汽車(chē)動(dòng)力學(xué)理論精選(九篇)

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第1篇：汽車(chē)動(dòng)力學(xué)理論范文

【關(guān)鍵詞】獨(dú)輪車(chē)機(jī)器人；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；多體動(dòng)力學(xué)；多信息融合

0 引言

獨(dú)輪車(chē)機(jī)器人是輪式機(jī)器人家族的一員，涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、控制論、信息技術(shù)等許多學(xué)科和技術(shù)[1-2]。既具有輪式機(jī)器人移動(dòng)快、運(yùn)動(dòng)靈活的特點(diǎn)，又有其靜態(tài)不穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)可穩(wěn)定的獨(dú)特特性[3]。借助多體動(dòng)力學(xué)理論與多信息融合技術(shù)，搭建獨(dú)輪車(chē)機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)本科生、研究生學(xué)習(xí)應(yīng)用相關(guān)知識(shí)與技術(shù)起到積極的促進(jìn)作用。

1 獨(dú)輪車(chē)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容

在充分考慮專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際教學(xué)的需要，桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械電子工程系搭建了一種獨(dú)輪車(chē)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)主要包括幾大模塊：

1.1 動(dòng)力學(xué)模塊

該模塊包含機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的繪制、整體與局部坐標(biāo)系的建立（如圖1）、機(jī)器人各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析（角速度、質(zhì)心速度分析）、選取動(dòng)力學(xué)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(jī)器人運(yùn)動(dòng)與關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)該模塊，學(xué)生全面應(yīng)用所學(xué)的高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、理論力學(xué)、機(jī)械原理、工業(yè)機(jī)器人等相關(guān)課程的知識(shí)。

1.2 機(jī)械系統(tǒng)模塊

該模塊包含機(jī)構(gòu)本體的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。機(jī)構(gòu)本體包括車(chē)架、行走輪、腰輪、擺輪四個(gè)部分（如圖2），其中，行走輪可調(diào)整車(chē)架的前后俯仰角，腰輪調(diào)整車(chē)架轉(zhuǎn)彎的航向角，擺輪調(diào)整車(chē)架側(cè)向傾角。設(shè)計(jì)時(shí)，行走輪、腰輪、擺輪的轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)成兩兩正交，可以在物理上實(shí)現(xiàn)三者運(yùn)動(dòng)的部分解耦，從而降低系統(tǒng)建模的復(fù)雜度。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用齒輪傳動(dòng)，由電機(jī)齒輪與輪轂齒輪相嚙合。通過(guò)該模塊，學(xué)生全面應(yīng)用所學(xué)的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等相關(guān)課程的知識(shí)。

1.3 測(cè)控系統(tǒng)模塊

該模塊包括一塊DSP控制板、三臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器、三臺(tái)薄餅直流電機(jī)、三只增量式編碼器、三個(gè)電流傳感器、一個(gè)慣性測(cè)量單元（陀螺儀）、一對(duì)無(wú)線數(shù)傳模塊、三只TTL信號(hào)轉(zhuǎn)RS232電平模塊、電源模塊若干、兩塊航模動(dòng)力電池，測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。通過(guò)該模塊，學(xué)生在硬件連接、信號(hào)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(shí)。

1.4 控制策略模塊

該模塊包括基于動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)控制器、系統(tǒng)穩(wěn)定性條件、控制策略的仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、控制策略的樣機(jī)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。通過(guò)該模塊，學(xué)生全面應(yīng)用C語(yǔ)言、單片機(jī)原理與接口技術(shù)、MATLAB/Simulink軟件技術(shù)、控制工程基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等相關(guān)知識(shí)。

2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在教學(xué)與科研中的實(shí)施方案

在教學(xué)方面，結(jié)合我校機(jī)電工程學(xué)院開(kāi)設(shè)《機(jī)器人綜合設(shè)計(jì)》實(shí)訓(xùn)課程的特點(diǎn)，努力為社會(huì)培養(yǎng)機(jī)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(dòng)態(tài)、融合多種教學(xué)方法、加強(qiáng)課程知識(shí)融合、提升學(xué)生綜合實(shí)力等幾個(gè)方面進(jìn)行課程教學(xué)改進(jìn)，這些方法相輔相成；在科研方面，教師可以從獨(dú)輪車(chē)機(jī)器人單一（側(cè)向、俯仰）運(yùn)動(dòng)平衡控制、綜合（側(cè)向+俯仰、俯仰+航向、側(cè)向+俯仰+航向）運(yùn)動(dòng)平衡控制、轉(zhuǎn)彎平衡機(jī)理等方面進(jìn)行深入研究。具體如下：

2.1 在教學(xué)中的實(shí)施方案

2.1.1 展示領(lǐng)域最新動(dòng)態(tài)――找差距

機(jī)器人技術(shù)發(fā)展迅速、日新月異，尚待研究的問(wèn)題也層出不窮，因此想要精通機(jī)器人技術(shù)所有的內(nèi)容是不現(xiàn)實(shí)的。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以起到拋磚引玉，讓學(xué)生既掌握基礎(chǔ)理論，又了解前沿動(dòng)態(tài)，還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。該領(lǐng)域最新動(dòng)態(tài)――國(guó)內(nèi)北京工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等院校研制的獨(dú)輪車(chē)機(jī)器人，國(guó)外日本的“村田頑童”娛樂(lè)自行車(chē)機(jī)器人、“村田婉童”騎獨(dú)輪車(chē)機(jī)器人等，對(duì)比出我國(guó)在該領(lǐng)域與國(guó)外先進(jìn)機(jī)器人的差距，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

2.1.2 融合多種教學(xué)方法――任務(wù)式教學(xué)

不局限于課堂板書(shū)、PPT講授模式，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)帶給學(xué)生更多的是以“用”帶“學(xué)”、以“學(xué)”促“用”，課前布置好學(xué)生的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，為完成相應(yīng)的任務(wù)，學(xué)生需提前學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，即以“用”帶“學(xué)”，帶動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。課堂上學(xué)生需自己動(dòng)手設(shè)計(jì)并操作控制機(jī)器人，將課前所學(xué)的知識(shí)用到實(shí)處，即以“用”促“學(xué)”，使學(xué)生產(chǎn)生極大的成就感。

2.1.3 加強(qiáng)課程知識(shí)融合――形成體系

機(jī)器人技術(shù)本身是一門(mén)新興、邊緣、交叉學(xué)科。獨(dú)輪車(chē)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研發(fā)過(guò)程[4]需要學(xué)生具備工程力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、電子技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制原理、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等多門(mén)課程知識(shí)，并完成課程間的知識(shí)融合，由單一的課程知識(shí)點(diǎn)到學(xué)科間的面，甚至形成知識(shí)體系。

2.1.4 提升學(xué)生綜合實(shí)力――合作創(chuàng)新

該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的四個(gè)模塊并不孤立，它們相輔相成，構(gòu)成一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)。從機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)建模到機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制器設(shè)計(jì)與編寫(xiě)，再到物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建，最后到仿真實(shí)驗(yàn)和物理實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在這一過(guò)程中會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題。如何查找資料、與團(tuán)隊(duì)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(jī)器人、改造創(chuàng)新各項(xiàng)子任務(wù)，這一過(guò)程中每個(gè)問(wèn)題的解決，都會(huì)使學(xué)生綜合實(shí)力得到進(jìn)一步的提升。

2.2 在科研中的實(shí)施方案

2.2.1 單一運(yùn)動(dòng)平衡控制――側(cè)向、俯仰

首先基于多體動(dòng)力學(xué)方法建立側(cè)向或俯仰運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化力學(xué)模型，基于模型采用部分反饋線性化法或其他方法設(shè)計(jì)平衡控制器，給出所設(shè)計(jì)的控制器的穩(wěn)定條件。將控制器算法寫(xiě)入DSP控制板，完成單一運(yùn)動(dòng)的平衡控制實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)獨(dú)輪車(chē)機(jī)器人全方位運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。

2.2.2 綜合運(yùn)動(dòng)平衡控制

基于多體動(dòng)力學(xué)方法建立完整的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)全方位運(yùn)動(dòng)的平衡控制器。仿真分析平衡運(yùn)動(dòng)的車(chē)體及各轉(zhuǎn)盤(pán)運(yùn)動(dòng)軌跡，以及關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩變化情況；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所建立模型的可靠性和所設(shè)計(jì)的控制器的有效性。該部分實(shí)驗(yàn)涉及機(jī)器人全方位平衡控制，有較大難度。

2.2.3 轉(zhuǎn)彎平衡機(jī)理

為使機(jī)器人更靈活的轉(zhuǎn)向，機(jī)器人內(nèi)部的物理參數(shù)（質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等）、幾何參數(shù)（車(chē)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(jì)或設(shè)置，這些參數(shù)對(duì)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(jī)器人全方位運(yùn)動(dòng)（轉(zhuǎn)彎平衡）的內(nèi)在機(jī)理。

當(dāng)然，科研與技術(shù)問(wèn)題不局限于所列出的內(nèi)容。隨著研究的深入，還會(huì)有更多的不為人知的平衡機(jī)理等著我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>

3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在教學(xué)與科研中的橋梁作用

教學(xué)與科研一直以來(lái)都不是對(duì)立體，它們之間有著相輔相成、互相促進(jìn)的緊密聯(lián)系。利用該獨(dú)輪車(chē)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，教師將教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)、應(yīng)用知識(shí)這一過(guò)程與科研中學(xué)生應(yīng)用、創(chuàng)新知識(shí)這一目標(biāo)有機(jī)的結(jié)合，為教學(xué)與科研架起一座橋梁。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郭洪紅.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007，9.

[2]劉峰，魏明，馬愛(ài)民.基于機(jī)器人活動(dòng)的交通設(shè)備與控制工程專(zhuān)業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式[J].科技視界，2015（11）：96-97.

第2篇：汽車(chē)動(dòng)力學(xué)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(lèi)號(hào)：U469.21文獻(xiàn)標(biāo)文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文獻(xiàn)標(biāo)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(shí)踐中的各種運(yùn)載工具都要受到外界激勵(lì)的作用，產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。為了提高車(chē)輛運(yùn)行的平穩(wěn)性和乘客乘坐的舒適性，需采取有效措施對(duì)振動(dòng)進(jìn)行控制、隔離[1-2]。研究和分析隔振系統(tǒng)的激勵(lì)響應(yīng)，通過(guò)選取合理的系統(tǒng)參數(shù)，對(duì)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(chē)用于運(yùn)輸貴重易碎物品，為了保證貨箱內(nèi)貨物的安全，防止在運(yùn)輸過(guò)程中受到振動(dòng)沖擊而損壞，必須對(duì)車(chē)輛的平順性進(jìn)行仿真分析，進(jìn)而對(duì)整車(chē)減振系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評(píng)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(jì)理論，計(jì)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(duì)整車(chē)多體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行平順性仿真分析，以評(píng)價(jià)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(jì)算

隔振有兩類(lèi)，一類(lèi)是隔離機(jī)械設(shè)備通過(guò)支座傳至地基的振動(dòng)，以減小動(dòng)力的傳遞，稱(chēng)為主動(dòng)隔振；另一類(lèi)是防止地基的振動(dòng)通過(guò)支座傳至需要保護(hù)的精密設(shè)備或儀器儀表，稱(chēng)為被動(dòng)隔振[3]。文中探討的車(chē)輛隔振系統(tǒng)屬于被動(dòng)隔振。由于單層隔振系統(tǒng)有其自身的缺點(diǎn)：對(duì)低頻激勵(lì)，隔振剛度必須很小，因而導(dǎo)致系統(tǒng)過(guò)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(dòng)體和振源之間插入一個(gè)中間質(zhì)量（或稱(chēng)中間基座），振動(dòng)體彈性地安裝在中間質(zhì)量上，然后再將振動(dòng)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(jiǎn)圖如圖1所示。

該廂式貨車(chē)采用通用貨車(chē)底盤(pán)，并根據(jù)雙層隔振理論進(jìn)行了改裝，加裝了副車(chē)架和車(chē)箱，且在車(chē)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(dāng)車(chē)架與車(chē)橋做往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞在減振器的缸筒內(nèi)也做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，減振器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)內(nèi)腔通過(guò)一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)，液體與內(nèi)壁的摩擦及液體分子的內(nèi)摩擦便形成對(duì)振動(dòng)的阻尼力，使車(chē)身和車(chē)架的振動(dòng)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(yùn)動(dòng)，可以將其簡(jiǎn)化為2個(gè)自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)問(wèn)題[5-6]。如圖1（b）所示，圖中為車(chē)架、車(chē)箱的質(zhì)量,為底板的質(zhì)量。

在車(chē)架、車(chē)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(duì)于減振效果起著決定作用。

設(shè)置隔振時(shí)，外界干擾頻率遠(yuǎn)大于系統(tǒng)固有頻率。遠(yuǎn)離共振區(qū)，阻尼對(duì)振幅的影響較小，在計(jì)算中可略去阻尼。設(shè)置振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量、的振幅分別為

設(shè)備隔振時(shí)，要求（這里為負(fù)值，因?yàn)榛A(chǔ)和質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)相位相反）。上式有2個(gè)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(jì)算出的為底板下24個(gè)彈簧總的剛度值，由于這24個(gè)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(gè)彈簧的剛度。最終剛度值為；再根據(jù)振動(dòng)理論中 [7]，其中為已知的選件阻尼系數(shù)，為計(jì)算出的剛度值，為底板的每個(gè)彈簧承受的質(zhì)量，將所對(duì)應(yīng)的值代入公式可得阻尼比為0.1。

2 整車(chē)虛擬樣機(jī)模型的建立

為評(píng)價(jià)雙層隔振系統(tǒng)的減振效果，達(dá)到保護(hù)運(yùn)輸貨物的目的，需要對(duì)整車(chē)做平順性仿真分析。ADAMS/View軟件包可以方便地建立整車(chē)多體動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行平順性仿真分析。

ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）軟件是美國(guó)MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開(kāi)發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件，該軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫(kù)、約束庫(kù)、力庫(kù)，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)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(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行分析，首先要建立整車(chē)系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)模型，利用多體動(dòng)力學(xué)理論在ADAMS軟件中建模通常有兩種方法：

一種是通過(guò)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(shí)際結(jié)構(gòu)添加力和約束，完成整車(chē)虛擬樣機(jī)模型的建立。這種建模方法優(yōu)點(diǎn)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(dòng)慣量等)時(shí)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(jìn)行參數(shù)化計(jì)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(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)，直接在ADAMS中建立整車(chē)虛擬樣機(jī)模型。這種方法，因?yàn)锳DAMS建模功能有限，所以在幾何建模時(shí)較為復(fù)雜，但是系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成物理參數(shù)，無(wú)需手動(dòng)設(shè)置，且可以在建立模型時(shí)， 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(jì)變量。在分析過(guò)程中，只需改變樣機(jī)模型中有關(guān)變量的參數(shù)值，程序就可以自動(dòng)更新整個(gè)樣機(jī)模型，得到同結(jié)構(gòu)形式下的新車(chē)型，也可重建派生得到其它結(jié)構(gòu)形式。本文中的整車(chē)模型采用參數(shù)化建模，便于對(duì)不同參數(shù)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。

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(dòng)慣量等)和力學(xué)參數(shù)(彈簧的剛度和阻尼等)。根據(jù)多體動(dòng)力學(xué)理論和ADAMS軟件的要求，如果整車(chē)模型的幾何參數(shù)、物理參數(shù)和力學(xué)參數(shù)與實(shí)車(chē)參數(shù)相同，模型就能表達(dá)出實(shí)車(chē)結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系、物理關(guān)系和力學(xué)關(guān)系，仿真結(jié)果與實(shí)車(chē)是等價(jià)的。

幾何參數(shù)中，各部件的連接位置必須準(zhǔn)確給定，因此必須對(duì)其建立設(shè)計(jì)變量。由于對(duì)所有的物理參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)化，質(zhì)量、質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量均可直接進(jìn)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(jìn)行相應(yīng)的簡(jiǎn)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(dòng)慣量是進(jìn)行多剛體動(dòng)力學(xué)分析中最重要和最基本的量，因此必須對(duì)車(chē)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(dòng)慣量進(jìn)行參數(shù)化，建立參數(shù)變量。

力學(xué)參數(shù)中，彈性元件的剛度和阻尼等是約束多剛體動(dòng)力學(xué)不可或缺的，因此必須對(duì)懸架系統(tǒng)和底板阻尼減振器的彈簧剛度和阻尼進(jìn)行參數(shù)化，建立參數(shù)變量。

由于只需對(duì)整車(chē)進(jìn)行平順性仿真，所以在建模時(shí)，只建立與平順性仿真有關(guān)的部件，主要包括駕駛室、車(chē)架、懸架系統(tǒng)、車(chē)軸和輪胎、路面及車(chē)箱等部分。而將其它與平順性分析關(guān)系不大的部件，如動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化為簧載質(zhì)量，而不進(jìn)行專(zhuān)門(mén)建模，基于如下假設(shè)：

(1)根據(jù)實(shí)際情況，各零部件之間運(yùn)用相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行連接，運(yùn)動(dòng)副內(nèi)摩擦力不計(jì)；

(2)除彈性元件外，其余零部件均認(rèn)為是剛體，在仿真分析過(guò)程中不考慮它們的變形；

(3)主要考慮在B、C、D級(jí)公路上的動(dòng)力學(xué)特性，直接在車(chē)輪上加驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)特性；

選取的空間坐標(biāo)系為：以質(zhì)心指向地面的垂線與兩車(chē)軸水平中平面的交點(diǎn)為原點(diǎn)，汽車(chē)左右對(duì)稱(chēng)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(chē)模型如圖2所示。

2.2 模型輸入輸出的建立

要完成整車(chē)平順性仿真分析，必須在虛擬樣機(jī)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(lì)、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量激勵(lì)、功率譜密度函數(shù)，或是用戶(hù)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(gè)車(chē)輪所在地基處的路面激勵(lì)為輸入，其形式為功率譜密度函數(shù)；以底板振動(dòng)加速度為輸出，評(píng)價(jià)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(mǎn)足B、C、D級(jí)路面功率譜密度條件的隨機(jī)數(shù)據(jù)系列，來(lái)模擬路面不平度，然后將隨機(jī)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(lái)編輯車(chē)輪輸入函數(shù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了在車(chē)輪上施加相應(yīng)的路面激勵(lì)。整車(chē)模型的車(chē)輪垂直振動(dòng)由長(zhǎng)方體平板帶動(dòng)，故只需利用相應(yīng)的樣條曲線來(lái)定義長(zhǎng)方體板上的驅(qū)動(dòng)方程，實(shí)現(xiàn)車(chē)輪的隨機(jī)振動(dòng)。

3 整車(chē)平順性仿真

汽車(chē)的平順性主要是保持汽車(chē)在行駛過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊環(huán)境對(duì)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(jué)的舒適性來(lái)評(píng)價(jià)，對(duì)于載貨汽車(chē)還包括保持貨物完好的性能，這是現(xiàn)代高速汽車(chē)的主要性能之一[10]。

對(duì)于汽車(chē)平順性分析，目前國(guó)際上采用較多的有以下幾種方法：

（1）1/3倍頻帶分別評(píng)價(jià)方法；

（2）總的加速度加權(quán)均方根值評(píng)價(jià)方法；

（3）人體或車(chē)身振動(dòng)的總的加速度均方根值評(píng)價(jià)方法；

（4）車(chē)身振動(dòng)（或座椅）的最大垂直加速度評(píng)價(jià)方法。

為保證貨箱內(nèi)貨物的安全，防止在運(yùn)輸過(guò)程中受到振動(dòng)沖擊而損壞,所以整車(chē)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)定為底板質(zhì)心處振動(dòng)加速度峰值小于0.75，即為7 500 mm/s2，為了進(jìn)行減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性分析，在做平順性仿真分析時(shí)，采用測(cè)量底板質(zhì)心處最大垂直振動(dòng)加速度的評(píng)價(jià)方法，以便與設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。但由于這種方法只以垂直振動(dòng)加速度的峰值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，只是反映了振動(dòng)的最大值，而不能綜合評(píng)價(jià)整體振動(dòng)的情況，因此，又計(jì)算了總的加速度加權(quán)均方根值，作為輔助評(píng)價(jià)指標(biāo)。

分別輸入B、C、D級(jí)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(dòng)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(dāng)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(dòng)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(dòng)加速度最大值與振動(dòng)加速度均方根值的比較表。

由圖3、圖4可知，在B級(jí)路面上，雙層隔振系統(tǒng)底板垂直振動(dòng)加速度值大多分布在-500 mm/s2～+500 mm/s2之間，振動(dòng)加速度的最大值為760 mm/s2，滿(mǎn)足整車(chē)減振的目標(biāo)。單層隔振系統(tǒng)底板垂直振動(dòng)加速度值大多分布在-1 500～+1 500 mm/s2之間，振動(dòng)加速度的最大值為3 170 mm/s2，也滿(mǎn)足整車(chē)減振的目標(biāo)。

由圖5、圖6可知，在C級(jí)路面上，雙層隔振系統(tǒng)底板垂直振動(dòng)加速度值大多分布在-1 500～+1 500 mm/s2之間，振動(dòng)加速度的最大值為3 000 mm/s2，滿(mǎn)足整車(chē)減振的目標(biāo)。單層隔振系統(tǒng)底板垂直振動(dòng)加速度值大多分布在-6 000～+6 000 mm/s2之間，振動(dòng)加速度的最大值為7 510 mm/s2，不滿(mǎn)足整車(chē)減振的目標(biāo)。

由圖7、圖8可知，在D級(jí)路面上，雙層隔振系統(tǒng)底板垂直振動(dòng)加速度值大多分布在-2 500～+2 500 mm/s2之間，振動(dòng)加速度的最大值為5 020 mm/s2，滿(mǎn)足整車(chē)減振的目標(biāo)。單層隔振系統(tǒng)底板垂直振動(dòng)加速度值大多分布在-7 500～+7 500 mm/s2之間，振動(dòng)加速度的最大值為11 040 mm/s2，不滿(mǎn)足整車(chē)減振的目標(biāo)。

從圖9可以看出，雙層隔振系統(tǒng)中，D級(jí)路面上底板的振動(dòng)最為強(qiáng)烈，C級(jí)路面上底板的振動(dòng)次之，B級(jí)路面上底板的振動(dòng)最好，即隨著路面等級(jí)的升高，振動(dòng)加速度值越來(lái)越小，汽車(chē)的平順性也越好。底板振動(dòng)加速度功率譜密度描述了底板振動(dòng)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(jiàn)，特定車(chē)速不同等級(jí)路面上，路面等級(jí)越高，底板的振動(dòng)加速度值就越小，汽車(chē)的平順性就越好。

4 結(jié)束語(yǔ)

⑴采用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論和虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)雙層隔振系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究的方法簡(jiǎn)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(chē)雙層隔振系統(tǒng)的參數(shù)值達(dá)到了隔振的目的。

⑶廂式貨車(chē)雙層隔振系統(tǒng)的仿真研究已應(yīng)用于實(shí)車(chē)的改進(jìn)與設(shè)計(jì)分析中，取得良好效果。

參考文獻(xiàn)(References):

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第3篇：汽車(chē)動(dòng)力學(xué)理論范文

關(guān)鍵詞：Adams/Car；隨機(jī)振動(dòng)；前懸架；工程車(chē)輛

工程車(chē)輛在工作過(guò)程中會(huì)受到路面不平度的激勵(lì)，該激勵(lì)是一種隨機(jī)激勵(lì)，導(dǎo)致車(chē)輛產(chǎn)生隨機(jī)振動(dòng)[1]。車(chē)輛前懸架主要功用是承載車(chē)身重量、緩沖和傳遞來(lái)自路面不平度對(duì)車(chē)輛的激勵(lì)，保證車(chē)輛平順地行駛。在工程車(chē)輛中應(yīng)用廣泛的非獨(dú)立式懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、強(qiáng)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(chē)輛前懸架系統(tǒng)模型，在標(biāo)準(zhǔn)路面不平度激勵(lì)下進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)仿真分析，對(duì)車(chē)輛前懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)、疲勞壽命分析等具有重要參考價(jià)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(dòng)器，2.浮動(dòng)拖盤(pán)，3.輪胎，4.車(chē)軸，5.橫向拉桿，6.板簧，7.減振器，8.彈性襯套，9.轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。制動(dòng)器在垂向施加隨機(jī)激勵(lì)，轉(zhuǎn)向節(jié)與銷(xiāo)軸簡(jiǎn)化為三角形機(jī)構(gòu)。

汽車(chē)懸架系統(tǒng)主要作用是抑制路面不平度引起的振動(dòng)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(chē)輛軸距等，如表1所示。

2 路面模型

路面模型是隨機(jī)振動(dòng)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(jì)特性，GB/T7031-2005《機(jī)械振動(dòng)-道路路面譜測(cè)量數(shù)據(jù)報(bào)告》[2]中將路面分為A～H共8個(gè)等級(jí)。在實(shí)際工程中，該車(chē)輛行駛的路面等級(jí)主要為B、D和F級(jí)，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(duì)應(yīng)的文件夾中。

3 Adams/Car動(dòng)力學(xué)仿真分析

基于Adams/car的前懸架隨機(jī)振動(dòng)分析主要是建立動(dòng)力學(xué)方程并求解，建立好前懸架系統(tǒng)模型，將路面文件通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)加載到車(chē)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(shí)間10s，仿真步數(shù)1000，激勵(lì)模式：Displacement[4]。圖2為懸架在F級(jí)路面激勵(lì)下的垂向位移時(shí)域和頻域曲線圖。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)比前懸架結(jié)構(gòu)在B、D和F級(jí)路面激勵(lì)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(dòng)的位移峰值逐漸增大，峰值所對(duì)應(yīng)的頻率為7.9Hz和9.8Hz附近，固該型輛車(chē)橋結(jié)構(gòu)振共頻率約為8Hz和10Hz。振動(dòng)的位移量相對(duì)較小，但振動(dòng)產(chǎn)生的位移長(zhǎng)期作用，對(duì)懸架結(jié)構(gòu)的使用壽命影響很大。

（2）由相關(guān)文獻(xiàn)可知，人體上下振動(dòng)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(duì)人體的影響很小，基本可以滿(mǎn)足車(chē)輛行駛的平順性要求。

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第4篇：汽車(chē)動(dòng)力學(xué)理論范文

【關(guān)鍵詞】節(jié)能賽車(chē) 造型設(shè)計(jì) 仿真 材料 模型制作

本田節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)大賽是由日本本田（Honda）汽車(chē)公司舉辦，所有賽車(chē)搭載組委會(huì)提供的125cc低油耗4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，各個(gè)車(chē)隊(duì)獨(dú)立完成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的改造及車(chē)架結(jié)構(gòu)、車(chē)身造型的設(shè)計(jì)，最終以同等路程的燃油消耗量為評(píng)判依據(jù)。

一、造型設(shè)計(jì)流程分析

鑒于同等路程的燃油消耗量為比賽結(jié)果的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，故要求設(shè)計(jì)者通過(guò)減少能量損失來(lái)降低整車(chē)的行駛能耗。經(jīng)過(guò)對(duì)裸車(chē)架和有車(chē)殼的節(jié)能賽車(chē)的對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)二者燃油消耗量竟相差一倍之多。再根據(jù)汽車(chē)行駛方程：驅(qū)動(dòng)力=風(fēng)阻+摩擦阻力+加速阻力+爬坡阻力，發(fā)現(xiàn)風(fēng)阻和摩擦阻力都受到車(chē)身造型的影響。故車(chē)身造型對(duì)減少整車(chē)行駛能耗、提升整車(chē)動(dòng)力性能具有重要作用。

節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)的造型設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)階段。首先是車(chē)身造型設(shè)計(jì)階段，結(jié)合設(shè)計(jì)美學(xué)、仿生學(xué)、色彩學(xué)等知識(shí)，設(shè)計(jì)出符合空氣動(dòng)力學(xué)要求的氣動(dòng)車(chē)身造型。其次是空氣動(dòng)力學(xué)仿真，車(chē)體匹配仿真階段，利用CFD仿真技術(shù)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，針對(duì)車(chē)殼和車(chē)架做車(chē)體匹配仿真，檢查有無(wú)干涉是否匹配，確定最終方案；工藝材料分析、車(chē)身模型制作階段，對(duì)比分析材料特性、加工工藝，選定制作材料，完成模型制作，車(chē)殼成型。

二、車(chē)身造型仿生與色彩設(shè)計(jì)

仿生設(shè)計(jì)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)造型設(shè)計(jì)。從自然界尋找設(shè)計(jì)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(chē)造型，不僅能提升整車(chē)的視覺(jué)沖擊力與吸引力，還能使整車(chē)造型氣韻生動(dòng)、富有生命力。經(jīng)過(guò)對(duì)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(jìn)行仿生設(shè)計(jì)。大白鯊流線型造型飽滿(mǎn)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(jìn)阻力，加快運(yùn)動(dòng)速度。

通過(guò)對(duì)大白鯊的流線型造型特點(diǎn)及神態(tài)特征的提取，結(jié)合低空氣阻力系數(shù)車(chē)身應(yīng)滿(mǎn)足的條件，以大白鯊的流線型特征為藍(lán)本進(jìn)行了節(jié)能賽車(chē)的優(yōu)化仿生設(shè)計(jì)。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)理論，設(shè)定了整車(chē)的尺寸與駕駛空間，整車(chē)長(zhǎng)約2.5m，寬約1m，高約0.6m。在保證駕駛員安全舒適的同時(shí)，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(chē)源于具象而又超越具象，整車(chē)造型光滑流暢、飽滿(mǎn)有力、曲線豐富而又細(xì)膩。

車(chē)身主體以黑色為主，輔以柳紅色，紅黑配色相得益彰、動(dòng)感十足，使整車(chē)造型穩(wěn)重而又不失激情。在車(chē)頂窗與車(chē)體分界線的位置以柳紅色過(guò)渡，突顯曲面的光滑飽滿(mǎn)。自車(chē)頭延伸至車(chē)身中部加一抹火焰狀的明亮的柳紅色，有利于在視覺(jué)上拉伸整體造型，彰顯優(yōu)美修長(zhǎng)、富有動(dòng)感的側(cè)面形態(tài)。

三、空氣動(dòng)力學(xué)仿真與車(chē)體匹配仿真

根據(jù)前期設(shè)計(jì)方案，利用Rhino軟件輸出三維模型，再利用CFD仿真技術(shù)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，分析賽車(chē)的阻力和升力兩個(gè)因素。根據(jù)空氣阻力分析發(fā)現(xiàn)，由于車(chē)架底部、車(chē)輪等構(gòu)件未包裹，導(dǎo)致內(nèi)循環(huán)阻力增大；由于車(chē)頭位置較窄較高、尾部過(guò)寬，導(dǎo)致氣流通過(guò)不順暢、行車(chē)不穩(wěn)定。針對(duì)上述問(wèn)題修改方案，對(duì)車(chē)架實(shí)行全包裹，僅在車(chē)輪位置留有轉(zhuǎn)向空間，盡量壓低車(chē)頭前端造型，適當(dāng)加寬中前部造型，使前車(chē)頭和尾部盡量尖銳化。對(duì)修改后的方案進(jìn)行二次空氣動(dòng)力學(xué)仿真，之前存在的問(wèn)題得到了緩解，有效降低了整車(chē)的氣動(dòng)阻力、側(cè)風(fēng)條件下的升力。

空氣動(dòng)力學(xué)仿真后進(jìn)行車(chē)殼、車(chē)架匹配仿真。大賽規(guī)定：參賽車(chē)輛的車(chē)輪必須為3輪以上（包括3輪）。為了降低行進(jìn)阻力、保證行駛的安全性，選取前兩輪后一輪的車(chē)架模式。對(duì)輸出的車(chē)殼和車(chē)架的三維模型做車(chē)體匹配仿真，發(fā)現(xiàn)在車(chē)輪處留有的10cm的轉(zhuǎn)向空間較適宜，其余位置經(jīng)檢查無(wú)干涉，車(chē)殼和車(chē)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(chē)質(zhì)量減輕10%，油耗可減少8.5%。節(jié)能賽車(chē)也是如此，選擇輕質(zhì)材料對(duì)降低整車(chē)行駛能耗具有重要作用。節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)比較常見(jiàn)的車(chē)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(mǎn)足輕巧、塑性強(qiáng)、易加工的要求，但其自身硬度較低，易使車(chē)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(guò)程復(fù)雜，成本較高。

在充分衡量各材料輕便、結(jié)實(shí)、安全和價(jià)格等的因素下，選定強(qiáng)芯氈、玻璃纖維、碳纖維、樹(shù)脂為備選材料，制作1：20的小比例模型，進(jìn)行材料分析實(shí)驗(yàn)。1.強(qiáng)芯氈和玻璃纖維實(shí)驗(yàn)。一層強(qiáng)芯氈一層玻璃纖維：強(qiáng)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(shù)脂實(shí)驗(yàn)。兩層玻璃纖維加樹(shù)脂：強(qiáng)度適中，光滑度好，成型容易控制。3.碳纖維和樹(shù)脂實(shí)驗(yàn)。碳纖維加樹(shù)脂：強(qiáng)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(chē)體由玻璃纖維和樹(shù)脂材料加工制作，透明車(chē)窗部分選用亞克力材料。

模型制作階段主要分為以下五個(gè)步驟：第一步：從三維圖中導(dǎo)出三視圖1：1打印，作為整車(chē)的尺寸參照?qǐng)D；第二步：依據(jù)車(chē)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(shù)脂晾干；第四步：選擇開(kāi)模位置，把上下分開(kāi)；第五步：進(jìn)行和車(chē)架的匹配安裝。

結(jié)語(yǔ)

北京林業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)制作的節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)曲面飽滿(mǎn)、富有動(dòng)感，符合空氣動(dòng)力學(xué)要求。本文重點(diǎn)講述了節(jié)能賽車(chē)車(chē)身造型仿生與色彩設(shè)計(jì)的過(guò)程、空氣動(dòng)力學(xué)仿真與車(chē)殼、車(chē)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(guò)闡述北京林業(yè)大學(xué)節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)設(shè)計(jì)實(shí)踐應(yīng)用，可以為其他車(chē)隊(duì)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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作者：?jiǎn)帖惾A系北京林業(yè)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)2013級(jí)碩士研究生

第5篇：汽車(chē)動(dòng)力學(xué)理論范文

關(guān)鍵詞：氣體動(dòng)力學(xué);CFD技術(shù);教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）18-0156-02

引言：

“氣體動(dòng)力學(xué)”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(xué)反應(yīng)的氣體介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及氣體與固體之間有相對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)相互作用力的學(xué)科。它是飛行器動(dòng)力工程、航天/航空工程、兵器工程等專(zhuān)業(yè)非常重要的一門(mén)專(zhuān)業(yè)性基礎(chǔ)課程，對(duì)學(xué)生整體的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)和后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)有著至關(guān)重要的作用。但是，學(xué)生普遍感覺(jué)到這門(mén)課程比較不容易懂，是不好啃的“硬骨頭”。主要原因是“氣體動(dòng)力學(xué)”課程中應(yīng)用的數(shù)學(xué)知識(shí)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(xué)生常常感覺(jué)到理論比較高深，從而產(chǎn)生了一定的畏難心理。

20世紀(jì)60年代之后，伴隨著高速電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和計(jì)算方法的不斷創(chuàng)新，計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）已經(jīng)成為了一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科分支。它主要是以運(yùn)用計(jì)算機(jī)作為數(shù)值模擬的手段，運(yùn)用一定的計(jì)算技術(shù)來(lái)尋找出一個(gè)滿(mǎn)足定解條件的各種復(fù)雜流體力學(xué)問(wèn)題的數(shù)值解，并通過(guò)進(jìn)一步分析數(shù)值結(jié)果，獲得相關(guān)的流動(dòng)規(guī)律或解決工程實(shí)際問(wèn)題的。CFD的一大優(yōu)勢(shì)就是可以通過(guò)流動(dòng)顯示技術(shù)來(lái)將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行直觀的顯示，將抽象的概念、理論變成了形象的畫(huà)面展示出來(lái)。因此，CFD技術(shù)在“氣體動(dòng)力學(xué)”課程教學(xué)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(xué)工作者正在嘗試將CFD技術(shù)運(yùn)用到“流體力學(xué)”、“傳熱學(xué)”等課程的教育教學(xué)當(dāng)中，并且取得了比較好的教學(xué)效果。

為此，我們認(rèn)為結(jié)合“氣體動(dòng)力學(xué)”課程的發(fā)展趨勢(shì)，在本科生“氣體動(dòng)力學(xué)”課程教學(xué)中引進(jìn)CFD技術(shù)，調(diào)整改革部分教學(xué)內(nèi)容，對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提高將有著非常重要的意義。

一、“氣體動(dòng)力學(xué)”課程，引入CFD教學(xué)的目的

“氣體動(dòng)力學(xué)”課程包含的內(nèi)容可以用理論分析、實(shí)驗(yàn)測(cè)量、數(shù)值模擬等的方法來(lái)進(jìn)行研究。但是在傳統(tǒng)教學(xué)的過(guò)程當(dāng)中，過(guò)于偏重理論的分析，教學(xué)內(nèi)容比較單一，不能表現(xiàn)出現(xiàn)代氣體動(dòng)力學(xué)的最新研究進(jìn)展。在“氣體動(dòng)力學(xué)”課程的教學(xué)中引入CFD技術(shù)，目的就是將氣體動(dòng)力學(xué)的最新研究成果帶入到課堂當(dāng)中去，來(lái)拓寬學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，具體分為以下幾點(diǎn)：

1.加深學(xué)生對(duì)重要物理概念的理解。氣體動(dòng)力學(xué)概念比較多、公式抽象、邏輯性強(qiáng)、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(huì)符合學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)的認(rèn)知規(guī)律，能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)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(dòng)力學(xué)”課程中一個(gè)非常重要的概念。氣流經(jīng)過(guò)激波時(shí)，氣體參數(shù)在極短的距離和極短的時(shí)間之內(nèi)發(fā)生了巨大的變化，是一種不可逆的絕熱過(guò)程。激波因而可以看成是一個(gè)非常薄的“間斷面”。初學(xué)者往往對(duì)“間斷”這一概念難以理解。CFD則克服了概念抽象的特點(diǎn)，可以使激波以圖像的形式形象地展現(xiàn)在學(xué)生的面前，從而有利于加深學(xué)生對(duì)激波本質(zhì)的理解和認(rèn)識(shí)。這樣的例子在氣體動(dòng)力學(xué)中是有很多的，比如“風(fēng)阻”問(wèn)題也可以通過(guò)汽車(chē)的CFD模擬來(lái)展示，“音障”問(wèn)題可以通過(guò)飛機(jī)的飛行模擬來(lái)展現(xiàn)。這些CFD的具體實(shí)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(dòng)與生活的聯(lián)系，消除學(xué)生面對(duì)復(fù)雜公式的畏懼感，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心。

2.開(kāi)展研討式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析習(xí)慣，提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。氣體動(dòng)力學(xué)是一門(mén)與實(shí)驗(yàn)聯(lián)系十分緊密的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是課程的重要組成部分，CFD作為一種“數(shù)值實(shí)驗(yàn)”，具有一些傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)所不可比擬的優(yōu)勢(shì)，其結(jié)果可以在課堂上當(dāng)場(chǎng)演示出來(lái)，不需要專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課，這樣，可以大幅度減少學(xué)時(shí)數(shù)，提高教學(xué)效率。同時(shí)，利用CFD技術(shù)解決具體問(wèn)題的應(yīng)用實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐創(chuàng)新，這一點(diǎn)也與傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方式不同。例如，對(duì)同一個(gè)問(wèn)題，稍微改變問(wèn)題的邊界條件或者初始條件，即有可能得出完全不同的計(jì)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(lái)，進(jìn)而可以引導(dǎo)學(xué)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(xí)慣。還可以進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生從反面思考問(wèn)題，即若要達(dá)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(shí)上，CFD技術(shù)的引入為學(xué)生全方位、多角度地思考和分析問(wèn)題提供了多種高效地嘗試機(jī)會(huì)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)有著極其重要的意義。

3.可以使學(xué)生近距離地接觸實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)他們的科研思想和工程概念，為他們下一步的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。作為本科生，學(xué)生在理論上創(chuàng)新的可能性很小，但利用所學(xué)的基本知識(shí)來(lái)解決一些工程實(shí)際問(wèn)題還是可以實(shí)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(gè)很好的平臺(tái)。利用這些軟件講解具體的實(shí)例并讓學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的探索，可以使學(xué)生深刻地感受到所學(xué)理論與具體工程之間的聯(lián)系與區(qū)別，對(duì)他們以后進(jìn)行科學(xué)研究或者參與解決具體的工程問(wèn)題是一個(gè)很好的鍛煉。

二、課程改革方案

根據(jù)“氣體動(dòng)力學(xué)”課程的特點(diǎn)，綜合考慮各方面的因素，既要注重核心內(nèi)容和基本知識(shí)的傳授，又要通過(guò)CFD技術(shù)的引入來(lái)增加前沿性的內(nèi)容和實(shí)踐環(huán)節(jié)，從而帶動(dòng)課程教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。具體有以下幾點(diǎn)措施：

1.課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的調(diào)整。可以考慮根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和人才培養(yǎng)方案，重新合理安排教學(xué)計(jì)劃，將課程分為既相互關(guān)聯(lián)，又有一定獨(dú)立性的兩個(gè)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(guò)選取實(shí)例開(kāi)設(shè)研討課以及上機(jī)實(shí)踐課。

2.構(gòu)建以CFD技術(shù)為核心的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)根據(jù)專(zhuān)業(yè)特色，從多種CFD軟件中挑選出適合本專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)和使用的軟件，同時(shí)編寫(xiě)上機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)的講義或者教材，設(shè)計(jì)部分簡(jiǎn)單的“氣體動(dòng)力學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)來(lái)供學(xué)生上機(jī)實(shí)踐，同時(shí)利用“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)法來(lái)鼓勵(lì)學(xué)生不斷進(jìn)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(gè)步驟，而這些過(guò)程中參數(shù)的選取與計(jì)算的物理問(wèn)題有著十分密切的關(guān)系，不同的計(jì)算參數(shù)可以得到大相徑庭的結(jié)果。學(xué)生通過(guò)創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行深入分析，可以深化對(duì)物理問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。

3.開(kāi)展研討式教學(xué)。教師根據(jù)學(xué)生精心挑選的1～2個(gè)與“氣體動(dòng)力學(xué)”課程相關(guān)的實(shí)例，讓學(xué)生在課堂上現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行討論并且進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐，這種教學(xué)方式雖然教師的工作量比較大，但是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)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(xué)習(xí)熱情，還能夠鍛煉他們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)綜合分析問(wèn)題的能力，還有可能取得意想不到的效果。

三、需要注意的問(wèn)題

把CFD技術(shù)引入到“氣體動(dòng)力學(xué)”的課堂教學(xué)中，是一個(gè)新的嘗試。沒(méi)有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以供我們借鑒，為了充分發(fā)揮其長(zhǎng)處，避免其弊端，筆者認(rèn)為有以下幾個(gè)方面的問(wèn)題需要注意：

1.課堂教學(xué)時(shí)間的合理設(shè)計(jì)與控制。比如，如果在課堂教學(xué)中直接引入CFD模擬的現(xiàn)場(chǎng)演示，而CFD模擬根據(jù)算例的不同需要占用一定的時(shí)間，如何合理利用好這一段時(shí)間是教師需要精心考慮的問(wèn)題。比如可以用來(lái)進(jìn)一步介紹問(wèn)題背景、復(fù)習(xí)所用的相關(guān)知識(shí)等。

2.要精心選擇教學(xué)案例。教學(xué)案例的選取既要貼近實(shí)際，又要能突出“氣體動(dòng)力學(xué)”課程的重點(diǎn)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(shí)，教學(xué)案例的選擇要結(jié)合相關(guān)專(zhuān)業(yè)，多選取與專(zhuān)業(yè)精密相關(guān)的案例，這樣，不僅能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，還能夠?yàn)樗麄儺厴I(yè)后盡快融入相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

3.要注重課堂教學(xué)與課外的實(shí)踐相結(jié)合。課堂教學(xué)時(shí)間畢竟有限，對(duì)CFD的相關(guān)內(nèi)容只能簡(jiǎn)單介紹，更深入的學(xué)習(xí)只能由學(xué)生課后完成。教師可以在課堂演示案例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步延伸，供學(xué)有余力或者有興趣的學(xué)生在課后進(jìn)一步研究。這樣一方面可以鞏固課堂的知識(shí)，另一方面可以培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新精神。

四、結(jié)語(yǔ)

總之，筆者認(rèn)為，將CFD技術(shù)引入“氣體動(dòng)力學(xué)”的課堂教學(xué)中，可以使抽象的理論變?yōu)樾蜗蟮漠?huà)面，便于學(xué)生理解一些抽象的概念，有利于學(xué)生深入理解一些物理概念的本質(zhì)。同時(shí)，這種方式進(jìn)一步拓展了傳統(tǒng)意義的多媒體教學(xué)，是一個(gè)教學(xué)改革有價(jià)值的研討方向。但是，此種教學(xué)方式要求教師熟練掌握CFD的基礎(chǔ)理論知識(shí)與常用軟件，同時(shí)，教師需要花費(fèi)更多的時(shí)間和精力去備課，因而對(duì)教師提出了更高的要求。

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第6篇：汽車(chē)動(dòng)力學(xué)理論范文

關(guān)鍵詞：工程結(jié)構(gòu) 受力 強(qiáng)度 材料

一、結(jié)構(gòu)力學(xué)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(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的學(xué)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(xué)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(jì)提供分析方法和計(jì)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(jì)不僅要考慮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，還要做到用料省、重量輕、美觀大方.對(duì)某些工程來(lái)說(shuō)減輕重量尤為重要，比如飛機(jī)重量的減輕，就可以使飛機(jī)達(dá)到：航程變遠(yuǎn)、上升加快、速度加大、能耗降低等優(yōu)點(diǎn)。

二、結(jié)構(gòu)力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史

起初，人們對(duì)天然的結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和研究，如：樹(shù)木的根、莖、葉，骨骼的形狀和結(jié)構(gòu)，山洞、蜂窩、蟻窩和鳥(niǎo)巢等。隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)律以及結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度有了逐步的了解和認(rèn)識(shí)，也積累了不少寶貴經(jīng)驗(yàn)，這主要表現(xiàn)在：埃及的金字塔，中國(guó)的萬(wàn)里長(zhǎng)城、趙州安濟(jì)橋、北京故宮等等。結(jié)構(gòu)力學(xué)在發(fā)展的初期是與理論力學(xué)和材料力學(xué)融合在一起的。到19世紀(jì)初，人們開(kāi)始設(shè)計(jì)各種大規(guī)模的工程結(jié)構(gòu)，要作較精確的分析和計(jì)算。因此，工程結(jié)構(gòu)的分析理論和分析方法開(kāi)始獨(dú)立出來(lái)，到19世紀(jì)中葉，結(jié)構(gòu)力學(xué)開(kāi)始成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。從19世紀(jì)30年代起，由于要在橋梁上通火車(chē)，不僅需要考慮橋梁承受靜載荷的問(wèn)題，還必須考慮承受動(dòng)載荷的問(wèn)題，又由于橋梁跨度的增長(zhǎng)，出現(xiàn)了金屬桁架結(jié)構(gòu)。19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，學(xué)者們對(duì)船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的力學(xué)研究，并研究了可動(dòng)載荷下的粱的動(dòng)力學(xué)理論以及自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)方面的問(wèn)題。20世紀(jì)初，航空工程的發(fā)展了促進(jìn)科學(xué)家們對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)和加勁板殼的應(yīng)力和變形分析，以及對(duì)穩(wěn)定性問(wèn)題的研究。同時(shí)橋梁和建筑開(kāi)始大量使用鋼筋混凝土材料，這就要求科學(xué)家們對(duì)鋼架結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，在1914年德國(guó)的本迪克森創(chuàng)立了轉(zhuǎn)角位移法，用來(lái)解決剛架和連續(xù)粱等問(wèn)題。20世紀(jì)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(xué)者們得出了彈性地基上粱、板及剛架的設(shè)計(jì)計(jì)算新理論。對(duì)承受各種動(dòng)載荷的結(jié)構(gòu)的力學(xué)問(wèn)題，也做了許多研究工作。隨著結(jié)構(gòu)力學(xué)的發(fā)展，疲勞問(wèn)題、斷裂問(wèn)題和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)問(wèn)題先后進(jìn)入結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究領(lǐng)域。20世紀(jì)中葉，電子計(jì)算機(jī)和有限元法的問(wèn)世使得大型結(jié)構(gòu)的復(fù)雜計(jì)算成為可能，從而將結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究和應(yīng)用水平提到了一個(gè)新的高度。

三、結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)科體系

結(jié)構(gòu)力學(xué)分為結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、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(xué)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(wèn)題。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)是研究工程結(jié)構(gòu)在動(dòng)載荷作用下的響應(yīng)和性能的分支學(xué)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(huì)在外載荷作用下擴(kuò)展而引起斷裂破壞，也會(huì)在幅值較小的交變載荷作用下擴(kuò)展而引起疲勞破壞的學(xué)科。在結(jié)構(gòu)力學(xué)對(duì)于各種工程結(jié)構(gòu)的理論和實(shí)驗(yàn)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(lèi)。整體結(jié)構(gòu)是用整體原材料，經(jīng)機(jī)械銑切或經(jīng)化學(xué)腐蝕加工而成的結(jié)構(gòu)，它對(duì)某些邊界條件問(wèn)題特別適用，常用作變厚度結(jié)構(gòu)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)展，又涌現(xiàn)出許多新型結(jié)構(gòu)，比如20世紀(jì)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(xué)的研究方法主要有工程結(jié)構(gòu)的使用分析、實(shí)驗(yàn)研究的理論分析和計(jì)算三種

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研究中，這三方面往往是交替進(jìn)行并且是相輔相成的進(jìn)行的。使用分析對(duì)結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)和改進(jìn)起著重要作用。新設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)也要通過(guò)使用來(lái)檢驗(yàn)性能。實(shí)驗(yàn)研究分為三類(lèi)：模型實(shí)驗(yàn)、真實(shí)結(jié)構(gòu)部件實(shí)驗(yàn)和真實(shí)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)。例如，飛機(jī)地面破壞實(shí)驗(yàn)、飛行實(shí)驗(yàn)和汽車(chē)的碰撞實(shí)驗(yàn)等。結(jié)構(gòu)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)通常要耗費(fèi)較多的人力、物力和財(cái)力，因此只能有限度地進(jìn)行，特別是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初期階段，一般多依靠對(duì)結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行理論分析和計(jì)算。材料力學(xué)為結(jié)構(gòu)力學(xué)的發(fā)展提供了必要的基本知識(shí)，彈性力學(xué)和塑性力學(xué)又是結(jié)構(gòu)力學(xué)的理論基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門(mén)古老的學(xué)科，又是一門(mén)迅速發(fā)展的學(xué)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(xué)提供了新的研究?jī)?nèi)容并提出新的要求。計(jì)算機(jī)的發(fā)展，為結(jié)構(gòu)力學(xué)提供了有力的計(jì)算工具。另一方面，結(jié)構(gòu)力學(xué)對(duì)數(shù)學(xué)及其他學(xué)科的發(fā)展也起了推動(dòng)作用。有限元法這一數(shù)學(xué)方法的出現(xiàn)和發(fā)展就與結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究有密切關(guān)系。

五、結(jié)語(yǔ)

總之，社會(huì)在不斷發(fā)展，人類(lèi)在快速進(jìn)步，唯有工程結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)上的高品質(zhì)、嚴(yán)要求才能滿(mǎn)足人們對(duì)生活和生產(chǎn)上愈來(lái)愈高的需求！

第7篇：汽車(chē)動(dòng)力學(xué)理論范文

關(guān)鍵詞：藥學(xué)；物理化學(xué)；定位；興趣教育；信息技術(shù) 

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）16-0134-02 

隨著社會(huì)的進(jìn)步和生活水平的提高，人們對(duì)藥物的要求也越來(lái)越高，客觀上促進(jìn)了醫(yī)藥市場(chǎng)高速發(fā)展，也使得藥學(xué)類(lèi)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(xué)與藥學(xué)關(guān)系密切，因此藥學(xué)類(lèi)院校通常把四大化學(xué)作為必修課。物理化學(xué)在四大化學(xué)中屬于理論化學(xué)，從理論上統(tǒng)帥無(wú)機(jī)、有機(jī)和分析化學(xué)，是化學(xué)的靈魂。物理化學(xué)作為藥學(xué)類(lèi)院校的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，為藥劑學(xué)、藥物合成、天然藥物化學(xué)等后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)提供方法和理論指導(dǎo)，是藥學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)好專(zhuān)業(yè)課，從事新藥研究、生產(chǎn)實(shí)踐的必要基礎(chǔ)[1]。新藥的設(shè)計(jì)合成以及路線的選擇、工藝條件的確定，離不開(kāi)化學(xué)熱力學(xué)的指導(dǎo)；而藥物在體內(nèi)的吸收和代謝的監(jiān)測(cè)以及藥物的貯存期的預(yù)測(cè)離不開(kāi)動(dòng)力學(xué)知識(shí)[2]。由此可見(jiàn)對(duì)于藥學(xué)類(lèi)院校學(xué)生學(xué)好物理化學(xué)非常必要。然而，由于物理化學(xué)理論性強(qiáng)、概念抽象、邏輯嚴(yán)密、公式繁多，加上課時(shí)的縮減，出現(xiàn)了教師難教、學(xué)生難學(xué)的苗頭。因此提高教學(xué)質(zhì)量，改進(jìn)教學(xué)方法，加強(qiáng)物理化學(xué)理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系至關(guān)重要。筆者根據(jù)藥學(xué)院教授課遇到的問(wèn)題，在現(xiàn)有教材的基礎(chǔ)上，從以下幾個(gè)方面對(duì)物理化學(xué)的教學(xué)進(jìn)行探索。 

一、找準(zhǔn)定位，正確處理物理化學(xué)的學(xué)科歸屬問(wèn)題 

物理化學(xué)藥學(xué)院教學(xué)集中在化學(xué)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)，這是物理化學(xué)公認(rèn)理論性強(qiáng)的部分，藥學(xué)專(zhuān)業(yè)的物理化學(xué)教學(xué)應(yīng)偏重實(shí)用性而非理論性，授課時(shí)按照學(xué)生專(zhuān)業(yè)的需求進(jìn)行有目的、有側(cè)重點(diǎn)的教學(xué)，避免教學(xué)過(guò)于理論化，不貪大求全，精簡(jiǎn)復(fù)雜公式推理是最基本的要求，把課程教學(xué)和專(zhuān)業(yè)特色聯(lián)系起來(lái)是教學(xué)成功的保證。我們通過(guò)調(diào)研深入了解藥學(xué)學(xué)科設(shè)置、專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)以及學(xué)生的基礎(chǔ)。在多次和藥學(xué)教師座談的基礎(chǔ)上，把物理化學(xué)納入到藥劑學(xué)學(xué)科中的建設(shè)中進(jìn)行了大膽的嘗試。通過(guò)學(xué)科成員交流，首先改善了教師自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)，教師理論基礎(chǔ)得到強(qiáng)化，而且教師在講授物理化學(xué)課時(shí)更有針對(duì)性，能更好地聯(lián)系藥劑學(xué)知識(shí)。為此我們重新編寫(xiě)教學(xué)大綱，指明了熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)，增加了相平衡、界面現(xiàn)象和膠體大分子章節(jié)的教學(xué)份量。 

二、理論聯(lián)系實(shí)際，注重物理化學(xué)的興趣教育 

“興趣是一種心理傾向，學(xué)習(xí)興趣是學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的重要心理成分，是推動(dòng)學(xué)生探求知識(shí)的動(dòng)力之一。”[3]要讓學(xué)生學(xué)好物理化學(xué)這門(mén)課，必須讓他們喜愛(ài)這門(mén)課，這樣才能把他們吸引到這個(gè)抽象的世界中來(lái)。興趣教學(xué)不僅可以讓學(xué)生集中注意力，活躍思維，同時(shí)可以使得知識(shí)更牢固。如何培養(yǎng)學(xué)生興趣非常重要，理論聯(lián)系實(shí)際不失為有效途徑。物理化學(xué)知識(shí)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(ài)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(chē)內(nèi)燃機(jī)，電瓶車(chē)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(shí)把日常生活中孕育著的物理化學(xué)原理介紹給學(xué)生，讓學(xué)生感受到“知識(shí)就在身邊”，同時(shí)也體現(xiàn)了物理化學(xué)的重要性與實(shí)用性。我們摸索出“提出生活中的實(shí)際問(wèn)題—讓學(xué)生討論猜想—講述新課”的思路，將物理化學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系起來(lái)，舉一反三加深理解。物理化學(xué)很多章節(jié)與社會(huì)的發(fā)展、傳統(tǒng)文化都有聯(lián)系。如熱力學(xué)定律根本上否定“永動(dòng)機(jī)”的存在，也沒(méi)有“水變油”的可能；卡諾定律不僅和內(nèi)燃機(jī)替代蒸汽機(jī)有關(guān)，而且和當(dāng)今熱電廠“小改大”，節(jié)能減排息息相關(guān)；化學(xué)平衡移動(dòng)中勒夏特列原理與老子《道德經(jīng)》非常吻合。把單一的學(xué)科和社會(huì)生活、傳統(tǒng)文化聯(lián)系起來(lái)，不僅增強(qiáng)了學(xué)生興趣，而且增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，達(dá)到良好的教學(xué)效果。 

三、構(gòu)建多元化的評(píng)價(jià)體系，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展 

科學(xué)的評(píng)價(jià)方式不僅能客觀公正反映教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果，而且能激勵(lì)學(xué)生對(duì)該課程產(chǎn)生濃厚的興趣，提高學(xué)習(xí)的積極性。只注重期末考試而忽視平時(shí)考核很大程度上助長(zhǎng)個(gè)別學(xué)生的惰性，教學(xué)質(zhì)量自然受影響[4]。我們學(xué)校規(guī)定平時(shí)30%，卷面70%。為此，我們提出充分利用平時(shí)考核，做好形成性評(píng)價(jià)。從課堂討論、作業(yè)、專(zhuān)題研討多角度考察學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，讓學(xué)生積極參與其中，形成良性循環(huán)，讓每個(gè)學(xué)生把功夫用在平時(shí)，從源頭上提高其教學(xué)效果。我們平時(shí)考核，引入激勵(lì)加分制和警告扣分制等措施。對(duì)課堂上能積極主動(dòng)回答問(wèn)題參與討論的學(xué)生給予一定的分值獎(jiǎng)勵(lì)。對(duì)作業(yè)抄襲、研討敷衍的學(xué)生，除對(duì)其進(jìn)行思想教育外，還要給予警告扣分，使學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度，誠(chéng)信做人。實(shí)踐表明，多元化的評(píng)價(jià)體系和獎(jiǎng)懲分明的激勵(lì)制度能夠有效地提高學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。 

四、與時(shí)俱進(jìn)，運(yùn)用信息技術(shù)推進(jìn)物理化學(xué)教學(xué)的數(shù)字化 

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著電腦等多媒體的迅速普及，物理化學(xué)數(shù)字化教學(xué)提到日程，新興的多媒體數(shù)字化教學(xué)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的數(shù)字化模擬，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理都正改變著師生的教學(xué)模式[5]。實(shí)現(xiàn)物理化學(xué)教學(xué)的數(shù)字化是一項(xiàng)十分有意義的工作。 

1.課堂教學(xué)的數(shù)字化——板書(shū)與多媒體展示的有機(jī)結(jié)合。多媒體技術(shù)可以把抽象的、語(yǔ)言不易描述清楚的概念和理論直觀地展現(xiàn)給學(xué)生，從而幫助教師在物理化學(xué)教學(xué)中突破教學(xué)難點(diǎn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。其高效、信息量大的特點(diǎn)也有效地解決了學(xué)時(shí)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(zhuān)業(yè)緊密聯(lián)系。對(duì)難以理解的可逆過(guò)程、相平衡移動(dòng)、界面現(xiàn)象制作了相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)，增強(qiáng)學(xué)生理解。利用校園網(wǎng)絡(luò)供學(xué)生下載學(xué)習(xí)，并且網(wǎng)站內(nèi)容隨著教學(xué)內(nèi)容不斷更新。網(wǎng)絡(luò)課堂使教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度不斷得到發(fā)展，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)提供平臺(tái)。由于物理化學(xué)公式多，理論性強(qiáng)，許多公式與定律應(yīng)給出其來(lái)龍去脈，純粹以多媒體展示進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中無(wú)法及時(shí)跟蹤教師的思路，沒(méi)有思考的時(shí)間，學(xué)生主體地位被忽略。傳統(tǒng)的板書(shū)則可以彌補(bǔ)這方面的缺陷，板書(shū)靈活性強(qiáng)，好的板書(shū)是邏輯強(qiáng)的書(shū)面語(yǔ)言。它不僅可以使各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)嚴(yán)密吻合，而且可以有效地控制課堂節(jié)奏引導(dǎo)學(xué)生的思路沿著教師的講述而發(fā)展，有助于學(xué)生理清物理化學(xué)各知識(shí)點(diǎn)間的邏輯關(guān)系，對(duì)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(shí)，應(yīng)先對(duì)各知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)形式。只有真正地將多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)形式有機(jī)結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮多媒體技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，才能獲得滿(mǎn)意的教學(xué)效果，教學(xué)中以學(xué)生為中心，專(zhuān)題討論、案例教學(xué)在個(gè)別章節(jié)也要精心安排。2.數(shù)字化試題庫(kù)的建設(shè)。按照藥學(xué)課程要求，我們建立了相應(yīng)的題庫(kù)，并給出詳細(xì)的答案，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，學(xué)生可以進(jìn)行課余練習(xí)。目前這個(gè)方面有待加強(qiáng)，建設(shè)互動(dòng)式題庫(kù)，讓學(xué)生做的過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的問(wèn)題，互動(dòng)式寓學(xué)于樂(lè)的題庫(kù)建設(shè)將有利于促進(jìn)學(xué)生課后學(xué)習(xí)積極性。 

3.實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)字化處理。我們要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)采用計(jì)算機(jī)處理，例如蔗糖的水解、液體飽和蒸氣壓的測(cè)定，涉及變量關(guān)系，均要求用計(jì)算機(jī)繪制出來(lái)直線或者曲線關(guān)系。簡(jiǎn)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(xué)機(jī)會(huì)。計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)效率高，數(shù)據(jù)處理過(guò)程中也可以提高學(xué)生利用計(jì)算機(jī)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。根據(jù)學(xué)院規(guī)劃，逐步引進(jìn)能和計(jì)算機(jī)相連的實(shí)驗(yàn)儀器。例如凝固點(diǎn)降低法測(cè)定物質(zhì)的分子量，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)記錄數(shù)據(jù)，自動(dòng)找出凝固點(diǎn)，非常方便。使用數(shù)字化的儀器數(shù)據(jù)精度高，而且學(xué)生緊跟時(shí)展的步伐，把握社會(huì)發(fā)展脈搏。數(shù)字化儀器當(dāng)今科技的前沿之一，但我們教學(xué)的重點(diǎn)應(yīng)放在如何利用儀器，而不是去詳細(xì)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(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的重要組成部分，在學(xué)校相關(guān)政策的支持下。我們積極進(jìn)行精品課程網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，使學(xué)生能隨時(shí)關(guān)注最新的物理化學(xué)教學(xué)過(guò)程，同時(shí)能及時(shí)下載自己需要的學(xué)習(xí)資料，課程建設(shè)也加強(qiáng)了教師自身專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的提高。 

明確藥學(xué)專(zhuān)業(yè)中物理化學(xué)的定位，正確處理物理化學(xué)的學(xué)科歸屬問(wèn)題，和藥學(xué)學(xué)科建設(shè)相結(jié)從而不斷豐富教學(xué)內(nèi)容。通過(guò)將物理化學(xué)內(nèi)容與日常生活、生產(chǎn)實(shí)踐以及其他化學(xué)課程的學(xué)習(xí)相結(jié)合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)形象生動(dòng)的多媒體教學(xué)，突破教學(xué)難點(diǎn)，提高教學(xué)效率，使學(xué)生在輕松愉快中掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)。構(gòu)建多元化的評(píng)價(jià)體系培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，運(yùn)用信息技術(shù)增加學(xué)生獲取知識(shí)的信息量，對(duì)提高物理化學(xué)教學(xué)質(zhì)量是均有明顯效果。 

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論文摘要：將量子化學(xué)原理及方法引入材料科學(xué)、能源以及生物大分子體系研究領(lǐng)域中無(wú)疑將從更高的理論起點(diǎn)來(lái)認(rèn)識(shí)微觀尺度上的各種參數(shù)、性能和規(guī)律，這將對(duì)材料科學(xué)、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(xué)是將量子力學(xué)的原理應(yīng)用到化學(xué)中而產(chǎn)生的一門(mén)學(xué)科，經(jīng)過(guò)化學(xué)家們的努力，量子化學(xué)理論和計(jì)算方法在近幾十年來(lái)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(jí)問(wèn)題上已經(jīng)受到足夠的重視。目前，量子化學(xué)已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)的各個(gè)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(duì)實(shí)際工作起到了很好的指導(dǎo)作用。本文僅對(duì)量子化學(xué)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(jiǎn)要介紹。

一、在材料科學(xué)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(jì)算量子化學(xué)開(kāi)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(shí)際問(wèn)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(duì)水泥石的強(qiáng)度起著關(guān)鍵作用。程新等[1,2]在假設(shè)材料的力學(xué)強(qiáng)度決定于化學(xué)鍵強(qiáng)度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學(xué)強(qiáng)度的大小差異。計(jì)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(jí)基本一致，而含Sr鈣礬石、含Ba鈣礬石中的Sr，Ba原子鍵級(jí)與Sr-O，Ba-O共價(jià)鍵級(jí)都分別大于含Ca鈣礬石中的Ca原子鍵級(jí)和Ca-O共價(jià)鍵級(jí)，由此認(rèn)為，含Sr、Ba硫鋁酸鹽的膠凝強(qiáng)度高于硫鋁酸鈣的膠凝強(qiáng)度[3]。

將量子化學(xué)理論與方法引入水泥化學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)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(lái)，也為水泥材料的設(shè)計(jì)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(guò)渡金屬(Fe、Co、Ni)中氫雜質(zhì)的超精細(xì)場(chǎng)和電子結(jié)構(gòu)，通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算表明，含有雜質(zhì)石原子的磁矩要降低，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常一致。閔新民等[4]通過(guò)量子化學(xué)方法研究了鑭系三氟化物。結(jié)果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結(jié)合能計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值定性趨勢(shì)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(jì)算[5]。再比如說(shuō)，NbO2是一個(gè)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(guò)量子化學(xué)方法進(jìn)行的計(jì)算和討論，并通過(guò)計(jì)算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質(zhì)方面存在的差異[6]。

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

二、在能源研究中的應(yīng)用

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

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

量子化學(xué)計(jì)算在研究煤的模型分子裂解反應(yīng)機(jī)理和預(yù)測(cè)反應(yīng)方向方面有許多成功的例子,如低級(jí)芳香烴作為碳/碳復(fù)合材料碳前驅(qū)體熱解機(jī)理方面的研究已經(jīng)取得了比較明確的研究結(jié)果。由化學(xué)知識(shí)對(duì)所研究的低級(jí)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(yàn)方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的從頭計(jì)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(duì)設(shè)計(jì)路徑的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了計(jì)算。由理論計(jì)算方法所得到的主反應(yīng)路徑、熱力學(xué)變量和表觀活化能等結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比有較好的一致性，對(duì)煤熱解的量子化學(xué)基礎(chǔ)的研究有重要意義[7]。（二）在鋰離子電池研究中的應(yīng)用

鋰離子二次電池因?yàn)榫哂须娙萘看?、工作電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全可靠、無(wú)記憶效應(yīng)、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，被人們稱(chēng)之為“最有前途的化學(xué)電源”，被廣泛應(yīng)用于便攜式電器等小型設(shè)備，并已開(kāi)始向電動(dòng)汽車(chē)、軍用潛水艇、飛機(jī)、航空等領(lǐng)域發(fā)展。

鋰離子電池又稱(chēng)搖椅型電池，電池的工作過(guò)程實(shí)際上是Li+離子在正負(fù)兩電極之間來(lái)回嵌入和脫嵌的過(guò)程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機(jī)理對(duì)進(jìn)一步改善鋰離子電池的性能至關(guān)重要。Ago等[8]用半經(jīng)驗(yàn)分子軌道法以C32H14作為模型碳結(jié)構(gòu)研究了鋰原子在碳層間的插入反應(yīng)。認(rèn)為鋰最有可能摻雜在碳環(huán)中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子軌道法對(duì)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(jià)性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子軌道計(jì)算法，對(duì)低結(jié)晶度的炭素材料的摻鋰反應(yīng)進(jìn)行了研究，研究表明，鋰優(yōu)先插入到石墨層間反應(yīng)，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。

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

三、在生物大分子體系研究中的應(yīng)用

生物大分子體系的量子化學(xué)計(jì)算一直是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學(xué)可以在分子、電子水平上對(duì)體系進(jìn)行精細(xì)的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關(guān)酶的催化作用、基因的復(fù)制與突變、藥物與受體之間的識(shí)別與結(jié)合過(guò)程及作用方式等，都很有必要運(yùn)用量子化學(xué)的方法對(duì)這些生物大分子體系進(jìn)行研究。毫無(wú)疑問(wèn)，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(jì)并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘,進(jìn)而調(diào)控基因的復(fù)制與突變，使之造福于人類(lèi)；可以根據(jù)藥物與受體的結(jié)合過(guò)程和作用特點(diǎn)設(shè)計(jì)高效低毒的新藥等等，可見(jiàn)運(yùn)用量子化學(xué)的手段來(lái)研究生命現(xiàn)象是十分有意義的。

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

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