要求，但其自身硬度較低，易使車殼不穩(wěn)定。玻璃鋼硬度高、性能穩(wěn)定，但質(zhì)量略重。碳纖維質(zhì)量輕、硬度高，但加工模型過程復(fù)雜，成本較高。
在充分衡量各材料輕便、結(jié)實、安全和價格等的因素下，選定強芯氈、玻璃纖維、碳纖維、樹脂為備選材料，制作1：20的小比例模型，進行材料分析實驗。1.強芯氈和玻璃纖維實驗。一層強芯氈一層玻璃纖維：強度夠，但曲面部分成型困難，表面平整度不好。2.玻璃纖維和樹脂實驗。兩層玻璃纖維加樹脂：強度適中，光滑度好，成型容易控制。3.碳纖維和樹脂實驗。碳纖維加樹脂：強度高，質(zhì)量最輕，但成本較高。綜合衡量各材料的特性及工藝水平，最后選定車體由玻璃纖維和樹脂材料加工制作，透明車窗部分選用亞克力材料。
模型制作階段主要分為以下五個步驟：第一步：從三維圖中導(dǎo)出三視圖1：1打印，作為整車的尺寸參照圖；第二步：依據(jù)車身尺寸，選用聚氨酯塑料制作模具，再用石膏為模具定型；第三步：清理模具，刷上脫模劑，再用薄膜隔離、上玻璃纖維刷樹脂晾干；第四步：選擇開模位置，把上下分開；第五步：進行和車架的匹配安裝。
結(jié)語
北京林業(yè)大學設(shè)計制作的節(jié)能競技賽車曲面飽滿、富有動感，符合空氣動力學要求。本文重點講述了節(jié)能賽車車身造型仿生與色彩設(shè)計的過程、空氣動力學仿真與車殼、車架匹配仿真的作用及工藝材料分析與模型制作的方法，通過闡述北京林業(yè)大學節(jié)能競技賽車設(shè)計實踐應(yīng)用，可以為其他車隊提供借鑒。
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作者：喬麗華系北京林業(yè)大學藝術(shù)設(shè)計學院工業(yè)設(shè)計專業(yè)2013級碩士研究生
第5篇：汽車動力學理論范文
關(guān)鍵詞：氣體動力學;CFD技術(shù);教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）18-0156-02
引言：
“氣體動力學”是在連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)情況下，研究可壓縮、有加熱、加功效應(yīng)且含有化學反應(yīng)的氣體介質(zhì)的運動規(guī)律，以及氣體與固體之間有相對相對運動時相互作用力的學科。它是飛行器動力工程、航天/航空工程、兵器工程等專業(yè)非常重要的一門專業(yè)性基礎(chǔ)課程，對學生整體的專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)和后續(xù)專業(yè)課程的學習有著至關(guān)重要的作用。但是，學生普遍感覺到這門課程比較不容易懂，是不好啃的“硬骨頭”。主要原因是“氣體動力學”課程中應(yīng)用的數(shù)學知識比較多，相關(guān)的概念又比較抽象、枯燥、不容易理解，公式推導(dǎo)比較復(fù)雜，這些原因使得學生常常感覺到理論比較高深，從而產(chǎn)生了一定的畏難心理。
20世紀60年代之后，伴隨著高速電子計算機的出現(xiàn)和計算方法的不斷創(chuàng)新，計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）已經(jīng)成為了一個獨立的學科分支。它主要是以運用計算機作為數(shù)值模擬的手段，運用一定的計算技術(shù)來尋找出一個滿足定解條件的各種復(fù)雜流體力學問題的數(shù)值解，并通過進一步分析數(shù)值結(jié)果，獲得相關(guān)的流動規(guī)律或解決工程實際問題的。CFD的一大優(yōu)勢就是可以通過流動顯示技術(shù)來將計算結(jié)果進行直觀的顯示，將抽象的概念、理論變成了形象的畫面展示出來。因此，CFD技術(shù)在“氣體動力學”課程教學和研究中的作用和地位得到了不斷的提升，現(xiàn)在已經(jīng)有一些教學工作者正在嘗試將CFD技術(shù)運用到“流體力學”、“傳熱學”等課程的教育教學當中，并且取得了比較好的教學效果。
為此，我們認為結(jié)合“氣體動力學”課程的發(fā)展趨勢，在本科生“氣體動力學”課程教學中引進CFD技術(shù)，調(diào)整改革部分教學內(nèi)容，對教學質(zhì)量的提高將有著非常重要的意義。
一、“氣體動力學”課程，引入CFD教學的目的
“氣體動力學”課程包含的內(nèi)容可以用理論分析、實驗測量、數(shù)值模擬等的方法來進行研究。但是在傳統(tǒng)教學的過程當中，過于偏重理論的分析，教學內(nèi)容比較單一，不能表現(xiàn)出現(xiàn)代氣體動力學的最新研究進展。在“氣體動力學”課程的教學中引入CFD技術(shù)，目的就是將氣體動力學的最新研究成果帶入到課堂當中去，來拓寬學生的視野，激發(fā)學生的學習熱情，具體分為以下幾點：
1.加深學生對重要物理概念的理解。氣體動力學概念比較多、公式抽象、邏輯性強、公式推導(dǎo)比較繁雜，相關(guān)概念的引入如果能夠結(jié)合CFD的圖像顯示，便會符合學生從感性認識上升到理性認識的認知規(guī)律，能夠促進學生對基礎(chǔ)理論的深刻理解。例如，激波是超聲速氣流有的現(xiàn)象，是“氣體動力學”課程中一個非常重要的概念。氣流經(jīng)過激波時，氣體參數(shù)在極短的距離和極短的時間之內(nèi)發(fā)生了巨大的變化，是一種不可逆的絕熱過程。激波因而可以看成是一個非常薄的“間斷面”。初學者往往對“間斷”這一概念難以理解。CFD則克服了概念抽象的特點，可以使激波以圖像的形式形象地展現(xiàn)在學生的面前，從而有利于加深學生對激波本質(zhì)的理解和認識。這樣的例子在氣體動力學中是有很多的，比如“風阻”問題也可以通過汽車的CFD模擬來展示，“音障”問題可以通過飛機的飛行模擬來展現(xiàn)。這些CFD的具體實例不僅能較好地引入抽象的物理概念，而且還可以展現(xiàn)出氣動與生活的聯(lián)系，消除學生面對復(fù)雜公式的畏懼感，從而提高學生學習的自信心。
2.開展研討式教學，激發(fā)學生的主動性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學生綜合分析習慣，提高學生解決問題的能力。氣體動力學是一門與實驗聯(lián)系十分緊密的科學，實驗是課程的重要組成部分，CFD作為一種“數(shù)值實驗”，具有一些傳統(tǒng)的物理實驗所不可比擬的優(yōu)勢，其結(jié)果可以在課堂上當場演示出來，不需要專門開設(shè)實驗課，這樣，可以大幅度減少學時數(shù)，提高教學效率。同時，利用CFD技術(shù)解決具體問題的應(yīng)用實例，引導(dǎo)學生進行實踐創(chuàng)新，這一點也與傳統(tǒng)的灌輸式教學方式不同。例如，對同一個問題，稍微改變問題的邊界條件或者初始條件，即有可能得出完全不同的計算結(jié)果。利用CFD技術(shù)可以將這一現(xiàn)象高效地呈現(xiàn)出來，進而可以引導(dǎo)學生思考并分析發(fā)生這一現(xiàn)象的原因，幫助他們培養(yǎng)良好的思考習慣。還可以進一步啟發(fā)學生從反面思考問題，即若要達到某一預(yù)先設(shè)定的結(jié)果，應(yīng)該如何設(shè)定邊界條件和初始條件。事實上，CFD技術(shù)的引入為學生全方位、多角度地思考和分析問題提供了多種高效地嘗試機會，對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識有著極其重要的意義。
3.可以使學生近距離地接觸實際問題，培養(yǎng)他們的科研思想和工程概念，為他們下一步的學習和工作打下良好的基礎(chǔ)。作為本科生，學生在理論上創(chuàng)新的可能性很小，但利用所學的基本知識來解決一些工程實際問題還是可以實現(xiàn)的。CFD成熟商業(yè)軟件的出現(xiàn)和在工程應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為我們提供了一個很好的平臺。利用這些軟件講解具體的實例并讓學生進行相關(guān)的探索，可以使學生深刻地感受到所學理論與具體工程之間的聯(lián)系與區(qū)別，對他們以后進行科學研究或者參與解決具體的工程問題是一個很好的鍛煉。
二、課程改革方案
根據(jù)“氣體動力學”課程的特點，綜合考慮各方面的因素，既要注重核心內(nèi)容和基本知識的傳授，又要通過CFD技術(shù)的引入來增加前沿性的內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)，從而帶動課程教學模式的轉(zhuǎn)變。具體有以下幾點措施：
1.課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的調(diào)整?？梢钥紤]根據(jù)課程標準和人才培養(yǎng)方案，重新合理安排教學計劃，將課程分為既相互關(guān)聯(lián)，又有一定獨立性的兩個部分。第一部分為基本的核心內(nèi)容，第二部分以應(yīng)用為主，通過選取實例開設(shè)研討課以及上機實踐課。
2.構(gòu)建以CFD技術(shù)為核心的創(chuàng)新實踐平臺。教學團隊根據(jù)專業(yè)特色，從多種CFD軟件中挑選出適合本專業(yè)學生學習和使用的軟件，同時編寫上機模擬實驗的講義或者教材，設(shè)計部分簡單的“氣體動力學”課程實驗來供學生上機實踐，同時利用“問題驅(qū)動式”教學法來鼓勵學生不斷進行嘗試。CFD的數(shù)值模擬一般包括網(wǎng)格劃分、離散方法的選取、邊界條件的設(shè)定、數(shù)據(jù)的后處理幾個步驟，而這些過程中參數(shù)的選取與計算的物理問題有著十分密切的關(guān)系，不同的計算參數(shù)可以得到大相徑庭的結(jié)果。學生通過創(chuàng)新實踐平臺進行相關(guān)的實驗，并對計算結(jié)果進行深入分析，可以深化對物理問題的認識。
3.開展研討式教學。教師根據(jù)學生精心挑選的1～2個與“氣體動力學”課程相關(guān)的實例，讓學生在課堂上現(xiàn)場進行討論并且進行上機實踐，這種教學方式雖然教師的工作量比較大，但是學生的學習目標明確，積極性自然也就比較高了，這樣不僅能夠激發(fā)他們的學習熱情，還能夠鍛煉他們運用所學知識綜合分析問題的能力，還有可能取得意想不到的效果。
三、需要注意的問題
把CFD技術(shù)引入到“氣體動力學”的課堂教學中，是一個新的嘗試。沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗可以供我們借鑒，為了充分發(fā)揮其長處，避免其弊端，筆者認為有以下幾個方面的問題需要注意：
1.課堂教學時間的合理設(shè)計與控制。比如，如果在課堂教學中直接引入CFD模擬的現(xiàn)場演示，而CFD模擬根據(jù)算例的不同需要占用一定的時間，如何合理利用好這一段時間是教師需要精心考慮的問題。比如可以用來進一步介紹問題背景、復(fù)習所用的相關(guān)知識等。
2.要精心選擇教學案例。教學案例的選取既要貼近實際，又要能突出“氣體動力學”課程的重點與核心內(nèi)容，此外案例的難度要適中，本科生能夠理解和接受。同時，教學案例的選擇要結(jié)合相關(guān)專業(yè)，多選取與專業(yè)精密相關(guān)的案例，這樣，不僅能調(diào)動學生的學習積極性和主動性，還能夠為他們畢業(yè)后盡快融入相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。
3.要注重課堂教學與課外的實踐相結(jié)合。課堂教學時間畢竟有限，對CFD的相關(guān)內(nèi)容只能簡單介紹，更深入的學習只能由學生課后完成。教師可以在課堂演示案例的基礎(chǔ)上進一步延伸，供學有余力或者有興趣的學生在課后進一步研究。這樣一方面可以鞏固課堂的知識，另一方面可以培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新精神。
四、結(jié)語
總之，筆者認為，將CFD技術(shù)引入“氣體動力學”的課堂教學中，可以使抽象的理論變?yōu)樾蜗蟮漠嬅?，便于學生理解一些抽象的概念，有利于學生深入理解一些物理概念的本質(zhì)。同時，這種方式進一步拓展了傳統(tǒng)意義的多媒體教學，是一個教學改革有價值的研討方向。但是，此種教學方式要求教師熟練掌握CFD的基礎(chǔ)理論知識與常用軟件，同時，教師需要花費更多的時間和精力去備課，因而對教師提出了更高的要求。
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第6篇：汽車動力學理論范文
關(guān)鍵詞：工程結(jié)構(gòu) 受力 強度 材料
一、結(jié)構(gòu)力學是主要研究工程結(jié)構(gòu)受力和傳力的規(guī)律，以及如何進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的學科
工程結(jié)構(gòu)是能夠承受和傳遞外載荷的系統(tǒng)，包括桿、板、殼以及它們的組合體。結(jié)構(gòu)力學的任務(wù)是研究工程結(jié)構(gòu)在外載荷作用下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等的規(guī)律；分析不同形式和不同材料的工程結(jié)構(gòu)，為工程設(shè)計提供分析方法和計算公式；確定工程結(jié)構(gòu)承受和傳遞外力的能力；研究和發(fā)展新型工程結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅要考慮結(jié)構(gòu)的強度和剛度，還要做到用料省、重量輕、美觀大方.對某些工程來說減輕重量尤為重要，比如飛機重量的減輕，就可以使飛機達到：航程變遠、上升加快、速度加大、能耗降低等優(yōu)點。
二、結(jié)構(gòu)力學的發(fā)展簡史
起初，人們對天然的結(jié)構(gòu)進行觀察和研究，如：樹木的根、莖、葉，骨骼的形狀和結(jié)構(gòu)，山洞、蜂窩、蟻窩和鳥巢等。隨著社會的進步，人們對結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)律以及結(jié)構(gòu)的強度和剛度有了逐步的了解和認識，也積累了不少寶貴經(jīng)驗，這主要表現(xiàn)在：埃及的金字塔，中國的萬里長城、趙州安濟橋、北京故宮等等。結(jié)構(gòu)力學在發(fā)展的初期是與理論力學和材料力學融合在一起的。到19世紀初，人們開始設(shè)計各種大規(guī)模的工程結(jié)構(gòu)，要作較精確的分析和計算。因此，工程結(jié)構(gòu)的分析理論和分析方法開始獨立出來，到19世紀中葉，結(jié)構(gòu)力學開始成為一門獨立的學科。從19世紀30年代起，由于要在橋梁上通火車，不僅需要考慮橋梁承受靜載荷的問題，還必須考慮承受動載荷的問題，又由于橋梁跨度的增長，出現(xiàn)了金屬桁架結(jié)構(gòu)。19世紀末到20世紀初，學者們對船舶結(jié)構(gòu)進行了大量的力學研究，并研究了可動載荷下的粱的動力學理論以及自由振動和受迫振動方面的問題。20世紀初，航空工程的發(fā)展了促進科學家們對薄壁結(jié)構(gòu)和加勁板殼的應(yīng)力和變形分析，以及對穩(wěn)定性問題的研究。同時橋梁和建筑開始大量使用鋼筋混凝土材料，這就要求科學家們對鋼架結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)的研究，在1914年德國的本迪克森創(chuàng)立了轉(zhuǎn)角位移法，用來解決剛架和連續(xù)粱等問題。20世紀20年代，人們又提出了蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的設(shè)想。根據(jù)結(jié)構(gòu)的"極限狀態(tài)"，學者們得出了彈性地基上粱、板及剛架的設(shè)計計算新理論。對承受各種動載荷的結(jié)構(gòu)的力學問題，也做了許多研究工作。隨著結(jié)構(gòu)力學的發(fā)展，疲勞問題、斷裂問題和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)問題先后進入結(jié)構(gòu)力學的研究領(lǐng)域。20世紀中葉，電子計算機和有限元法的問世使得大型結(jié)構(gòu)的復(fù)雜計算成為可能，從而將結(jié)構(gòu)力學的研究和應(yīng)用水平提到了一個新的高度。
三、結(jié)構(gòu)力學的學科體系
結(jié)構(gòu)力學分為結(jié)構(gòu)靜力學、結(jié)構(gòu)動力學、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論、結(jié)構(gòu)斷裂、疲勞理論和桿系結(jié)構(gòu)理論、薄壁結(jié)構(gòu)理論和整體結(jié)構(gòu)理論等。結(jié)構(gòu)靜力學主要研究工程結(jié)構(gòu)在靜載荷作用下的彈塑性變形和應(yīng)力狀態(tài)，以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題。結(jié)構(gòu)動力學是研究工程結(jié)構(gòu)在動載荷作用下的響應(yīng)和性能的分支學科。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論是研究工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分支。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論中最重要的內(nèi)容是確定結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)臨界載荷。結(jié)構(gòu)斷裂和疲勞理論是研究因工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部不可避免地存在裂紋，裂紋會在外載荷作用下擴展而引起斷裂破壞，也會在幅值較小的交變載荷作用下擴展而引起疲勞破壞的學科。在結(jié)構(gòu)力學對于各種工程結(jié)構(gòu)的理論和實驗研究中，主要有桿系結(jié)構(gòu)理論、薄壁結(jié)構(gòu)理論和整體結(jié)構(gòu)理論三大類。整體結(jié)構(gòu)是用整體原材料，經(jīng)機械銑切或經(jīng)化學腐蝕加工而成的結(jié)構(gòu)，它對某些邊界條件問題特別適用，常用作變厚度結(jié)構(gòu)。隨著科學技術(shù)的不斷進展，又涌現(xiàn)出許多新型結(jié)構(gòu)，比如20世紀中期出現(xiàn)的夾層結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
四、結(jié)構(gòu)力學的研究方法主要有工程結(jié)構(gòu)的使用分析、實驗研究的理論分析和計算三種
在結(jié)構(gòu)設(shè)計和研究中，這三方面往往是交替進行并且是相輔相成的進行的。使用分析對結(jié)構(gòu)的評價和改進起著重要作用。新設(shè)計的結(jié)構(gòu)也要通過使用來檢驗性能。實驗研究分為三類：模型實驗、真實結(jié)構(gòu)部件實驗和真實結(jié)構(gòu)實驗。例如，飛機地面破壞實驗、飛行實驗和汽車的碰撞實驗等。結(jié)構(gòu)的力學實驗通常要耗費較多的人力、物力和財力，因此只能有限度地進行，特別是在結(jié)構(gòu)設(shè)計的初期階段，一般多依靠對結(jié)構(gòu)部件進行理論分析和計算。材料力學為結(jié)構(gòu)力學的發(fā)展提供了必要的基本知識，彈性力學和塑性力學又是結(jié)構(gòu)力學的理論基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)力學是一門古老的學科，又是一門迅速發(fā)展的學科。新型工程材料和新型工程結(jié)構(gòu)的大量出現(xiàn)，向結(jié)構(gòu)力學提供了新的研究內(nèi)容并提出新的要求。計算機的發(fā)展，為結(jié)構(gòu)力學提供了有力的計算工具。另一方面，結(jié)構(gòu)力學對數(shù)學及其他學科的發(fā)展也起了推動作用。有限元法這一數(shù)學方法的出現(xiàn)和發(fā)展就與結(jié)構(gòu)力學的研究有密切關(guān)系。
五、結(jié)語
總之，社會在不斷發(fā)展，人類在快速進步，唯有工程結(jié)構(gòu)和設(shè)計上的高品質(zhì)、嚴要求才能滿足人們對生活和生產(chǎn)上愈來愈高的需求！
第7篇：汽車動力學理論范文
關(guān)鍵詞：藥學；物理化學；定位；興趣教育；信息技術(shù)
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）16-0134-02
隨著社會的進步和生活水平的提高，人們對藥物的要求也越來越高，客觀上促進了醫(yī)藥市場高速發(fā)展，也使得藥學類院校教育和培養(yǎng)醫(yī)藥人才的任務(wù)變得更加重要。化學與藥學關(guān)系密切，因此藥學類院校通常把四大化學作為必修課。物理化學在四大化學中屬于理論化學，從理論上統(tǒng)帥無機、有機和分析化學，是化學的靈魂。物理化學作為藥學類院校的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為藥劑學、藥物合成、天然藥物化學等后續(xù)專業(yè)課的學習提供方法和理論指導(dǎo)，是藥學專業(yè)學生學好專業(yè)課，從事新藥研究、生產(chǎn)實踐的必要基礎(chǔ)[1]。新藥的設(shè)計合成以及路線的選擇、工藝條件的確定，離不開化學熱力學的指導(dǎo)；而藥物在體內(nèi)的吸收和代謝的監(jiān)測以及藥物的貯存期的預(yù)測離不開動力學知識[2]。由此可見對于藥學類院校學生學好物理化學非常必要。然而，由于物理化學理論性強、概念抽象、邏輯嚴密、公式繁多，加上課時的縮減，出現(xiàn)了教師難教、學生難學的苗頭。因此提高教學質(zhì)量，改進教學方法，加強物理化學理論知識與實際應(yīng)用的聯(lián)系至關(guān)重要。筆者根據(jù)藥學院教授課遇到的問題，在現(xiàn)有教材的基礎(chǔ)上，從以下幾個方面對物理化學的教學進行探索。
一、找準定位，正確處理物理化學的學科歸屬問題
物理化學藥學院教學集中在化學熱力學和動力學，這是物理化學公認理論性強的部分，藥學專業(yè)的物理化學教學應(yīng)偏重實用性而非理論性，授課時按照學生專業(yè)的需求進行有目的、有側(cè)重點的教學，避免教學過于理論化，不貪大求全，精簡復(fù)雜公式推理是最基本的要求，把課程教學和專業(yè)特色聯(lián)系起來是教學成功的保證。我們通過調(diào)研深入了解藥學學科設(shè)置、專業(yè)特點以及學生的基礎(chǔ)。在多次和藥學教師座談的基礎(chǔ)上，把物理化學納入到藥劑學學科中的建設(shè)中進行了大膽的嘗試。通過學科成員交流，首先改善了教師自身的知識結(jié)構(gòu)，教師理論基礎(chǔ)得到強化，而且教師在講授物理化學課時更有針對性，能更好地聯(lián)系藥劑學知識。為此我們重新編寫教學大綱，指明了熱力學、動力學教學的側(cè)重點，增加了相平衡、界面現(xiàn)象和膠體大分子章節(jié)的教學份量。
二、理論聯(lián)系實際，注重物理化學的興趣教育
“興趣是一種心理傾向，學習興趣是學習動機的重要心理成分，是推動學生探求知識的動力之一。”[3]要讓學生學好物理化學這門課，必須讓他們喜愛這門課，這樣才能把他們吸引到這個抽象的世界中來。興趣教學不僅可以讓學生集中注意力，活躍思維，同時可以使得知識更牢固。如何培養(yǎng)學生興趣非常重要，理論聯(lián)系實際不失為有效途徑。物理化學知識涉及我們衣（雨衣、雨傘材防雨，表面活性劑除污）、食（凍梨解凍，北冰洋愛斯基摩人冰山取冰得淡水，食鹽提純，食品保鮮，藥品保質(zhì)）、?。照{(diào)，冰箱，防水材料，空氣凈化）、行（汽車內(nèi)燃機，電瓶車電池）、天氣變化（降雨，結(jié)冰，鹽除冰）等生活的方方面面，授課時把日常生活中孕育著的物理化學原理介紹給學生，讓學生感受到“知識就在身邊”，同時也體現(xiàn)了物理化學的重要性與實用性。我們摸索出“提出生活中的實際問題—讓學生討論猜想—講述新課”的思路，將物理化學與現(xiàn)實生活聯(lián)系起來，舉一反三加深理解。物理化學很多章節(jié)與社會的發(fā)展、傳統(tǒng)文化都有聯(lián)系。如熱力學定律根本上否定“永動機”的存在，也沒有“水變油”的可能；卡諾定律不僅和內(nèi)燃機替代蒸汽機有關(guān)，而且和當今熱電廠“小改大”，節(jié)能減排息息相關(guān)；化學平衡移動中勒夏特列原理與老子《道德經(jīng)》非常吻合。把單一的學科和社會生活、傳統(tǒng)文化聯(lián)系起來，不僅增強了學生興趣，而且增強了學生對知識的理解，達到良好的教學效果。
三、構(gòu)建多元化的評價體系，促進學生綜合素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展
科學的評價方式不僅能客觀公正反映教學質(zhì)量和學習效果，而且能激勵學生對該課程產(chǎn)生濃厚的興趣，提高學習的積極性。只注重期末考試而忽視平時考核很大程度上助長個別學生的惰性，教學質(zhì)量自然受影響[4]。我們學校規(guī)定平時30%，卷面70%。為此，我們提出充分利用平時考核，做好形成性評價。從課堂討論、作業(yè)、專題研討多角度考察學生的學習效果，讓學生積極參與其中，形成良性循環(huán)，讓每個學生把功夫用在平時，從源頭上提高其教學效果。我們平時考核，引入激勵加分制和警告扣分制等措施。對課堂上能積極主動回答問題參與討論的學生給予一定的分值獎勵。對作業(yè)抄襲、研討敷衍的學生，除對其進行思想教育外，還要給予警告扣分，使學生端正學習態(tài)度，誠信做人。實踐表明，多元化的評價體系和獎懲分明的激勵制度能夠有效地提高學習效果，促進學生綜合素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。
四、與時俱進，運用信息技術(shù)推進物理化學教學的數(shù)字化
進入21世紀，隨著電腦等多媒體的迅速普及，物理化學數(shù)字化教學提到日程，新興的多媒體數(shù)字化教學，實驗過程的數(shù)字化模擬，以及實驗數(shù)據(jù)的處理都正改變著師生的教學模式[5]。實現(xiàn)物理化學教學的數(shù)字化是一項十分有意義的工作。
1.課堂教學的數(shù)字化——板書與多媒體展示的有機結(jié)合。多媒體技術(shù)可以把抽象的、語言不易描述清楚的概念和理論直觀地展現(xiàn)給學生，從而幫助教師在物理化學教學中突破教學難點，提高學生學習興趣，達到提高教學質(zhì)量的目的。其高效、信息量大的特點也有效地解決了學時壓縮的矛盾。為此我們花了很大功夫制作多媒體課件，使之與專業(yè)緊密聯(lián)系。對難以理解的可逆過程、相平衡移動、界面現(xiàn)象制作了相應(yīng)的動畫，增強學生理解。利用校園網(wǎng)絡(luò)供學生下載學習，并且網(wǎng)站內(nèi)容隨著教學內(nèi)容不斷更新。網(wǎng)絡(luò)課堂使教學內(nèi)容的廣度和深度不斷得到發(fā)展，為學生自主學習、個性化學習提供平臺。由于物理化學公式多，理論性強，許多公式與定律應(yīng)給出其來龍去脈，純粹以多媒體展示進行教學，學生在學習過程中無法及時跟蹤教師的思路，沒有思考的時間，學生主體地位被忽略。傳統(tǒng)的板書則可以彌補這方面的缺陷，板書靈活性強，好的板書是邏輯強的書面語言。它不僅可以使各個教學環(huán)節(jié)嚴密吻合，而且可以有效地控制課堂節(jié)奏引導(dǎo)學生的思路沿著教師的講述而發(fā)展，有助于學生理清物理化學各知識點間的邏輯關(guān)系，對于一些復(fù)雜公式與定律的推演和理解能起到事半功倍的效果[6]。教師在備課時，應(yīng)先對各知識點進行分類，針對不同的教學內(nèi)容采用不同的教學形式。只有真正地將多媒體教學和傳統(tǒng)教學形式有機結(jié)合起來，充分發(fā)揮多媒體技術(shù)的優(yōu)勢，才能獲得滿意的教學效果，教學中以學生為中心，專題討論、案例教學在個別章節(jié)也要精心安排。2.數(shù)字化試題庫的建設(shè)。按照藥學課程要求，我們建立了相應(yīng)的題庫，并給出詳細的答案，通過網(wǎng)絡(luò)平臺，學生可以進行課余練習。目前這個方面有待加強，建設(shè)互動式題庫，讓學生做的過程中及時發(fā)現(xiàn)自己的問題，互動式寓學于樂的題庫建設(shè)將有利于促進學生課后學習積極性。
3.實驗報告的數(shù)字化處理。我們要求實驗報告數(shù)據(jù)采用計算機處理，例如蔗糖的水解、液體飽和蒸氣壓的測定，涉及變量關(guān)系，均要求用計算機繪制出來直線或者曲線關(guān)系。簡單使用手工繪圖不僅誤差大，而且也喪失了與信息化結(jié)合的良好教學機會。計算機處理數(shù)據(jù)效率高，數(shù)據(jù)處理過程中也可以提高學生利用計算機處理實驗數(shù)據(jù)的能力。根據(jù)學院規(guī)劃，逐步引進能和計算機相連的實驗儀器。例如凝固點降低法測定物質(zhì)的分子量，可以通過計算機記錄數(shù)據(jù)，自動找出凝固點，非常方便。使用數(shù)字化的儀器數(shù)據(jù)精度高，而且學生緊跟時展的步伐，把握社會發(fā)展脈搏。數(shù)字化儀器當今科技的前沿之一，但我們教學的重點應(yīng)放在如何利用儀器，而不是去詳細掌握儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
4.精品課程網(wǎng)站建設(shè)。精品課程建設(shè)是高等學校教學質(zhì)量與教學改革工程的重要組成部分，在學校相關(guān)政策的支持下。我們積極進行精品課程網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，使學生能隨時關(guān)注最新的物理化學教學過程，同時能及時下載自己需要的學習資料，課程建設(shè)也加強了教師自身專業(yè)素養(yǎng)的提高。
明確藥學專業(yè)中物理化學的定位，正確處理物理化學的學科歸屬問題，和藥學學科建設(shè)相結(jié)從而不斷豐富教學內(nèi)容。通過將物理化學內(nèi)容與日常生活、生產(chǎn)實踐以及其他化學課程的學習相結(jié)合，提高學生學習興趣。通過形象生動的多媒體教學，突破教學難點，提高教學效率，使學生在輕松愉快中掌握專業(yè)知識。構(gòu)建多元化的評價體系培養(yǎng)學生解決問題的能力，運用信息技術(shù)增加學生獲取知識的信息量，對提高物理化學教學質(zhì)量是均有明顯效果。
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第8篇：汽車動力學理論范文
以信息化帶動工業(yè)化的發(fā)展戰(zhàn)略
新世紀中國會成為世界工廠嗎
城市化:邁向21世紀的戰(zhàn)略選擇
中國現(xiàn)階段的重工業(yè)發(fā)展
發(fā)展經(jīng)濟學與中國經(jīng)濟發(fā)展模式
城鄉(xiāng)收入差距演變的理論分析
中國城鎮(zhèn)殘疾人就業(yè)實證分析
中國智力回流的動機研究
歐盟影子經(jīng)濟的測度及其意義
全球經(jīng)濟危機與就業(yè)的政治反作用
轉(zhuǎn)型國家反危機政策比較及其啟示
論農(nóng)村工業(yè)化與城市化的適度同步發(fā)展
俄羅斯的空間不平衡:動態(tài)的和部門的分析
論中國“農(nóng)民非農(nóng)化”與“農(nóng)地非農(nóng)化”的協(xié)調(diào)
中國工業(yè)反哺農(nóng)業(yè)的實現(xiàn)機制和路徑選擇
產(chǎn)業(yè)政策和政府能力——俄羅斯與中國的比較分析
俄羅斯地區(qū)人力資本狀況測度的方法論
中國高耗能產(chǎn)業(yè)的區(qū)域轉(zhuǎn)移及其對區(qū)域能源強度的影響
中國中部地區(qū)FDI技術(shù)溢出效應(yīng)研究
世界銀行對華貸款對中國可持續(xù)發(fā)展的影響
貿(mào)易視角下俄羅斯政府采購體系的實證分析
與需求季節(jié)性相適應(yīng)的生產(chǎn)管理過程的建模
威脅影響下的俄羅斯消費者市場評估
中國經(jīng)濟為何增長這樣快——來自后發(fā)優(yōu)勢的視角
當前中國宏觀經(jīng)濟的內(nèi)外失衡與調(diào)整
中國社會經(jīng)濟轉(zhuǎn)型和可持續(xù)改革開放的四大新拐點
城市產(chǎn)業(yè)集群能否促進經(jīng)濟增長——以德國為例
歐洲和中國的增長與結(jié)構(gòu)變化:新的視角
歐盟政府間財政關(guān)系:一體化還是集權(quán)化
中國當前“教育深化”的經(jīng)驗分析與政策建議
第二代農(nóng)民工的新特征及其市民化進程研究
貿(mào)易開放、經(jīng)濟增長與勞動密集型出口產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整
俄羅斯轉(zhuǎn)型時期腐敗問題的研究:測量和影響
改革開放以來中國會計改革與發(fā)展的成就
俄羅斯2001～2007年財政政策與貨幣政策的互動
俄羅斯制度發(fā)展的基礎(chǔ)——克服經(jīng)濟危機的前提
社會資本理論的興起:發(fā)展經(jīng)濟學研究的一個新思路
二十一世紀初發(fā)展經(jīng)濟學的新動向及其評價
經(jīng)濟全球化、經(jīng)濟金融化與發(fā)展經(jīng)濟學理論的發(fā)展
十年來我國對發(fā)展經(jīng)濟學的研究和應(yīng)用
國際油價波動與石油沖擊——基于符號約束VAR模型實證分析
反映區(qū)域社會人口發(fā)展的綜合指標——區(qū)域生活質(zhì)量指標研究
金融抑制下的金融發(fā)展:基于中國上市公司行為的分析
基于系統(tǒng)動力學的長三角區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動趨勢研究
中國公司治理的經(jīng)驗分析:法律制度環(huán)境、股權(quán)集中度和公司績效
農(nóng)民工流動對產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)換的影響——以20世紀90年代中國為例
俄羅斯能源政策與東北亞能源安全合作:地區(qū)公共產(chǎn)品的視角
第9篇：汽車動力學理論范文
論文摘要：將量子化學原理及方法引入材料科學、能源以及生物大分子體系研究領(lǐng)域中無疑將從更高的理論起點來認識微觀尺度上的各種參數(shù)、性能和規(guī)律，這將對材料科學、能源以及生物大分子體系的發(fā)展有著重要的意義。
量子化學是將量子力學的原理應(yīng)用到化學中而產(chǎn)生的一門學科，經(jīng)過化學家們的努力，量子化學理論和計算方法在近幾十年來取得了很大的發(fā)展，在定性和定量地闡明許多分子、原子和電子尺度級問題上已經(jīng)受到足夠的重視。目前，量子化學已被廣泛應(yīng)用于化學的各個分支以及生物、醫(yī)藥、材料、環(huán)境、能源、軍事等領(lǐng)域，取得了豐富的理論成果，并對實際工作起到了很好的指導(dǎo)作用。本文僅對量子化學原理及方法在材料、能源和生物大分子體系研究領(lǐng)域做一簡要介紹。
一、在材料科學中的應(yīng)用
（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)材料的力學強度決定于化學鍵強度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學強度的大小差異。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]。
將量子化學理論與方法引入水泥化學領(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)的超精細場和電子結(jié)構(gòu)，通過量子化學計算表明，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方法進行的計算和討論，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]。
量子化學方法因其精確度高，計算機時少而廣泛應(yīng)用于材料科學中，并取得了許多有意義的結(jié)果。隨著量子化學方法的不斷完善，同時由于電子計算機的飛速發(fā)展和普及，量子化學在材料科學中的應(yīng)用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學的發(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理論的發(fā)展和量子化學計算方法以及計算技術(shù)的進步，量子化學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)計路徑的熱力學和動力學進行了計算。由理論計算方法所得到的主反應(yīng)路徑、熱力學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)的進一步認識和計算機水平的更高發(fā)展，相信量子化學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。由于量子化學可以在分子、電子水平上對體系進行精細的理論研究，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的方法對這些生物大分子體系進行研究。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，量子化學將在更廣泛的領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。
參考文獻：
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