汽车动力学理论精选(九篇)

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第1篇：汽车动力学理论范文

【关键词】独轮车机器人；实验平台；多体动力学；多信息融合

0 引言

独轮车机器人是轮式机器人家族的一员，涉及到力学、机械学、计算机科学、电子学、控制论、信息技术等许多学科和技术[1-2]。既具有轮式机器人移动快、运动灵活的特点，又有其静态不稳定、动态可稳定的独特特性[3]。借助多体动力学理论与多信息融合技术，搭建独轮车机器人的实验平台，对本科生、研究生学习应用相关知识与技术起到积极的促进作用。

1 独轮车机器人实验平台的建设内容

在充分考虑专业培养方案的基础上，结合实际教学的需要，桂林电子科技大学机电工程学院机械电子工程系搭建了一种独轮车机器人实验平台，该平台主要包括几大模块：

1.1 动力学模块

该模块包含机器人机构简图的绘制、整体与局部坐标系的建立（如图1）、机器人各构件的运动学分析（角速度、质心速度分析）、选取动力学分析方法（拉格朗日法、牛顿-欧拉法、凯恩法、查普雷金法等）、建立机器人运动与关节驱动力之间关系的数学模型。通过该模块，学生全面应用所学的高等数学、线性代数、理论力学、机械原理、工业机器人等相关课程的知识。

1.2 机械系统模块

该模块包含机构本体的设计、传动系统的设计。机构本体包括车架、行走轮、腰轮、摆轮四个部分（如图2），其中，行走轮可调整车架的前后俯仰角，腰轮调整车架转弯的航向角，摆轮调整车架侧向倾角。设计时，行走轮、腰轮、摆轮的转轴设计成两两正交，可以在物理上实现三者运动的部分解耦，从而降低系统建模的复杂度。传动机构采用齿轮传动，由电机齿轮与轮毂齿轮相啮合。通过该模块，学生全面应用所学的机械原理、机械设计等相关课程的知识。

1.3 测控系统模块

该模块包括一块DSP控制板、三台伺服驱动器、三台薄饼直流电机、三只增量式编码器、三个电流传感器、一个惯性测量单元（陀螺仪）、一对无线数传模块、三只TTL信号转RS232电平模块、电源模块若干、两块航模动力电池，测控系统结构框图如图3所示。通过该模块，学生在硬件连接、信号传输、供电方案上可以更清晰、直观的了解和掌握相关知识。

1.4 控制策略模块

该模块包括基于动力学模型设计控制器、系统稳定性条件、控制策略的仿真验证实验、控制策略的样机验证实验。通过该模块，学生全面应用C语言、单片机原理与接口技术、MATLAB/Simulink软件技术、控制工程基础、计算机控制技术等相关知识。

2 实验平台在教学与科研中的实施方案

在教学方面，结合我校机电工程学院开设《机器人综合设计》实训课程的特点，努力为社会培养机电一体化应用型人才为目的，教师可以从展示领域最新动态、融合多种教学方法、加强课程知识融合、提升学生综合实力等几个方面进行课程教学改进，这些方法相辅相成；在科研方面，教师可以从独轮车机器人单一（侧向、俯仰）运动平衡控制、综合（侧向+俯仰、俯仰+航向、侧向+俯仰+航向）运动平衡控制、转弯平衡机理等方面进行深入研究。具体如下：

2.1 在教学中的实施方案

2.1.1 展示领域最新动态――找差距

机器人技术发展迅速、日新月异，尚待研究的问题也层出不穷，因此想要精通机器人技术所有的内容是不现实的。该实验平台可以起到抛砖引玉，让学生既掌握基础理论，又了解前沿动态，还能提高学生的学习兴趣。该领域最新动态――国内北京工业大学、哈尔滨工业大学等院校研制的独轮车机器人，国外日本的“村田顽童”娱乐自行车机器人、“村田婉童”骑独轮车机器人等，对比出我国在该领域与国外先进机器人的差距，提高学生学习主动性。

2.1.2 融合多种教学方法――任务式教学

不局限于课堂板书、PPT讲授模式，该实验平台带给学生更多的是以“用”带“学”、以“学”促“用”，课前布置好学生的实验任务，为完成相应的任务，学生需提前学习相关知识，即以“用”带“学”，带动学生的学习积极性。课堂上学生需自己动手设计并操作控制机器人，将课前所学的知识用到实处，即以“用”促“学”，使学生产生极大的成就感。

2.1.3 加强课程知识融合――形成体系

机器人技术本身是一门新兴、边缘、交叉学科。独轮车机器人实验平台的研发过程[4]需要学生具备工程力学、机械原理、机械设计、电子技术、嵌入式技术、传感器技术、控制原理、计算机控制技术等多门课程知识，并完成课程间的知识融合，由单一的课程知识点到学科间的面，甚至形成知识体系。

2.1.4 提升学生综合实力――合作创新

该实验平台的四个模块并不孤立，它们相辅相成，构成一个机器人系统。从机器人的动力学建模到机械系统设计、测控系统设计、控制器设计与编写，再到物理样机实验平台的搭建，最后到仿真实验和物理实验，学生在这一过程中会遇到各种各样的问题。如何查找资料、与团队中其他成员分工任务、沟通交流各种事宜、协同控制操作机器人、改造创新各项子任务，这一过程中每个问题的解决，都会使学生综合实力得到进一步的提升。

2.2 在科研中的实施方案

2.2.1 单一运动平衡控制――侧向、俯仰

首先基于多体动力学方法建立侧向或俯仰运动的简化力学模型，基于模型采用部分反馈线性化法或其他方法设计平衡控制器，给出所设计的控制器的稳定条件。将控制器算法写入DSP控制板，完成单一运动的平衡控制实验。该实验是实现独轮车机器人全方位运动的基础。

2.2.2 综合运动平衡控制

基于多体动力学方法建立完整的机器人动力学模型，设计全方位运动的平衡控制器。仿真分析平衡运动的车体及各转盘运动轨迹，以及关节驱动力矩变化情况；实验验证所建立模型的可靠性和所设计的控制器的有效性。该部分实验涉及机器人全方位平衡控制，有较大难度。

2.2.3 转弯平衡机理

为使机器人更灵活的转向，机器人内部的物理参数（质量、转动惯量等）、几何参数（车轮半径、各构件质心高度、整体质心高度等）、控制参数（位置、速度反馈系数等）应如何设计或设置，这些参数对平衡控制的稳定性有何影响。这部分研究将从更深层次揭示机器人全方位运动（转弯平衡）的内在机理。

当然，科研与技术问题不局限于所列出的内容。随着研究的深入，还会有更多的不为人知的平衡机理等着我们去探索。

3 实验平台在教学与科研中的桥梁作用

教学与科研一直以来都不是对立体，它们之间有着相辅相成、互相促进的紧密联系。利用该独轮车机器人实验平台，教师将教学中学生学习、应用知识这一过程与科研中学生应用、创新知识这一目标有机的结合，为教学与科研架起一座桥梁。

【参考文献】

[1]郭洪红.工业机器人技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007，9.

[2]刘峰，魏明，马爱民.基于机器人活动的交通设备与控制工程专业大学生创新能力培养模式[J].科技视界，2015（11）：96-97.

第2篇：汽车动力学理论范文

关键词：双层隔振；刚度；阻尼；平顺性；ADAMS仿真

中图分类号：U469.21文献标文献标志码：A文献标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

工程实践中的各种运载工具都要受到外界激励的作用，产生强迫振动。为了提高车辆运行的平稳性和乘客乘坐的舒适性，需采取有效措施对振动进行控制、隔离[1-2]。研究和分析隔振系统的激励响应，通过选取合理的系统参数，对于改善隔振系统的性能具有十分重要的意义。文中的厢式货车用于运输贵重易碎物品，为了保证货箱内货物的安全，防止在运输过程中受到振动冲击而损坏，必须对车辆的平顺性进行仿真分析，进而对整车减振系统的可靠性进行评估。因此本文根据双层隔振系统减振器参数的设计理论，计算出液压阻尼减振器的弹簧刚度和阻尼，然后采用ADAMS软件对整车多体动力学模型进行平顺性仿真分析，以评价双层隔振系统的隔振效果。

1 减振器弹簧刚度及阻尼的计算

隔振有两类，一类是隔离机械设备通过支座传至地基的振动，以减小动力的传递，称为主动隔振；另一类是防止地基的振动通过支座传至需要保护的精密设备或仪器仪表，称为被动隔振[3]。文中探讨的车辆隔振系统属于被动隔振。由于单层隔振系统有其自身的缺点：对低频激励，隔振刚度必须很小，因而导致系统过分柔软，稳定性差；在中高频区域，隔振效果也不尽理想。采用双层隔振系统可以得到较好的隔振效果。所谓双层隔振系统，就是在单层隔振系统的振动体和振源之间插入一个中间质量（或称中间基座），振动体弹性地安装在中间质量上，然后再将振动体和中间质量组成的单层隔振装置弹性地安装在振源基础上，其简图如图1所示。

该厢式货车采用通用货车底盘，并根据双层隔振理论进行了改装，加装了副车架和车箱，且在车箱与底板之间加装了液压阻尼减振器。液压阻尼减振器的工作原理是：当车架与车桥做往复相对运动时，活塞在减振器的缸筒内也做往复运动，减振器壳体内的油液便反复地从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时，液体与内壁的摩擦及液体分子的内摩擦便形成对振动的阻尼力，使车身和车架的振动能量转化为热能，被油液和减振器壳体吸收然后散发到大气中[4]。

双层隔振系统由2部分质量组成。假如仅考虑隔振设备沿垂直方向的运动，可以将其简化为2个自由度系统的强迫振动问题[5-6]。如图1（b）所示，图中为车架、车箱的质量,为底板的质量。

在车架、车箱和底板组成的双层隔振系统中，阻尼减振器弹簧刚度值的选取，对于减振效果起着决定作用。

设置隔振时，外界干扰频率远大于系统固有频率。远离共振区，阻尼对振幅的影响较小，在计算中可略去阻尼。设置振动时，质量、的振幅分别为

设备隔振时，要求（这里为负值，因为基础和质点的运动相位相反）。上式有2个根，取其中较大的才能起到隔振作用，而为正数，因此得到

式中：为外界干扰频率；为上层隔振系数，其值取决于的抗振能力，一般可取0.2～0.4；为下层隔振系数，一般取为0.05；质量比。

现已知，其中

为一侧前悬架的刚度，为一侧后悬架的刚度。,，，，。

这样计算出的为底板下24个弹簧总的刚度值，由于这24个弹簧是并联关系，且并联弹簧的刚度等于各弹簧刚度之和,所以每个弹簧的刚度。最终刚度值为；再根据振动理论中 [7]，其中为已知的选件阻尼系数，为计算出的刚度值，为底板的每个弹簧承受的质量，将所对应的值代入公式可得阻尼比为0.1。

2 整车虚拟样机模型的建立

为评价双层隔振系统的减振效果，达到保护运输货物的目的，需要对整车做平顺性仿真分析。ADAMS/View软件包可以方便地建立整车多体动力学模型，进行平顺性仿真分析。

ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件，该软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线[8]。

2.1 参数化建模

利用ADAMS软件对虚拟样机进行分析，首先要建立整车系统的虚拟样机模型，利用多体动力学理论在ADAMS软件中建模通常有两种方法：

一种是通过ADAMS提供的CAD模型数据接口导入常用CAD软件建立的几何模型，然后在ADAMS中根据实际结构添加力和约束，完成整车虚拟样机模型的建立。这种建模方法优点是模型具有良好的可视化效果，几何建模方便迅速，但在设置一些物理参数(如质量、质心位置和转动惯量等)时较为繁杂。更重要的是从三维CAD软件中转化的模型不能进行参数化计算，不能直接修改几何尺寸，若要修改几何尺寸必须返回到三维CAD软件中，修改完后再重新导入。

另一种是利用ADAMS中的建模工具，根据模型的实际结构参数，直接在ADAMS中建立整车虚拟样机模型。这种方法，因为ADAMS建模功能有限，所以在几何建模时较为复杂，但是系统会自动生成物理参数，无需手动设置，且可以在建立模型时， 根据分析需要确定相应的关键变量，并将关键变量设置为设计变量。在分析过程中，只需改变样机模型中有关变量的参数值，程序就可以自动更新整个样机模型，得到同结构形式下的新车型，也可重建派生得到其它结构形式。本文中的整车模型采用参数化建模，便于对不同参数进行分析设计。

参数化建模所需参数包括几何参数(如部件的外形和安装位置等)、物理参数(如质量、质心位置和转动惯量等)和力学参数(弹簧的刚度和阻尼等)。根据多体动力学理论和ADAMS软件的要求，如果整车模型的几何参数、物理参数和力学参数与实车参数相同，模型就能表达出实车结构的几何关系、物理关系和力学关系，仿真结果与实车是等价的。

几何参数中，各部件的连接位置必须准确给定，因此必须对其建立设计变量。由于对所有的物理参数进行了参数化，质量、质心位置和转动惯量均可直接进行参数控制，因此描述几何外形的几何参数就显得不那么重要，可以进行相应的简化，只要保证模型具有良好的可视化效果即可。

物理参数中，质量、质心位置和转动惯量是进行多刚体动力学分析中最重要和最基本的量，因此必须对车辆所有相关部件或部件总成的质量、质心位置和转动惯量进行参数化，建立参数变量。

力学参数中，弹性元件的刚度和阻尼等是约束多刚体动力学不可或缺的，因此必须对悬架系统和底板阻尼减振器的弹簧刚度和阻尼进行参数化，建立参数变量。

由于只需对整车进行平顺性仿真，所以在建模时，只建立与平顺性仿真有关的部件，主要包括驾驶室、车架、悬架系统、车轴和轮胎、路面及车箱等部分。而将其它与平顺性分析关系不大的部件，如动力系统、传动系统、转向系统等机构，简化为簧载质量，而不进行专门建模，基于如下假设：

(1)根据实际情况，各零部件之间运用相应的运动副进行连接，运动副内摩擦力不计；

(2)除弹性元件外，其余零部件均认为是刚体，在仿真分析过程中不考虑它们的变形；

(3)主要考虑在B、C、D级公路上的动力学特性，直接在车轮上加驱动实现其运动特性；

选取的空间坐标系为：以质心指向地面的垂线与两车轴水平中平面的交点为原点，汽车左右对称平面为XOY平面，X轴正方向指向后方，Y正方向垂直向上，建立的整车模型如图2所示。

2.2 模型输入输出的建立

要完成整车平顺性仿真分析，必须在虚拟样机模型上定义相应的输入和输出。输入可以是力、位移，其形式可以是正弦扫描激励、旋转质量激励、功率谱密度函数，或是用户自定义的函数；输出可以是位移、速度、加速度、力、力矩，以及相应的功率谱密度函数等。文中以4个车轮所在地基处的路面激励为输入，其形式为功率谱密度函数；以底板振动加速度为输出，评价阻尼减振器的减振作用。输入的功率谱密度函数首先是利用MATLAB软件分别生成满足B、C、D级路面功率谱密度条件的随机数据系列，来模拟路面不平度，然后将随机数据系列导入到ADAMS中生成样条曲线（SPLINE），利用样条曲线来编辑车轮输入函数，这样就实现了在车轮上施加相应的路面激励。整车模型的车轮垂直振动由长方体平板带动，故只需利用相应的样条曲线来定义长方体板上的驱动方程，实现车轮的随机振动。

3 整车平顺性仿真

汽车的平顺性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内，因此平顺性主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价，对于载货汽车还包括保持货物完好的性能，这是现代高速汽车的主要性能之一[10]。

对于汽车平顺性分析，目前国际上采用较多的有以下几种方法：

（1）1/3倍频带分别评价方法；

（2）总的加速度加权均方根值评价方法；

（3）人体或车身振动的总的加速度均方根值评价方法；

（4）车身振动（或座椅）的最大垂直加速度评价方法。

为保证货箱内货物的安全，防止在运输过程中受到振动冲击而损坏,所以整车减振系统的设计目标设定为底板质心处振动加速度峰值小于0.75，即为7 500 mm/s2，为了进行减振系统设计的可行性分析，在做平顺性仿真分析时，采用测量底板质心处最大垂直振动加速度的评价方法，以便与设计目标进行对比分析。但由于这种方法只以垂直振动加速度的峰值作为评价指标，只是反映了振动的最大值，而不能综合评价整体振动的情况，因此，又计算了总的加速度加权均方根值，作为辅助评价指标。

分别输入B、C、D级路面功率谱密度函数，经仿真得到底板质心处的振动加速度曲线，如图3、图5、图7所示。然后，用刚性连接代替阻尼减振器，相当于单层隔振系统。再仿真后得到单层隔振系统下的底板质心处的振动加速度曲线，如图4、图6、图8所示。

表1为单双层隔振系统下底板质心处垂直振动加速度最大值与振动加速度均方根值的比较表。

由图3、图4可知，在B级路面上，双层隔振系统底板垂直振动加速度值大多分布在-500 mm/s2～+500 mm/s2之间，振动加速度的最大值为760 mm/s2，满足整车减振的目标。单层隔振系统底板垂直振动加速度值大多分布在-1 500～+1 500 mm/s2之间，振动加速度的最大值为3 170 mm/s2，也满足整车减振的目标。

由图5、图6可知，在C级路面上，双层隔振系统底板垂直振动加速度值大多分布在-1 500～+1 500 mm/s2之间，振动加速度的最大值为3 000 mm/s2，满足整车减振的目标。单层隔振系统底板垂直振动加速度值大多分布在-6 000～+6 000 mm/s2之间，振动加速度的最大值为7 510 mm/s2，不满足整车减振的目标。

由图7、图8可知，在D级路面上，双层隔振系统底板垂直振动加速度值大多分布在-2 500～+2 500 mm/s2之间，振动加速度的最大值为5 020 mm/s2，满足整车减振的目标。单层隔振系统底板垂直振动加速度值大多分布在-7 500～+7 500 mm/s2之间，振动加速度的最大值为11 040 mm/s2，不满足整车减振的目标。

从图9可以看出，双层隔振系统中，D级路面上底板的振动最为强烈，C级路面上底板的振动次之，B级路面上底板的振动最好，即随着路面等级的升高，振动加速度值越来越小，汽车的平顺性也越好。底板振动加速度功率谱密度描述了底板振动加速度在1～100 Hz频率范围内的分布情况，加速度峰值所处的区域基本上未发生变化。由此可见，特定车速不同等级路面上，路面等级越高，底板的振动加速度值就越小，汽车的平顺性就越好。

4 结束语

⑴采用多体系统动力学理论和虚拟样机技术对双层隔振系统进行仿真研究的方法简单可行。

⑵仿真分析表明，双层隔振系统的减振效果优于单层隔振系统的减振效果。因此，应合理选取双层隔振系统中阻尼减振器的参数值。文中设置的厢式货车双层隔振系统的参数值达到了隔振的目的。

⑶厢式货车双层隔振系统的仿真研究已应用于实车的改进与设计分析中，取得良好效果。

参考文献(References):

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第3篇：汽车动力学理论范文

关键词：Adams/Car；随机振动；前悬架；工程车辆

工程车辆在工作过程中会受到路面不平度的激励，该激励是一种随机激励，导致车辆产生随机振动[1]。车辆前悬架主要功用是承载车身重量、缓冲和传递来自路面不平度对车辆的激励，保证车辆平顺地行驶。在工程车辆中应用广泛的非独立式悬架系统结构简单、强度高、行驶中前轮定位变化较小，但其舒适性及操纵稳定性都较差。

基于Adams/Car模块建立车辆前悬架系统模型，在标准路面不平度激励下进行随机振动仿真分析，对车辆前悬架结构参数设计、疲劳寿命分析等具有重要参考价值。

1 前悬架系统模型

前悬架系统模型如图1所示，主要包括：1.制动器，2.浮动拖盘，3.轮胎，4.车轴，5.横向拉杆，6.板簧，7.减振器，8.弹性衬套，9.转向机构。制动器在垂向施加随机激励，转向节与销轴简化为三角形机构。

汽车悬架系统主要作用是抑制路面不平度引起的振动和冲击。在Adams/Car模块中参数设置包括轮胎的刚度、自由半径、质量、轮胎属性文件、簧载质量和车辆轴距等，如表1所示。

2 路面模型

路面模型是随机振动分析的关键数据，主要采用路面功率谱密度描述其统计特性，GB/T7031-2005《机械振动-道路路面谱测量数据报告》[2]中将路面分为A～H共8个等级。在实际工程中，该车辆行驶的路面等级主要为B、D和F级，其路面不平度系数分别为64、1024和16384。本文采用傅立叶变换与逆变换法，结合数据采样定理[3]，分别求得其路面不平度曲线，并将得到的路面曲线转换成.TXT文件后，复制得到的两列数据并分别拷入所规定格式的[NODES]和[ELEMENTS]两栏，保存并放入对应的文件夹中。

3 Adams/Car动力学仿真分析

基于Adams/car的前悬架随机振动分析主要是建立动力学方程并求解，建立好前悬架系统模型，将路面文件通过试验台加载到车轮上。在Simulate菜单下选择Suspension Analysis-Dynamic，设置仿真文件名，仿真持续时间10s，仿真步数1000，激励模式：Displacement[4]。图2为悬架在F级路面激励下的垂向位移时域和频域曲线图。

4 结束语

对比前悬架结构在B、D和F级路面激励下的仿真结果：

（1）随着路面不平度的增大，悬架结构垂直振动的位移峰值逐渐增大，峰值所对应的频率为7.9Hz和9.8Hz附近，固该型辆车桥结构振共频率约为8Hz和10Hz。振动的位移量相对较小，但振动产生的位移长期作用，对悬架结构的使用寿命影响很大。

（2）由相关文献可知，人体上下振动的共振频率在4～6Hz[5]，基本不包括上述分析的峰值频率所在范围，对人体的影响很小，基本可以满足车辆行驶的平顺性要求。

参考文献

[1]徐昭鑫.随机振动[M].北京：高等教育出版社，1990.

[2]GB/T7031-2005.机械振动-道路路面谱测量数据报告[S].北京：中国标准出版社，2005.

[3]王鹏利，郭瑞峰.基于数值模拟载荷谱的车辆前桥随机振动疲劳寿命分析[J].工程机械，2013（44）.

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

第4篇：汽车动力学理论范文

【关键词】节能赛车 造型设计 仿真 材料 模型制作

本田节能竞技赛车大赛是由日本本田（Honda）汽车公司举办，所有赛车搭载组委会提供的125cc低油耗4冲程发动机，各个车队独立完成对发动机的改造及车架结构、车身造型的设计，最终以同等路程的燃油消耗量为评判依据。

一、造型设计流程分析

鉴于同等路程的燃油消耗量为比赛结果的评判标准，故要求设计者通过减少能量损失来降低整车的行驶能耗。经过对裸车架和有车壳的节能赛车的对比试验，发现二者燃油消耗量竟相差一倍之多。再根据汽车行驶方程：驱动力=风阻+摩擦阻力+加速阻力+爬坡阻力，发现风阻和摩擦阻力都受到车身造型的影响。故车身造型对减少整车行驶能耗、提升整车动力性能具有重要作用。

节能竞技赛车的造型设计主要分为三个阶段。首先是车身造型设计阶段，结合设计美学、仿生学、色彩学等知识，设计出符合空气动力学要求的气动车身造型。其次是空气动力学仿真，车体匹配仿真阶段，利用CFD仿真技术计算流体动力学，针对车壳和车架做车体匹配仿真，检查有无干涉是否匹配，确定最终方案；工艺材料分析、车身模型制作阶段，对比分析材料特性、加工工艺，选定制作材料，完成模型制作，车壳成型。

二、车身造型仿生与色彩设计

仿生设计已经被广泛应用于汽车造型设计。从自然界寻找设计灵感，将自然和谐的生物形态、合理的生物结构应用于汽车造型，不仅能提升整车的视觉冲击力与吸引力，还能使整车造型气韵生动、富有生命力。经过对生物流体结构及美感特征的分析，选定以具有流线美的大白鲨为生物原型进行仿生设计。大白鲨流线型造型饱满有力、优美光滑，身体呈“中间宽、两头尖”的纺锤状结构，可有效的分散行进阻力，加快运动速度。

通过对大白鲨的流线型造型特点及神态特征的提取，结合低空气阻力系数车身应满足的条件，以大白鲨的流线型特征为蓝本进行了节能赛车的优化仿生设计。根据人机工程学理论，设定了整车的尺寸与驾驶空间，整车长约2.5m，宽约1m，高约0.6m。在保证驾驶员安全舒适的同时，在前方为驾驶者留有90度的观察视野，以确保驾驶者视线清晰。以大白鲨为仿生原型的节能赛车源于具象而又超越具象，整车造型光滑流畅、饱满有力、曲线丰富而又细腻。

车身主体以黑色为主，辅以柳红色，红黑配色相得益彰、动感十足，使整车造型稳重而又不失激情。在车顶窗与车体分界线的位置以柳红色过渡，突显曲面的光滑饱满。自车头延伸至车身中部加一抹火焰状的明亮的柳红色，有利于在视觉上拉伸整体造型，彰显优美修长、富有动感的侧面形态。

三、空气动力学仿真与车体匹配仿真

根据前期设计方案，利用Rhino软件输出三维模型，再利用CFD仿真技术计算流体动力学，分析赛车的阻力和升力两个因素。根据空气阻力分析发现，由于车架底部、车轮等构件未包裹，导致内循环阻力增大；由于车头位置较窄较高、尾部过宽，导致气流通过不顺畅、行车不稳定。针对上述问题修改方案，对车架实行全包裹，仅在车轮位置留有转向空间，尽量压低车头前端造型，适当加宽中前部造型，使前车头和尾部尽量尖锐化。对修改后的方案进行二次空气动力学仿真，之前存在的问题得到了缓解，有效降低了整车的气动阻力、侧风条件下的升力。

空气动力学仿真后进行车壳、车架匹配仿真。大赛规定：参赛车辆的车轮必须为3轮以上（包括3轮）。为了降低行进阻力、保证行驶的安全性，选取前两轮后一轮的车架模式。对输出的车壳和车架的三维模型做车体匹配仿真，发现在车轮处留有的10cm的转向空间较适宜，其余位置经检查无干涉，车壳和车架很匹配，确定了最终的三维模型。

四、工艺材料分析与模型制作

据数据显示，整车质量减轻10%，油耗可减少8.5%。节能赛车也是如此，选择轻质材料对降低整车行驶能耗具有重要作用。节能竞技赛车比较常见的车体材料为铝材、玻璃钢和碳纤维。经分析发现铝材虽可满足轻巧、塑性强、易加工的要求，但其自身硬度较低，易使车壳不稳定。玻璃钢硬度高、性能稳定，但质量略重。碳纤维质量轻、硬度高，但加工模型过程复杂，成本较高。

在充分衡量各材料轻便、结实、安全和价格等的因素下，选定强芯毡、玻璃纤维、碳纤维、树脂为备选材料，制作1：20的小比例模型，进行材料分析实验。1.强芯毡和玻璃纤维实验。一层强芯毡一层玻璃纤维：强度够，但曲面部分成型困难，表面平整度不好。2.玻璃纤维和树脂实验。两层玻璃纤维加树脂：强度适中，光滑度好，成型容易控制。3.碳纤维和树脂实验。碳纤维加树脂：强度高，质量最轻，但成本较高。综合衡量各材料的特性及工艺水平，最后选定车体由玻璃纤维和树脂材料加工制作，透明车窗部分选用亚克力材料。

模型制作阶段主要分为以下五个步骤：第一步：从三维图中导出三视图1：1打印，作为整车的尺寸参照图；第二步：依据车身尺寸，选用聚氨酯塑料制作模具，再用石膏为模具定型；第三步：清理模具，刷上脱模剂，再用薄膜隔离、上玻璃纤维刷树脂晾干；第四步：选择开模位置，把上下分开；第五步：进行和车架的匹配安装。

结语

北京林业大学设计制作的节能竞技赛车曲面饱满、富有动感，符合空气动力学要求。本文重点讲述了节能赛车车身造型仿生与色彩设计的过程、空气动力学仿真与车壳、车架匹配仿真的作用及工艺材料分析与模型制作的方法，通过阐述北京林业大学节能竞技赛车设计实践应用，可以为其他车队提供借鉴。

参考文献：

[1]付桂涛. 汽车造型设计中的仿生原理[J]，装饰，2006（7）.

[2]余柳燕.汽车燃料经济性试验方法与评价体系[D]，武汉理工大学，2011 （73）.

作者：乔丽华系北京林业大学艺术设计学院工业设计专业2013级硕士研究生

第5篇：汽车动力学理论范文

关键词：气体动力学;CFD技术;教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）18-0156-02

引言：

“气体动力学”是在连续介质的假设情况下，研究可压缩、有加热、加功效应且含有化学反应的气体介质的运动规律，以及气体与固体之间有相对相对运动时相互作用力的学科。它是飞行器动力工程、航天/航空工程、兵器工程等专业非常重要的一门专业性基础课程，对学生整体的专业素质培养和后续专业课程的学习有着至关重要的作用。但是，学生普遍感觉到这门课程比较不容易懂，是不好啃的“硬骨头”。主要原因是“气体动力学”课程中应用的数学知识比较多，相关的概念又比较抽象、枯燥、不容易理解，公式推导比较复杂，这些原因使得学生常常感觉到理论比较高深，从而产生了一定的畏难心理。

20世纪60年代之后，伴随着高速电子计算机的出现和计算方法的不断创新，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）已经成为了一个独立的学科分支。它主要是以运用计算机作为数值模拟的手段，运用一定的计算技术来寻找出一个满足定解条件的各种复杂流体力学问题的数值解，并通过进一步分析数值结果，获得相关的流动规律或解决工程实际问题的。CFD的一大优势就是可以通过流动显示技术来将计算结果进行直观的显示，将抽象的概念、理论变成了形象的画面展示出来。因此，CFD技术在“气体动力学”课程教学和研究中的作用和地位得到了不断的提升，现在已经有一些教学工作者正在尝试将CFD技术运用到“流体力学”、“传热学”等课程的教育教学当中，并且取得了比较好的教学效果。

为此，我们认为结合“气体动力学”课程的发展趋势，在本科生“气体动力学”课程教学中引进CFD技术，调整改革部分教学内容，对教学质量的提高将有着非常重要的意义。

一、“气体动力学”课程，引入CFD教学的目的

“气体动力学”课程包含的内容可以用理论分析、实验测量、数值模拟等的方法来进行研究。但是在传统教学的过程当中，过于偏重理论的分析，教学内容比较单一，不能表现出现代气体动力学的最新研究进展。在“气体动力学”课程的教学中引入CFD技术，目的就是将气体动力学的最新研究成果带入到课堂当中去，来拓宽学生的视野，激发学生的学习热情，具体分为以下几点：

1.加深学生对重要物理概念的理解。气体动力学概念比较多、公式抽象、逻辑性强、公式推导比较繁杂，相关概念的引入如果能够结合CFD的图像显示，便会符合学生从感性认识上升到理性认识的认知规律，能够促进学生对基础理论的深刻理解。例如，激波是超声速气流有的现象，是“气体动力学”课程中一个非常重要的概念。气流经过激波时，气体参数在极短的距离和极短的时间之内发生了巨大的变化，是一种不可逆的绝热过程。激波因而可以看成是一个非常薄的“间断面”。初学者往往对“间断”这一概念难以理解。CFD则克服了概念抽象的特点，可以使激波以图像的形式形象地展现在学生的面前，从而有利于加深学生对激波本质的理解和认识。这样的例子在气体动力学中是有很多的，比如“风阻”问题也可以通过汽车的CFD模拟来展示，“音障”问题可以通过飞机的飞行模拟来展现。这些CFD的具体实例不仅能较好地引入抽象的物理概念，而且还可以展现出气动与生活的联系，消除学生面对复杂公式的畏惧感，从而提高学生学习的自信心。

2.开展研讨式教学，激发学生的主动性和创造性，培养学生综合分析习惯，提高学生解决问题的能力。气体动力学是一门与实验联系十分紧密的科学，实验是课程的重要组成部分，CFD作为一种“数值实验”，具有一些传统的物理实验所不可比拟的优势，其结果可以在课堂上当场演示出来，不需要专门开设实验课，这样，可以大幅度减少学时数，提高教学效率。同时，利用CFD技术解决具体问题的应用实例，引导学生进行实践创新，这一点也与传统的灌输式教学方式不同。例如，对同一个问题，稍微改变问题的边界条件或者初始条件，即有可能得出完全不同的计算结果。利用CFD技术可以将这一现象高效地呈现出来，进而可以引导学生思考并分析发生这一现象的原因，帮助他们培养良好的思考习惯。还可以进一步启发学生从反面思考问题，即若要达到某一预先设定的结果，应该如何设定边界条件和初始条件。事实上，CFD技术的引入为学生全方位、多角度地思考和分析问题提供了多种高效地尝试机会，对于培养学生的创新意识有着极其重要的意义。

3.可以使学生近距离地接触实际问题，培养他们的科研思想和工程概念，为他们下一步的学习和工作打下良好的基础。作为本科生，学生在理论上创新的可能性很小，但利用所学的基本知识来解决一些工程实际问题还是可以实现的。CFD成熟商业软件的出现和在工程应用领域的广泛应用，为我们提供了一个很好的平台。利用这些软件讲解具体的实例并让学生进行相关的探索，可以使学生深刻地感受到所学理论与具体工程之间的联系与区别，对他们以后进行科学研究或者参与解决具体的工程问题是一个很好的锻炼。

二、课程改革方案

根据“气体动力学”课程的特点，综合考虑各方面的因素，既要注重核心内容和基本知识的传授，又要通过CFD技术的引入来增加前沿性的内容和实践环节，从而带动课程教学模式的转变。具体有以下几点措施：

1.课程内容和结构的调整。可以考虑根据课程标准和人才培养方案，重新合理安排教学计划，将课程分为既相互关联，又有一定独立性的两个部分。第一部分为基本的核心内容，第二部分以应用为主，通过选取实例开设研讨课以及上机实践课。

2.构建以CFD技术为核心的创新实践平台。教学团队根据专业特色，从多种CFD软件中挑选出适合本专业学生学习和使用的软件，同时编写上机模拟实验的讲义或者教材，设计部分简单的“气体动力学”课程实验来供学生上机实践，同时利用“问题驱动式”教学法来鼓励学生不断进行尝试。CFD的数值模拟一般包括网格划分、离散方法的选取、边界条件的设定、数据的后处理几个步骤，而这些过程中参数的选取与计算的物理问题有着十分密切的关系，不同的计算参数可以得到大相径庭的结果。学生通过创新实践平台进行相关的实验，并对计算结果进行深入分析，可以深化对物理问题的认识。

3.开展研讨式教学。教师根据学生精心挑选的1～2个与“气体动力学”课程相关的实例，让学生在课堂上现场进行讨论并且进行上机实践，这种教学方式虽然教师的工作量比较大，但是学生的学习目标明确，积极性自然也就比较高了，这样不仅能够激发他们的学习热情，还能够锻炼他们运用所学知识综合分析问题的能力，还有可能取得意想不到的效果。

三、需要注意的问题

把CFD技术引入到“气体动力学”的课堂教学中，是一个新的尝试。没有现成的经验可以供我们借鉴，为了充分发挥其长处，避免其弊端，笔者认为有以下几个方面的问题需要注意：

1.课堂教学时间的合理设计与控制。比如，如果在课堂教学中直接引入CFD模拟的现场演示，而CFD模拟根据算例的不同需要占用一定的时间，如何合理利用好这一段时间是教师需要精心考虑的问题。比如可以用来进一步介绍问题背景、复习所用的相关知识等。

2.要精心选择教学案例。教学案例的选取既要贴近实际，又要能突出“气体动力学”课程的重点与核心内容，此外案例的难度要适中，本科生能够理解和接受。同时，教学案例的选择要结合相关专业，多选取与专业精密相关的案例，这样，不仅能调动学生的学习积极性和主动性，还能够为他们毕业后尽快融入相关工作奠定基础。

3.要注重课堂教学与课外的实践相结合。课堂教学时间毕竟有限，对CFD的相关内容只能简单介绍，更深入的学习只能由学生课后完成。教师可以在课堂演示案例的基础上进一步延伸，供学有余力或者有兴趣的学生在课后进一步研究。这样一方面可以巩固课堂的知识，另一方面可以培养学生的科研创新精神。

四、结语

总之，笔者认为，将CFD技术引入“气体动力学”的课堂教学中，可以使抽象的理论变为形象的画面，便于学生理解一些抽象的概念，有利于学生深入理解一些物理概念的本质。同时，这种方式进一步拓展了传统意义的多媒体教学，是一个教学改革有价值的研讨方向。但是，此种教学方式要求教师熟练掌握CFD的基础理论知识与常用软件，同时，教师需要花费更多的时间和精力去备课，因而对教师提出了更高的要求。

参考文献：

[1]谢翠丽，等.《工程流体力学》本科课程引入CFD教学的探讨[J].力学与实践，2013，（35）：91-93.

[2]杜敏，等.CFD技术在“数值传热学”教学中的应用[J].中国电力教育，2012，（33）：58-59.

[3]郑捷庆，等.CFD软件在工程流体力学教学中的应用[J].中国现代教育装备，2007，（10）：119-121.

第6篇：汽车动力学理论范文

关键词：工程结构 受力 强度 材料

一、结构力学是主要研究工程结构受力和传力的规律，以及如何进行结构优化的学科

工程结构是能够承受和传递外载荷的系统，包括杆、板、壳以及它们的组合体。结构力学的任务是研究工程结构在外载荷作用下的应力、应变和位移等的规律；分析不同形式和不同材料的工程结构，为工程设计提供分析方法和计算公式；确定工程结构承受和传递外力的能力；研究和发展新型工程结构。结构设计不仅要考虑结构的强度和刚度，还要做到用料省、重量轻、美观大方.对某些工程来说减轻重量尤为重要，比如飞机重量的减轻，就可以使飞机达到：航程变远、上升加快、速度加大、能耗降低等优点。

二、结构力学的发展简史

起初，人们对天然的结构进行观察和研究，如：树木的根、茎、叶，骨骼的形状和结构，山洞、蜂窝、蚁窝和鸟巢等。随着社会的进步，人们对结构设计的规律以及结构的强度和刚度有了逐步的了解和认识，也积累了不少宝贵经验，这主要表现在：埃及的金字塔，中国的万里长城、赵州安济桥、北京故宫等等。结构力学在发展的初期是与理论力学和材料力学融合在一起的。到19世纪初，人们开始设计各种大规模的工程结构，要作较精确的分析和计算。因此，工程结构的分析理论和分析方法开始独立出来，到19世纪中叶，结构力学开始成为一门独立的学科。从19世纪30年代起，由于要在桥梁上通火车，不仅需要考虑桥梁承受静载荷的问题，还必须考虑承受动载荷的问题，又由于桥梁跨度的增长，出现了金属桁架结构。19世纪末到20世纪初，学者们对船舶结构进行了大量的力学研究，并研究了可动载荷下的粱的动力学理论以及自由振动和受迫振动方面的问题。20世纪初，航空工程的发展了促进科学家们对薄壁结构和加劲板壳的应力和变形分析，以及对稳定性问题的研究。同时桥梁和建筑开始大量使用钢筋混凝土材料，这就要求科学家们对钢架结构进行系统的研究，在1914年德国的本迪克森创立了转角位移法，用来解决刚架和连续粱等问题。20世纪20年代，人们又提出了蜂窝夹层结构的设想。根据结构的"极限状态"，学者们得出了弹性地基上粱、板及刚架的设计计算新理论。对承受各种动载荷的结构的力学问题，也做了许多研究工作。随着结构力学的发展，疲劳问题、断裂问题和复合材料结构问题先后进入结构力学的研究领域。20世纪中叶，电子计算机和有限元法的问世使得大型结构的复杂计算成为可能，从而将结构力学的研究和应用水平提到了一个新的高度。

三、结构力学的学科体系

结构力学分为结构静力学、结构动力学、结构稳定理论、结构断裂、疲劳理论和杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理论等。结构静力学主要研究工程结构在静载荷作用下的弹塑性变形和应力状态，以及结构优化问题。结构动力学是研究工程结构在动载荷作用下的响应和性能的分支学科。结构稳定理论是研究工程结构稳定性的分支。结构稳定理论中最重要的内容是确定结构的失稳临界载荷。结构断裂和疲劳理论是研究因工程结构内部不可避免地存在裂纹，裂纹会在外载荷作用下扩展而引起断裂破坏，也会在幅值较小的交变载荷作用下扩展而引起疲劳破坏的学科。在结构力学对于各种工程结构的理论和实验研究中，主要有杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理论三大类。整体结构是用整体原材料，经机械铣切或经化学腐蚀加工而成的结构，它对某些边界条件问题特别适用，常用作变厚度结构。随着科学技术的不断进展，又涌现出许多新型结构，比如20世纪中期出现的夹层结构和复合材料结构。

四、结构力学的研究方法主要有工程结构的使用分析、实验研究的理论分析和计算三种

在结构设计和研究中，这三方面往往是交替进行并且是相辅相成的进行的。使用分析对结构的评价和改进起着重要作用。新设计的结构也要通过使用来检验性能。实验研究分为三类：模型实验、真实结构部件实验和真实结构实验。例如，飞机地面破坏实验、飞行实验和汽车的碰撞实验等。结构的力学实验通常要耗费较多的人力、物力和财力，因此只能有限度地进行，特别是在结构设计的初期阶段，一般多依靠对结构部件进行理论分析和计算。材料力学为结构力学的发展提供了必要的基本知识，弹性力学和塑性力学又是结构力学的理论基础。结构力学是一门古老的学科，又是一门迅速发展的学科。新型工程材料和新型工程结构的大量出现，向结构力学提供了新的研究内容并提出新的要求。计算机的发展，为结构力学提供了有力的计算工具。另一方面，结构力学对数学及其他学科的发展也起了推动作用。有限元法这一数学方法的出现和发展就与结构力学的研究有密切关系。

五、结语

总之，社会在不断发展，人类在快速进步，唯有工程结构和设计上的高品质、严要求才能满足人们对生活和生产上愈来愈高的需求！

第7篇：汽车动力学理论范文

关键词：药学；物理化学；定位；兴趣教育；信息技术 

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）16-0134-02 

随着社会的进步和生活水平的提高，人们对药物的要求也越来越高，客观上促进了医药市场高速发展，也使得药学类院校教育和培养医药人才的任务变得更加重要。化学与药学关系密切，因此药学类院校通常把四大化学作为必修课。物理化学在四大化学中属于理论化学，从理论上统帅无机、有机和分析化学，是化学的灵魂。物理化学作为药学类院校的一门重要的专业基础课，为药剂学、药物合成、天然药物化学等后续专业课的学习提供方法和理论指导，是药学专业学生学好专业课，从事新药研究、生产实践的必要基础[1]。新药的设计合成以及路线的选择、工艺条件的确定，离不开化学热力学的指导；而药物在体内的吸收和代谢的监测以及药物的贮存期的预测离不开动力学知识[2]。由此可见对于药学类院校学生学好物理化学非常必要。然而，由于物理化学理论性强、概念抽象、逻辑严密、公式繁多，加上课时的缩减，出现了教师难教、学生难学的苗头。因此提高教学质量，改进教学方法，加强物理化学理论知识与实际应用的联系至关重要。笔者根据药学院教授课遇到的问题，在现有教材的基础上，从以下几个方面对物理化学的教学进行探索。 

一、找准定位，正确处理物理化学的学科归属问题 

物理化学药学院教学集中在化学热力学和动力学，这是物理化学公认理论性强的部分，药学专业的物理化学教学应偏重实用性而非理论性，授课时按照学生专业的需求进行有目的、有侧重点的教学，避免教学过于理论化，不贪大求全，精简复杂公式推理是最基本的要求，把课程教学和专业特色联系起来是教学成功的保证。我们通过调研深入了解药学学科设置、专业特点以及学生的基础。在多次和药学教师座谈的基础上，把物理化学纳入到药剂学学科中的建设中进行了大胆的尝试。通过学科成员交流，首先改善了教师自身的知识结构，教师理论基础得到强化，而且教师在讲授物理化学课时更有针对性，能更好地联系药剂学知识。为此我们重新编写教学大纲，指明了热力学、动力学教学的侧重点，增加了相平衡、界面现象和胶体大分子章节的教学份量。 

二、理论联系实际，注重物理化学的兴趣教育 

“兴趣是一种心理倾向，学习兴趣是学习动机的重要心理成分，是推动学生探求知识的动力之一。”[3]要让学生学好物理化学这门课，必须让他们喜爱这门课，这样才能把他们吸引到这个抽象的世界中来。兴趣教学不仅可以让学生集中注意力，活跃思维，同时可以使得知识更牢固。如何培养学生兴趣非常重要，理论联系实际不失为有效途径。物理化学知识涉及我们衣（雨衣、雨伞材防雨，表面活性剂除污）、食（冻梨解冻，北冰洋爱斯基摩人冰山取冰得淡水，食盐提纯，食品保鲜，药品保质）、住（空调，冰箱，防水材料，空气净化）、行（汽车内燃机，电瓶车电池）、天气变化（降雨，结冰，盐除冰）等生活的方方面面，授课时把日常生活中孕育着的物理化学原理介绍给学生，让学生感受到“知识就在身边”，同时也体现了物理化学的重要性与实用性。我们摸索出“提出生活中的实际问题—让学生讨论猜想—讲述新课”的思路，将物理化学与现实生活联系起来，举一反三加深理解。物理化学很多章节与社会的发展、传统文化都有联系。如热力学定律根本上否定“永动机”的存在，也没有“水变油”的可能；卡诺定律不仅和内燃机替代蒸汽机有关，而且和当今热电厂“小改大”，节能减排息息相关；化学平衡移动中勒夏特列原理与老子《道德经》非常吻合。把单一的学科和社会生活、传统文化联系起来，不仅增强了学生兴趣，而且增强了学生对知识的理解，达到良好的教学效果。 

三、构建多元化的评价体系，促进学生综合素质协调发展 

科学的评价方式不仅能客观公正反映教学质量和学习效果，而且能激励学生对该课程产生浓厚的兴趣，提高学习的积极性。只注重期末考试而忽视平时考核很大程度上助长个别学生的惰性，教学质量自然受影响[4]。我们学校规定平时30%，卷面70%。为此，我们提出充分利用平时考核，做好形成性评价。从课堂讨论、作业、专题研讨多角度考察学生的学习效果，让学生积极参与其中，形成良性循环，让每个学生把功夫用在平时，从源头上提高其教学效果。我们平时考核，引入激励加分制和警告扣分制等措施。对课堂上能积极主动回答问题参与讨论的学生给予一定的分值奖励。对作业抄袭、研讨敷衍的学生，除对其进行思想教育外，还要给予警告扣分，使学生端正学习态度，诚信做人。实践表明，多元化的评价体系和奖惩分明的激励制度能够有效地提高学习效果，促进学生综合素质的协调发展。 

四、与时俱进，运用信息技术推进物理化学教学的数字化 

进入21世纪，随着电脑等多媒体的迅速普及，物理化学数字化教学提到日程，新兴的多媒体数字化教学，实验过程的数字化模拟，以及实验数据的处理都正改变着师生的教学模式[5]。实现物理化学教学的数字化是一项十分有意义的工作。 

1.课堂教学的数字化——板书与多媒体展示的有机结合。多媒体技术可以把抽象的、语言不易描述清楚的概念和理论直观地展现给学生，从而帮助教师在物理化学教学中突破教学难点，提高学生学习兴趣，达到提高教学质量的目的。其高效、信息量大的特点也有效地解决了学时压缩的矛盾。为此我们花了很大功夫制作多媒体课件，使之与专业紧密联系。对难以理解的可逆过程、相平衡移动、界面现象制作了相应的动画，增强学生理解。利用校园网络供学生下载学习，并且网站内容随着教学内容不断更新。网络课堂使教学内容的广度和深度不断得到发展，为学生自主学习、个性化学习提供平台。由于物理化学公式多，理论性强，许多公式与定律应给出其来龙去脉，纯粹以多媒体展示进行教学，学生在学习过程中无法及时跟踪教师的思路，没有思考的时间，学生主体地位被忽略。传统的板书则可以弥补这方面的缺陷，板书灵活性强，好的板书是逻辑强的书面语言。它不仅可以使各个教学环节严密吻合，而且可以有效地控制课堂节奏引导学生的思路沿着教师的讲述而发展，有助于学生理清物理化学各知识点间的逻辑关系，对于一些复杂公式与定律的推演和理解能起到事半功倍的效果[6]。教师在备课时，应先对各知识点进行分类，针对不同的教学内容采用不同的教学形式。只有真正地将多媒体教学和传统教学形式有机结合起来，充分发挥多媒体技术的优势，才能获得满意的教学效果，教学中以学生为中心，专题讨论、案例教学在个别章节也要精心安排。2.数字化试题库的建设。按照药学课程要求，我们建立了相应的题库，并给出详细的答案，通过网络平台，学生可以进行课余练习。目前这个方面有待加强，建设互动式题库，让学生做的过程中及时发现自己的问题，互动式寓学于乐的题库建设将有利于促进学生课后学习积极性。 

3.实验报告的数字化处理。我们要求实验报告数据采用计算机处理，例如蔗糖的水解、液体饱和蒸气压的测定，涉及变量关系，均要求用计算机绘制出来直线或者曲线关系。简单使用手工绘图不仅误差大，而且也丧失了与信息化结合的良好教学机会。计算机处理数据效率高，数据处理过程中也可以提高学生利用计算机处理实验数据的能力。根据学院规划，逐步引进能和计算机相连的实验仪器。例如凝固点降低法测定物质的分子量，可以通过计算机记录数据，自动找出凝固点，非常方便。使用数字化的仪器数据精度高，而且学生紧跟时展的步伐，把握社会发展脉搏。数字化仪器当今科技的前沿之一，但我们教学的重点应放在如何利用仪器，而不是去详细掌握仪器的内部结构。 

4.精品课程网站建设。精品课程建设是高等学校教学质量与教学改革工程的重要组成部分，在学校相关政策的支持下。我们积极进行精品课程网络建设，使学生能随时关注最新的物理化学教学过程，同时能及时下载自己需要的学习资料，课程建设也加强了教师自身专业素养的提高。 

明确药学专业中物理化学的定位，正确处理物理化学的学科归属问题，和药学学科建设相结从而不断丰富教学内容。通过将物理化学内容与日常生活、生产实践以及其他化学课程的学习相结合，提高学生学习兴趣。通过形象生动的多媒体教学，突破教学难点，提高教学效率，使学生在轻松愉快中掌握专业知识。构建多元化的评价体系培养学生解决问题的能力，运用信息技术增加学生获取知识的信息量，对提高物理化学教学质量是均有明显效果。 

参考文献： 

[1]侯新朴，李三鸣，等.物理化学[M].北京：人民卫生出版社，2007. 

[2]袁悦，包志红，等.药学专业物理化学理论教学与科研实践相结合的教学模式的构建[J].实验室科学，2014，17（5）：108-110. 

[3]杨风霞，连照勋，王爱荣.物理化学课堂教学中的兴趣教育[J].化学教育，2011，（8）：28-31. 

[4]张艳梅，那立艳，等.提高制药工程专业物理化学教学质量的方法探讨[J].广州化工，2014，42（3）：134-136. 

第8篇：汽车动力学理论范文

以信息化带动工业化的发展战略

新世纪中国会成为世界工厂吗

城市化:迈向21世纪的战略选择

中国现阶段的重工业发展

发展经济学与中国经济发展模式

城乡收入差距演变的理论分析

中国城镇残疾人就业实证分析

中国智力回流的动机研究

欧盟影子经济的测度及其意义

全球经济危机与就业的政治反作用

转型国家反危机政策比较及其启示

论农村工业化与城市化的适度同步发展

俄罗斯的空间不平衡:动态的和部门的分析

论中国“农民非农化”与“农地非农化”的协调

中国工业反哺农业的实现机制和路径选择

产业政策和政府能力——俄罗斯与中国的比较分析

俄罗斯地区人力资本状况测度的方法论

中国高耗能产业的区域转移及其对区域能源强度的影响

中国中部地区FDI技术溢出效应研究

世界银行对华贷款对中国可持续发展的影响

贸易视角下俄罗斯政府采购体系的实证分析

与需求季节性相适应的生产管理过程的建模

威胁影响下的俄罗斯消费者市场评估

中国经济为何增长这样快——来自后发优势的视角

当前中国宏观经济的内外失衡与调整

中国社会经济转型和可持续改革开放的四大新拐点

城市产业集群能否促进经济增长——以德国为例

欧洲和中国的增长与结构变化:新的视角

欧盟政府间财政关系:一体化还是集权化

中国当前“教育深化”的经验分析与政策建议

第二代农民工的新特征及其市民化进程研究

贸易开放、经济增长与劳动密集型出口产业结构的调整

俄罗斯转型时期腐败问题的研究:测量和影响

改革开放以来中国会计改革与发展的成就

俄罗斯2001～2007年财政政策与货币政策的互动

俄罗斯制度发展的基础——克服经济危机的前提

社会资本理论的兴起:发展经济学研究的一个新思路

二十一世纪初发展经济学的新动向及其评价

经济全球化、经济金融化与发展经济学理论的发展

十年来我国对发展经济学的研究和应用

国际油价波动与石油冲击——基于符号约束VAR模型实证分析

反映区域社会人口发展的综合指标——区域生活质量指标研究

金融抑制下的金融发展:基于中国上市公司行为的分析

基于系统动力学的长三角区域经济发展与产业结构变动趋势研究

中国公司治理的经验分析:法律制度环境、股权集中度和公司绩效

农民工流动对产业转换的影响——以20世纪90年代中国为例

俄罗斯能源政策与东北亚能源安全合作:地区公共产品的视角

第9篇：汽车动力学理论范文

论文摘要：将量子化学原理及方法引入材料科学、能源以及生物大分子体系研究领域中无疑将从更高的理论起点来认识微观尺度上的各种参数、性能和规律，这将对材料科学、能源以及生物大分子体系的发展有着重要的意义。

量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。

一、在材料科学中的应用

（一）在建筑材料方面的应用

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

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

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

（二）在金属及合金材料方面的应用

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

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

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

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

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。（二）在锂离子电池研究中的应用

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

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

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

三、在生物大分子体系研究中的应用

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

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

参考文献：

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1

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

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