课程文献中心 更多>>

关键词： 架空接触网   站场   数学模型   平面设计   数字化  

摘要： 在传统的站场接触网平面设计中,设计人员往往依赖经验进行设计,不仅不能保证站场中弓网系统运行的可靠性,而且消耗大量的人力物力且设计效率较低。因此有必要对站场接触网平面设计数字化进行研究,以改善设计可靠性、提高设计效率。本文以站场接触网为研究对象,通过理论分析、数学建模、参数计算和示例验证等方法研究了站场接触网平面设计数字化。首先,对现阶段站场接触网平面设计进行介绍,通过对相关设计标准和设计参数的分析,将站场接触网分为两端线岔和站场内两个部分,总结出了平面设计需要遵守的一些重要原则,包括单支接触悬挂设计原则、双支接触悬挂设计原则和线岔设计原则等。其次,对受电弓和接触网工作原理和理论参数进行分析,提出了线岔的不同设计方案,引入几何学和力学的方法,建立了受电弓和线岔的数学模型;对接触网站内部分平面设计原则进行分析,引入数学规划的方法,得出了平面设计的目标函数和各种约束,建立了接触网站内平面设计的规划模型;通过受电弓和线岔数学模型之间的特征位置和特征点的参数计算,得出了线岔的设计算法,该算法包含线岔平面设计的计算过程;通过改进粒子群算法,使其适用于求解接触网站内平面设计非线性规划模型;通过对所有模型和算法的归纳总结,并开发AUTOCAD自动绘图功能,形成了站场接触网平面设计数字化系统,开发成便于使用的软件。最后,通过站场接触网设计示例来验证本文平面设计数字化方法中模型和算法的准确性、可行性。该设计示例的结果显示:站场内部的接触网设计在跨距均匀度和支柱数量上均优于原方案,站场内部接触网平面设计的规划模型可以较好地反应站场接触网的实际情况且改进粒子群算法在求解此模型时有较好的适用性;线岔的平面设计方案可以使受电弓由直股向侧股转换时,进入支在滑板上接触,侧股向直股转换时,进入支在退出支的同侧接触,相较于原方案可靠性更高,受电弓和线岔的数学模型可以真实地反映受电弓通过线岔时的情况;数字化使得站场接触网平面设计更加客观、可靠,计算得到的数字体向CAD图的自动转化提高了设计效率。

关键词： 织物   含水率   微波法   介电常数   数学模型  

摘要： 纺织业是推动我国经济体量不断增长的重要力量,是我国进出口贸易的主要支撑。在纺织品贸易运输过程中,由于纺织材料具有一定的吸湿能力,在运输过程中织物含水率会发生变化,导致其重量增加。因此,对织物含水率进行准确检测对纺织品进出口贸易至关重要。同时,织物含水率也是印染工艺过程中的重要指标,若能对织物含水率进行准确有效检测,既能更好地把控产品质量又能防止过烘现象发生,降低能耗及成本。然而由于织物的材质多样化、厚度多变化、组份多元化等特点,使得难以对各类织物含水率进行准确测量。目前纺织业对织物含水率的评估大多仍以人工经验判断为主,该方式难以准确地判断织物含水率,可能导致织物质量不合格甚至影响到纺织品贸易。如何对不同材质、厚度、组份构成多样的织物的含水率实现进一步的准确检测是纺织业发展迈向数字化、智能化需要解决的问题。本文以微波谐振腔法为基础,研究了材质、厚度、组份配比相关织物含水率与介电常数的关系,并提出相关数理模型,研究成果具有一定的实际应用价值。本文所完成的主要工作如下:（1）对常用含水率检测方法的原理、优缺点与应用环境进行了介绍,说明了采用微波法中谐振腔法进行检测的原因。在此基础上介绍了目前含水率介电理论模型研究成果,说明课题建立的含水率介电模型的现实意义。（2）对单组份织物物理结构特征进行分析,基于Bruggeman-Hanai模型推导出了单组份织物含水率与介电常数的数学模型;根据介电常数与厚度存在正比关系,建立了织物厚度与介电常数的经验模型;然后分析了干燥状态下双组份织物介电特性与组份比例的关系,基于多层系统有效介质概念推导出介电模型,最后结合湿润双组份织物的介质结构特点推导出湿润状态下双组份织物与组份配比相关的介电模型。（3）结合水分子极化现象规律,选取确定了谐振腔理论工作测试频率,说明了圆环型介质谐振器的结构组成。接着使用HFSS软件对谐振腔进行仿真建模,并对建模结果进行分析。结果表明谐振腔的工作谐振频率在10GHz左右,最后完成检测系统搭建、进行介电测试,谐振频率在10GHz左右,满足设计要求。（4）进行均湿织物制备系统的设计,规划设计了整体实验流程及步骤。其次分别对材质相关、厚度相关单组份织物及干燥湿润两种状态下的双组份织物进行了介电常数测量实验,将实验数据结果与理论模型预测结果进行比较,预测效果良好,RMSE＜5%,同时发现根据干燥状态下双组份织物的介电常数可预测双组份织物中棉含量。由此验证了理论模型的可行性,从而得出材质、厚度、组份配比相关的织物含水率与介电常数的变化规律。

关键词： 生本教育   物理课堂   教学应用  

摘要： “生本教育”即是以学生为中心教育,本研究聚焦高中物理课堂教学,通过将生本教育的理念、方法、理论应用于课堂教学,提升学生的主观能动性。因此,实践并研究生本教育在高中物理课堂中的应用具有很强的现实意义。 本文首先采用文献研究法对生本教育的研究现状进行了综述,并梳理了其内涵、理论基础、教学原则及其课堂教学的特点。其次,在前人研究的基础之上,对生本教育在高中物理课堂(简称生本课堂)的应用开展实验研究。 实验研究的对象是笔者任教的北京市朝阳区某校高一年级的两个平行班。在一个学期的时间内,实验班采用生本课堂模式展开教学,对照班采用传统课堂模式展开教学。实验过程包括实验实施前、实施阶段、实验结束后三个阶段开展工作。实验实施前的工作主要为教学程序设计、教学安排、对学生培训,并选取了《生活中的圆周运动》为教学案例展示生本课堂教学的实施。实验实施阶段的工作是收集课堂表现反馈材料、对教学进行反思与改进。实验结束后的工作是采用物理课堂表现反馈材料、问卷调查、试卷测试、抽样访谈等研究工具和方法对实验结果进行分析。 通过对实验过程收集的物理课堂表现反馈材料如:学生的问题数量、物理表达情况等进行分析,发现生本课堂能提高学生学习物理的问题意识与思考的主动性、能提高学生的物理表达能力。通过问卷调查,发现生本课堂能提高学生在学习过程中的行为参与、认知参与和情感参与。通过试卷对实验班和对照班进行前测和后测,发现生本课堂能提高学生的笔试测试成绩。通过对学生进行访谈,发现大部分学生对生本课堂的教学方式满意度高,但不同分数段的学生也为生本课堂的实施提出了一些意见或建议。 最后,结合实验分析的结果,对本研究进行总结,指出了以下建议和需要改进之处:(1)综合多种因素构建学习小组;(2)教师应注重对章起始课的指导作用;(3)教师应当注重自我提升。

关键词： 激光熔覆   形貌预测   参数优化   质量评价   数学模型  

摘要： 45钢常常被用于制造交变负荷等高强度运动条件下的重要零部件,例如压缩机的活塞、轴、齿轮、连杆、螺栓等。这些关键零部件在实际工作中通常会因为表面磨损、腐蚀、氧化、断裂等情况而失效。零件的失效不仅会增加成本,甚至会造成严重的安全事故。为缓解零件失效问题,学者们通常采用增材制造方式对零件表面进行修复,其中又以激光熔覆技术尤为普遍。尽管经过几十年的发展,但人们使用激光熔覆技术进行加工时还是会面临许多问题。例如激光熔覆过程具有极强的非线性,不同的工艺参数或不同的材料对涂层形貌影响较大,对于材料和工艺参数的选取一般只能依靠主观经验;针对激光熔覆涂层的质量,人们往往只是从某几个彼此独立的角度展开研究,一方面具有片面性,另一方面也没有打破这种抽象的模糊概念。本文利用同轴送粉激光熔覆技术在45钢上熔覆316L不锈钢涂层,通过响应曲面法结合数学规划探索了熔覆层形貌的成形规律,并对形貌进行了优化。同时首次利用模糊综合评价模型对熔覆层质量进行全方位评价,打破了固有的模糊概念。主要研究内容及结论如下:通过设计全因子试验方案并进行试验,采用熔覆层平均高度、熔池平均深度、平均稀释率、表面平均高度差4个指标并测量大量的试验样本数据。使用响应曲面分析方法并设置95%的置信水平将试验数据进行深度分析,求出4个指标与工艺参数之间隐藏的数学表达。从标准化效应图可知:扫描速度对熔覆层平均高度的影响最为显著,激光功率对熔池平均深度的影响最为显著,熔覆头到基体的距离对基体平均稀释率的影响最为显著,扫描速度对表面平均高度差的影响最为显著。利用数学规划方法对工艺参数所有排列组合情况进行动态规划,将响应曲面法求出的4个数学表达式作为数学规划中的目标函数。借助蒙特卡罗方法和层次分析法将4个目标函数转化为1个新的目标函数。设置上述4个指标的最优值分别为0.7mm,0.15mm,0.075,0mm,并在约束条件内让目标函数进行寻优计算,结果显示涂层形貌最优时工艺参数对应为激光功率等于880.5W,扫描速度等于5.5692mm/s,搭接率等于21.28%,熔覆头到基体的距离等于1.509mm。试验验证理论分析结果,结果表明熔覆层光亮平整,涂层形貌符合预期要求。采用模糊综合评价模型,从宏观形貌、微观组织、力学性能三方面建立一级评价指标。其中宏观形貌一级指标包括熔覆层平均高度、熔池平均深度、平均稀释率、表面平均高度差4个二级评价指标;微观组织一级指标包括枝晶尺寸、孔隙率、裂纹密度3个二级评价指标;力学性能一级指标包括熔覆层与基体的硬度比、摩擦系数、磨损量3个二级评价指标。利用层次分析法对不同等级的评价指标进行赋权。依据已有经验设置每个指标对应不同质量等级的数值范围并建立二者之间的隶属关系函数。对试验样本的质量进行了综合评价,将原本模糊的定性分析变为了定量表达,并由此对所有工件的涂层质量进行了排序。本文对45钢表面激光熔覆涂层的形貌预测、优化、质量评价进行了综合研究,取得了预期效果,同时给多道激光熔覆技术的应用提供了帮助。

关键词： 镍钛根管锉   数学模型   有限元分析   结构设计参数   弯扭性能  

摘要： 根管治疗是针对牙髓病和根尖周病的最佳治疗手段,而根管锉作为根管治疗的核心器械,其性能优劣直接影响治疗成效。由于根管锉形状复杂,导致其在工作过程中经常出现回复变直、解螺旋甚至折断的情况。本文以医用根管锉为研究对象,采用理论分析、试验测试结合有限元仿真,对医用根管锉的弯扭力学性能进行了研究和参数化分析,主要研究内容如下:(1)根管锉数学模型的构建。基于阿基米德螺旋线参数方程、等角螺旋线参数方程分别构建了定螺距定锥度、定螺旋角定锥度的同心正三角形、同心矩形、偏心矩形截面根管锉数学模型。(2)根管锉在弯曲、扭转载荷下的力学分析。由于根管锉截面的多样性,本文将根管锉切削部分简化为金属细圆锥杆,并基于多线性形状记忆合金本构模型从理论上对根管锉受弯曲、扭转载荷时的应力分布情况、弯曲性能和扭转性能进行了研究。(3)镍钛根管锉弯扭性能试验验证。采用有限元仿真与实验相结合的方法对镍钛合金丝试样和某型号医用镍钛根管锉进行了测试对比,验证了所选本构模型的适用性及准确性,为后续采用有限元方法对镍钛根管锉开展弯扭性能研究奠定了基础。(4)结构设计参数对根管锉机械性能的影响。采用有限元方法对比了不同截面、不同螺距、不同锥度设计的镍钛根管锉的弯扭性能,得出了各参数对弯扭性能的影响,为临床治疗时根管锉的选用及根管锉的优化设计提供了参考。本文以医用根管锉为研究对象,进行了根管锉数学模型的构建、根管锉弯扭载荷下的力学分析、镍钛根管锉的有限元仿真与实验对比,以及不同结构设计参数对镍钛根管锉机械性能影响的分析,为提高根管锉的使用性能以及临床治疗提供了理论支撑与指导。

关键词： 高强宽厚板   压力矫平   数学模型   弯曲   有限元   平直度  

摘要： 宽厚板支撑着国民经济的快速发展,应用非常广泛。对于宽厚板的矫平过程,传统的方式是人工设定压头的行程、人工放置垫板、人工通过仪器测量板材的平直度。本项目在山西省科技重大专项(20181102016)和江苏大庚25MN压力矫平机设计开发项目的支持下,开展智能化压力矫平方面的研究。本文以高强宽厚板压力矫平为研究对象,以全自动压力矫平为研究对象,通过建立一种弯曲板材的三点与四点弯曲矫平的数学模型,发明了全自动垫板放置方法及装置,开发了基于点云数据的板材平直度计算方法;同时采用有限元模拟的方法研究了不同工况对板材平直度的影响机理。本论文的主要内容如下:(1)本文首先对板材的弹塑性变形过程作了详细说明,在此基础之上,通过分析弯曲板材原始弯曲曲率和反弯曲率的关系,建立了板材的三点弯曲矫平数学模型,实现了基于板材平直要求时反弯量和压平力的计算和预测。利用ANSYS软件,建立了板材三点弯曲矫平的三维模型,通过对三点弯曲压力矫直的多种工艺进行模拟,验证了数学模型的准确性。开展了压力矫直实验,证实了数学模型具有良好的准确性。从而解决了传统人工设定压头行程的问题,大大提高了工作效率。(2)针对大跨度弯曲情况,三点弯曲难以有效消除弯曲缺陷的难题,基于三点弯曲矫平模型,提出了板材四点弯曲矫平的方法,并建立了板材的四点弯曲矫平数学模型。利用ANSYS软件,建立了板材四点弯曲矫平的三维模型,通过对四点弯曲压力矫直的多种工艺进行模拟,验证其数学模型的准确性。通过有限元模拟了不同跨距、板厚、屈服强度、板宽的工艺参数,对三点与四点弯曲矫平数学模型进行了比较,构建了三点和四点弯曲使用的有效判据。(3)以板材三点弯曲矫平为研究对象,通过有限元模拟了不同跨距、板厚、屈服强度、板宽和保压时间时板材三点弯曲矫平的动态过程,研究了不同工艺参数对三点弯曲矫平后的压后平直度的影响规律。当跨距、屈服强度、板宽等工艺参数相同的情况下,板材的厚度越小,矫平后的平直度越好;当跨距、板厚、板宽等工艺参数相同的情况下,板材的屈服强度越高,矫平后的平直度越好。在一定保压时间内,保压时间越长,板材的塑性变形程度越充分,板材的平直度越好。(4)建立了板材平直度计算模型,采用数学插值的方法,将离散的三维坐标点拟合出曲线,基于云数据计算出板材平直度和曲率,实现了板材平直度的自动检测;研发出狭小空间内垫板自动放置方法及装置,解决了全自动矫平所涉及的关键瓶颈难题。

关键词： 初中数学   数学建模   数学模型  

摘要： 随着新课程改革的不断深入，初中数学教学一改传统的教学模式，实现了教学方法的进一步创新。在教学过程中，数学建模和应用问题教学是一种重要的教学模式与教学方法。分析初中数学建模和应用问题教学，提升初中数学教学效率。

关键词： 内模控制   多变量推理控制   低碳铬铁   数学模型   AOD生产过程  

摘要： 在铬铁合金冶炼过程中,控制反应液温度和终点碳含量是整个吹炼工艺的核心,然而冶炼铁合金是一个复杂的多元多相高温状态下进行的非线性的物理化学反应过程,存在很多不确定因素,既要考虑各种干扰,又要考虑反应过程发生喷溅以及AOD(Argon Oxygen Decarburization Furnace)炉寿命等问题,传统控制方法很难达到令人满意的效果。本文以AOD法冶炼低碳铬铁合金生产过程为研究对象,深入研究冶炼过程反应机理,并根据冶金物理化学理论以及热力学传热学知识,建立了冶炼过程数学模型;以数学模型为基础,探索了采用内模控制及优化方法控制冶炼终点;最后根据实际冶炼过程需要控制温度和碳含量双输出的特点,提出了一种基于专家系统的多变量推理控制方法,提高了系统的鲁棒性,缩短了冶炼时间,提升了冶炼产品的质量。综上本文主要完成的研究内容如下:(1)研究生产过程工艺流程以及冶炼过程机理,求取了炉内反应液中碳含量变化、炉内温度变化、供氧速率、供氩速率四种冶炼指标之间的关系,建立了数学模型。(2)以目前碳含量以及温度在线监测技术为基础,结合建立的数学模型,研究内模控制方法,将建立的数学模型取倒数并串联滤波器,构建了内模控制器,解决了扰动不可测问题,但该方法在使用过程中会出现控制器饱和问题。(3)为解决上述问题,研究了AOD法冶炼低碳铬铁过程专家抗饱和内模控制方法,将原本的内模控制器做出拆分,设计为一个前馈控制器和一个反馈控制器组合的形式实现补偿,同时结合专家控制方法根据不同冶炼状态选取滤波器时间常数。使用该控制器时,最终冶炼终点碳含量能够达到预期目标。(4)以内模控制为基础,为实现更好的控制性能,提出了多变量推理控制方法,将供氧速率、供氩速率一同视作输入量,将碳含量变化速率和炉温变化速率视作输出量,设计了V型多变量推理控制器。在该控制方法下,炉温可以得到控制,但受到其中滤波器时间常数的制约,冶炼时间较长,与预期降低冶炼成本的目标不符。(5)为缩短冶炼时长,将专家控制加入到多变量推理控制器,将控制过程分为了五个部分,求取每个阶段使用的滤波器时间常数,使得控制系统有更快的响应速度,在保留炉温控制效果下,有效缩短了冶炼时间。最后根据此方法搭建了AOD法冶炼低碳铬铁合金集散控制系统,根据仿真和实际冶炼结果,相较于一般方法,系统将冶炼时长缩短了9.53%,炉温控制在2 000 K以下,实现了预期目标。

关键词： 高中   物理课堂   策略探讨  

摘要： 高中阶段，学生各科学习都面临着较大的压力。物理这一学科基础知识和实验操作并重，对于学生学习要求相对较高，学生在学习时也更容易遇到学习瓶颈。在教学时教师应该重视对物理学科课堂的创设，保证学生课堂效率，减轻学生学习压力。因此，教师在教学时应该重视课前预习的设置提高学生课堂学习效率，重视课程导入环节集中学生学习注意力，丰富课堂活动内容调动课堂学习氛围，利用多媒体教学拓宽学生视野，重视实验教学提高学生实验设计与操作能力，重视学习效果反馈保证学生课堂学习效果。

关键词： 新冠肺炎   重点传染病   流行特征   流行强度   数学模型  

摘要： 背景2019年年末我国出现了 COVID-19疫情暴发,国家为应对疫情建立联防联控机制,迅速调动一切可用资源,组织动员全社会共同抗击疫情。采取了一系列的防控策略和措施,在全社会的共同努力下,疫情迅速得到了控制。目前对新型冠状病毒肺炎研究包括COVID-19病毒生物学特性、检测技术、COVID-19疾病表现和临床特征、诊断治疗进展、影响疾病进程危险因素、传播模型、COVID-19疫情发生后人群心理健康及影响因素等方面的研究。但对在COVID-19疫情下采取的各种非药物防控策略,对其他重点传染流行特征和流行强度影响研究有限。目前COVID-19疫情对其他传染病的影响研究主要涉及COVID-19疫情期间流感的发病率和流感标本的阳性率等方面的研究。然而,这些研究并未从数据上阐明COVID-19非药物防控措施对重点传染病流行特征和流行强度的影响。此外COVID-19疫情期间采取的非药物防控措施对流行性腮腺炎、登革热、其它感染性腹泻的流行特征和流行强度影响的报道则同样较为少见。目的评估COVID-19非药物干预措施对流行性感冒、流行性腮腺炎、登革热、其它感染性腹泻发病率、流行特征和流行强度的影响,为将来重点传染病的防控政策的制定提供参考依据。方法描述重点传染病的流行特征,将重点传染病2020年发病率和近年来(2015-2019年)年均发病率进行比较。建立指数平滑法模型和无干预SEIAR模型,模拟在无COVID-19防控措施情况下重点传染病的发病趋势,评估COVID-19疫情采取非药物防控措施对重点传染病流行强度的影响。Excel 2010用于建立重点传染病的数据库和流行病学特征的描述。使用ArcGIS 10.6进行疾病空间分布图的制作。卡方检验(χ2)、T检验、线性相关分析、时间序列模型(指数平滑法)使用SPSS 22.0完成。采用软件Berkeley Madonna 8.3.18计算SEIAR模型微积分。结果***-19非药物防控措施对流感流行特征的影响2011-2020年厦门市流行性感冒共报告21805例,年平均发病率为56.53/10万,男性总体发病率高于女性。发病平均年龄9.48±0.17岁,其中以5～14岁年龄组发病人数最多,又以0～4岁年龄组发病率最高,发病人数以学生职业人群为主。2011-2020年厦门市流感发病呈现整体向上的趋势,2020年的发病率小于2015-2019年的年均发病率。流感月分布呈现季节性,每年的12-1月达到全年发病高峰,6-7月为发病次高峰。2020年流感病例多数集中在COVID-19疫情防控措施实施前的1月份,发病人数4765例,占全年的94.1%,COVID-19疫情后,除了 2月份超过100例,其余月份均不过百,处在比较稳定的区间波动。COVID-19突发公共卫生事件应急响应期间(2-3月)和常态化防控期间,每月报告的病例数相差不大。建立简单季节模型和无干预的SEIAR模型,模拟在无COVID-19防控措施情况下(2020年2-12月)流感的发病趋势。根据简单季节模型指数平滑法和无干预SEIAR模型模拟结果,COVID-19非药物防控措施分别使流感病例数下降95.65%和97.62%。2.C0VID-19非药物防控措施对流腮流行特征的影响2011-2020年厦门市流行性腮腺炎共报告5831例,年平均发病率为15.12/10万,男性总体发病率高于女性。发病平均年龄10.77±0.25岁,其中以5～14岁年龄组发病人数最多、发病率最高,发病人数以学生职业人群为主。2011-2020年厦门市流行性腮腺炎发病呈现整体向下的趋势,2020年的发病率小于2015-2019年的年均发病率。流感月分布呈现季节性,全年高峰是夏季的5-7月份,次高峰是冬季的11-1月月份。COVID-19疫情发生后,流行性腮腺炎每月的发病人数均小于50例,全年的发病高峰在1 1月。COVID-19突发公共卫生事件应急响应期间(2-3月份)的每月发病人数比常态化防控期(4-12月)每月的发病人数少。建立简单季节模型和无干预的SEIAR模型,模拟在无COVID-19非药物防控措施情况下(2020年2-12月)流腮的发病趋势。根据Winters乘性模型指数平滑法和无干预SEIAR模型模拟结果,COVID-19非药物防控措施分别使流腮病例数下降53.28%和55.46%。3.C0VID-19非药物防控措施对登革热流行特征的影响2011-2020年厦门市登革热共报告252例,年平均发病率为0.65/10万,男性总体发病率高于女性。发病平均年龄34.98±1.3岁,其中以20～49岁年龄组发病人数最多,不详职业人群占有较多的比例。2011-2020年厦门市登革热以输入为主,发病人数最多为2019年,2020年全年只报了 3个病例。4.C