高效动力学范文第1篇
[关键词]网络信息生态系统;信息生态链;运行机理;模型;系统动力学;优化策略
信息生态学的研究主要集中于信息生态系统、电子商务信息生态、网络信息生态领域，文化传播、环境监测、社会和谐是网络信息系统的三大功能，但网络信息系统在文化传播方面渗透了虚假非理性信息、谣言谩骂，环境监测中个人信息安全存在隐患、黑客攻击、泄露现象，而网络欺诈、恶意舆情扩散、用户素养良莠不齐等又威胁着社会和谐，说明目前网络信息系统处于非生态状况，其生态化程度有待提升。生态化的网络信息系统提供优质的信息服务(信息质量高、信息效率快等)和友好的虚拟环境，保护用户隐私与安全。生态化程度越高的网络系统在净化、修复信息环境和优化、改善信息服务质量及降低信息人感知障碍的性能层面越强，系统运行效率与鲁棒性也越好。研究信息生态能够减少信息的不确定性，帮助有机体做出更明智的决策，Nick Letch(2014)认为可通过建立社会网络系统解决复杂的社会问题，获取经济效益等多种利益。分析网络信息生态系统的运行机理有益于规避系统非生态带来的决策模糊、经济损失等不良后果。关于网络信息生态系统运行机理的研究集中于：系统本身的形成机理、系统中信息生态链的演进机理，利用系统动力学研究社会网络和数字图书馆信息生态链的运行机制等，缺少从整体系统的视角分析网络信息生态系统的运行机理。系统是由相互作用相互依赖的若干组成部分联结而成的，具有特定功能并适应环境的有机整体，研究网络信息生态系统应避免孤立、片面、静止地看问题，而是整体、系统地观察网络信息生态系统的内在运转。哲学唯物辩证法认为事物的联系与发展具有普遍性，网络信息生态系统各要素作为子系统彼此相互联系，依靠驱动因子协同促进网络信息生态系统的平衡与可持续发展。本文利用系统动力学研究网络信息生态系统的运行机理，把握系统的内在运行过程，发现并改进系统的缺陷与不足，解决网络信息生态系统的非生态问题，从系统内部结构探析问题根源。
1网络信息生态系统的内涵
1.1网络信息生态系统的界定
通过文献阅读发现网络信息生态系统的定义存在大同小异现象，网络信息生态系统是指在网络媒介下利用系统论的观点研究并揭示信息生态系统在网络信息空间的发展规律，该系统由主体信息人和客体信息、信息环境有机组合而成，具有一定的内在调节修复能力，其中主体信息人是信息用户或组织，信息环境包括内部环境和外在环境是系统中对信息人产生影响的其他因素的融合。
1.2网络信息生态系统的要素关系与概念模型构建
根据对网络信息生态系统的界定可提炼出3种关键组成要素：信息人、信息、信息环境。信息人包括信息生产者、信息分解者、信息组织者、信息传播者、信息消费者，这五种角色并非相互排斥，根据信息人某一时刻的功能和行为决定其是信息生产者还是信息消费者等;信息涵盖了信息量、信息多样性、信息内容丰裕度、信息健康度、信息冗余度、信息真实度等;信息环境分为外部环境(政治、文化、经济、技术政策等)和内在环境(硬件、软件、组织文化、信息管理政策等)。根据系统观和唯物辩证法得知网络信息生态系统的要素并非割裂、独立的，而是彼此联系、发展与相互作用，信息在网络信息生态系统中流转形成了网络信息生态链，信息生态链是信息生态的灵魂，没有信息生态链，任何信息生态将失去意义。网络信息生态链是联结网络信息生态系统各要素的骨干，在网络环境下，信息主体之间经信息流转和相互作用形成链式依存关系，而多条网络信息生态链的交叉融合将形成复杂的信息生态网络，使得网络信息生态系统具有相对性与绝对性。
网络信息生态系统的信息人、信息、信息环境三个要素相互依赖并由网络信息生态链贯穿，给出了网络信息生态系统的概念模型，如图1所示。
网络信息生态系统存在无数条链式依存关系，如图1中的链A、链B、链C……链N，生态链与生态链之间交叉融合形成复杂的网络信息系统。信息人可在生态链上生产、组织、传播、消费、分解信息，但不同信息人的职责不同如链c存在生产、传播与消费信息的行为，链N中表现为消费信息行为。
2
网络信息生态系统的失衡原因分析
从网络信息生态系统的组成要素追溯失衡原因，信息人的不良认知、态度、行为与信息流转中的恶意演变及信息环境的缺陷等都会影响网络信息生态链的健康发展，导致网络信息生态系统的恶化、失衡，甚至崩溃。
2.1信息人的错误认知、恶意态度与随意行为
信息人素养问题始终是网絡时代关注的焦点，但缺少从信息人的认知、思维、信念与行为不一致、心理不和谐的层面考虑网络信息生态系统失衡的原因，信息人的态度与行为受认知状况的影响。认知失调理论(源于格式塔心理学)由美国学者Leon Festinger提出，是指个体知觉有两个认知(观念、情感、信仰、态度、行为等元素)，当个人感受到心理冲突导致两个认知不能协调时，会放弃或改变其中一个认知去适应、迁就另一个认知，从而恢复到协调一致的心理状态。网络负面、错误、杂乱信息容易引起信息人的逻辑推理产生混乱，认知出现疑惑，产生认知失调。这种不舒服的失调、焦虑感受引发信息人的态度与行为发生改变，为了调节认知使行为合乎逻辑，信息人可能出现放弃后续行为，也可能自暴自弃、群流合污并不断合理化非理性行为，失调感消失，散布谣言、扩散恶意舆情、随意评论、以讹传讹等将急速传播使信息变质、失真、污染，系统遭到破坏，结果导致系统恶化、失衡、崩溃。信息人的错误认知引起自身不适态度和随意行为，行为后果会反作用于认知和态度，因此，除了信息人自身的自律，还需一定的他律比如制定相关法律进而保障网络信息生态系统的平衡。
2.2信息质量低劣问题与不良信息的恶意演化
网络信息生态系统存在高质量的优质信息，此类信息的丰裕度高，表现在内容丰盈、数量丰富、种类或种群多样、真实可靠，冗余度低等。同时，网络信息生态系统也存在需要过滤的杂乱信息和几乎没有价值的不良信息，其中杂乱信息涵盖信息污染、失真、老化、不确定、冗余、超载等，具备一定的价值，信息人需加以甄别和筛选;不良信息(不健康信息、信息链接失效、恶意舆情、谣言谩骂、网络病毒等)对信息人的负面影响严重。杂乱信息和不良信息在网络信息生态链中的恶意演化引起信息污染，信息污染是信息污染源被信息人无限传播，具有无序性和弥漫性，导致其激增，造成多种损失。因此，信息本身的质量问题和恶意演化会导致网络信息生态系统的失衡。
2.3网络信息内外部环境的缺陷、漏洞
网络信息生态系统的信息环境要素包括内外部环境，系统所处的文化风气、政治政策和经济状况等外部环境的缺陷和软硬件等内部环境的漏洞容易被黑客利用导致系统被攻击、破坏。网络信息生态系统具备一定的删除、屏蔽、净化、修复功能，即恢复力。恢复力使系统具有自组织能力，使系统由无序走向有序并能承受、维持原稳定状态，同时具备学习、适应能力，各要素相互协调或者系统协同可使其逐步恢复，但是如果失衡严重会危害到网络信息生态系统的健康，产生不可估计的损失与严重后果，必须采取人工调控与干预措施。
3网络信息生态系统运行的驱动因子解析与机理模型构建
3.1运行驱动因子分析
明晰了网络信息生态系统的构成要素及失衡原因，针对失衡原因还需深入探究网络信息生态系统的运行机理，明确失衡的由来和系统运行过程中的流转情况，找出解决失衡的策略。根据文献归纳出网络信息生态系统利用实现、维持、恢复3种机制确保平衡：第一，实现机制是指网络信息生态系统可通过：分化网络信息生态位，生态位分化的越细，说明信息种类越多，越有利于信息种群的生长和发展;给予即时正反馈，正反馈使网络信息生态系统中的信息得以及时调整，让系统保持绿色健康发展;建立网络信息生态链，当需要新的网络信息生态系统或原有网络信息生态链不可修复时，可建立新的信息生态链，实现系统平衡;第二，维持机制是指网络信息生态系统可利用：信息人的自律和法律部门执法人员与信息管理员的监管;系统自我净化;倡导公平竞争与正确价值追求等维持系统平衡;第三，恢复机制是指网络信息生态系统出现问题时，利用自身恢复力去调节修复问题，或采取人工调控复原系统。根据网络信息生态系统“实现一一维持一一恢复”3种保持系统平衡的机制推导出系统合理运行的驱动因子及子因子。
3.1.1
网络信息生态系统实现机制的驱动因子
网络信息生态系统实现机制的驱动因子：第一，信息人获取信息资源的需求。人是社会性群体，无论信息人处于何种信息生态位均有获取信息的心理需要，信息需求是形成网络信息系统的基础，也是建立信息生态链的动力;第二，信息生态链的推拉作用。信息人根据自身需要建立信息生态链，信息生态链的上下位关系会存在信息流转、传递、接收等行为，这种行为形成一种推拉作用。推拉作用是指信息人在下游信息人的要求下会生产新信息并传递给下游信息人，下游信息人会对上游信息人产生反馈，反之亦然，推拉关系推动系统不断的运行。
3.1.2网络信息生态系统维持机制的驱动因子
维持网络信息生态系统平衡的驱动因子除了信息人的自律、他律外，还包含：第一，网络信息生态系统中信息人的价值实现。在价值追求上围绕经济利益、政治目的、文化传播与弘扬、社会建设与和谐、自我价值实现等的一种或多种形成价值链。价值是网络信息生态系统运行的驱动力之一，信息人正确的价值观和合理的价值追求促发系统健康发展，在网络上散播错误扭曲的价值观和非理性、不合理的价值追求会导致系统被污化，甚至崩溃，造成恐慌;第二，社交、交互的信息传递需要。通过网络交流维系人与人之间的关系，网络舆情也是维持系统运行的另一动力。社会网络舆情会刺激、唤起信息人的道德意识，传递正面优质信息，同时也有信息人散发恶意舆情和不良信息等，导致信息无序增长，在一定范围内虽能推动系统运行，但伴随负面影响;第三，创新发展需求。信息人为了保持与时俱进会产生自我知识更新的需要，为了争取资源会与其他信息人产生协作、竞争关系，维持系统运行。
3.1.3网络信息生态系统恢复机制的驱动因子
网络信息生态系统在净化系统时运用：第一，系统修复。网络信息生态系统本身具有一定的修复能力，为了恢复网络信息生态系统的平衡应设置相应的手段如采用过滤、净化、修复、屏蔽、删除等方法修复系统损伤;第二，人工调控与干预。当网络信息生态系统无法实现自我修复时，可实施人工调控与干预，确保系统运行顺利、通畅。
3.2运行机理模型构建
系统动力学是统一结构、功能、历史等方法的仿真技术，挖掘系统行为与内在控制紧密依赖关系发生变化的因果，因此利用系统动力学研究网络信息生态系统的运行机理并找出优化系统生态化的策略具有重要的实际应用价值。运用系统动力学软件iThink9.0.2绘制了网络信息生态系统的运行机理模型，如图3所示。
从上述网络信息生态系统平衡的实现机制、维持机制和恢复机制分析了系统运行的驱动因子，即获取信息资源需求、信息生态链的推拉作用、价值实现需求、社会与交互的信息传递需求、创新发展需求、净化系统(系统修复和人工调控)需求，每种驱动因子都有多种子因子共同作用。信息人的信息需求是推动网络信息生态系统的发展动力，信息人利用网络获取的资源包括视觉信息和听觉信息，视觉信息涵盖文本文档、视频、动画、图片等，听觉信息包含音频、视频等。这些信息资源的形式多样，呈大数据趋势且更新速度快，推动网络信息生态系统的发展;在网络中信息人的角色在不同时刻处于不同的信息生态位，并在链中生产、组织、传播、消费、分解信息，与信息的双向传递和反馈以链式依存关系存在，形成信息的流转、互利共生、动态平衡、价值增值和协调竞争5种运行机制，建立网络信息生态链让信息在链中通过推拉作用实现系统平衡;信息人对价值(政治目的、经濟价值、文化传播共享、社会和谐和自我价值实现等)的追求不同，为了实现价值诉求，会因利益驱使形成一条价值链，价值链有利于网络信息生态系统的运作;信息人的社交与交互需求，信息从广义上分为劣质信息和优质信息，劣质信息包括不良信息(虚假、病毒、谣言、不健康等信息)和杂乱信息(老化、冗余、失真、污染、不确定等信息)，信息人为了维系人际关系或者通过社交媒体等平台实现信息交流或舆情促进网络信息生态系统的运行;为了创新发展，信息人需要保持与时俱进和知识更新，信息人之间还存在协作竞争现象，促使系统的不断更新;网络信息生态系统本身的净化机能通过系统修复和人工调控实现系统的净化需求，过滤掉不良信息，删除冗余信息，清洁信息环境等。这些驱动因子及其子因子共同作用于网络信息生态系统，使系统得以运作。由于驱动因子在网络信息生态系统中的权重不同，在运行机理模型中对驱动因子进行了校验对比，实现驱动因子的合理分配。
4优化网络信息生态系统的策略
4.1建立信息人行为规范化机制
除了对信息人在网络中的不良行为比如散播虚假、不健康、非理性信息等进行信息素养教育外，还应建立规避机制。当信息人发表浏览不符合网络文明要求的信息时，及时弹出提示框，提醒信息人言行的不当之处，让信息人意识到自身行为的不妥并正确调节自身的认知与随意行为，删除不当言论。当信息人无视提示框并继续自身恶意行为时，对其发表的信息设立阻碍如发布不了或进行权限设置如除信息人本人外其他信息人无法浏览和下载，防止不良信息的恶意演绎演化。
4.2利用本体描述网络不良信息
网络信息生态系统本身具备一定的修复、恢复能力，但是修复力和恢复力还需进一步提高。针对网络中的不良信息一般采用举报、过滤、屏蔽、删除等手段，但是不良信息的语义异构多样，在净化过程中存在难度，考虑对网络中的不良信息构建本体(ontology)。知识工程师根据专家意见构建网络不良信息的本体库，利用本体对不良信息进行静态描述，将其共享概念加以形式化和显性的规定，并将本体存入到本体库中，校对网络信息与本体库中不良信息本体的异同，筛选出与不良信息本体相同的网络信息，进而采取相应技术加以屏蔽提高网络信息生态系统的纯净度与修复能力。
4.3制定语义推理规则挖掘隐藏的不良信息
网络信息的表达形式呈现多样化，需要对信息进行挖掘，为了发现潜在的不良信息需制定语义推理规则，同时借助语义推理机对网络信息进行推断，判断网络信息隐藏的含义，披露恶意信息。语义推理规则和推理机对某条不良信息进行演化推理时，将其衍化出的信息聚合成群落，形成关联，便于对信息的集中清理。
4.4安装缺陷或漏洞监测装置及时发现、修补信息环境
网络信息生态系统的信息环境要素包括内部环境和外部环境，在内部环境安装缺陷或漏洞监测装置，当发现管理政策和软硬件环境存在缺陷、漏洞时，给予及时提醒并采用手段或先进技术对缺陷进行修正，更新内部环境。肃清外部环境政治、文化、经济等出现的不良影响，为信息人营造风气良好的信息环境。
5结语
目前关于信息生态的研究得到国家省市级、社会科学、自然科学基金项目的支持，助推了信息生态的可持续发展。本文根据网络信息生态系统的概念和组成要素一一信息、信息人、信息环境构建了网络信息生态系统的概念模型，从信息人的错误认知、恶意态度和随意行为及信息质量低下、信息恶意演化与信息环境缺陷的角度分析了网络信息生态系统的失衡原因。在系统的概念模型和失衡原因的基础上分析网络信息生态系统运行的驱动因子和子因子，运用系统动力学构建网络信息生态系统的运行机理模型有助于概览网络信息生态系统運行的全貌。在掌握网络信息生态系统的运行机理下提出建立信息人行为规范化机制、构造不良信息的本体和本体库、制定语义推理规则和安装缺陷装置及时修复信息环境的漏洞等优化策略。但由于信息人的心理复杂多变、信息多源异构、信息环境缺陷不足等导致网络信息生态系统的平衡运行易出现问题，针对失衡，找出背后影响因素和调节手段的有效性以及驱动因子的权重还需深入量化研究。
高效动力学范文第2篇
一、 岩土力学试验
1. 岩土力学试验概况
要很好的解决岩土工程问题、防灾、治灾，必须首先进行勘察与测试、试验与分析，并利用土力学、岩石力学、基础工程、工程地质学等的理论与方法，对各类工程进行系统研究。因此，岩土力学试验是岩土工程规划设计、防灾的前期工程，也是地基与基础设计，治理地质灾害的不可缺少的重要环节。
2. 岩土力学试验目的
(1)了解岩石本身的物理和力学性质;
(2) 岩体质量分级、工程地质条件与问题评价;
(3)边坡、地基和隧道围岩变形及稳定性分析，地质灾害防治工程方案论证等;
(4)为岩土工程设计与施工提供参数和依据;
(5)揭示岩土的变形规律和强度特征及破裂机理，建立其数学力学模型，进行岩土工程结构的力学分析。
3.岩土力学试验内容
(1)岩石物理性质试验
含水率、颗粒密度、块体密度;
(2)岩石水理性质试验
吸水性、渗透性、膨胀性、耐崩解性和冻融性。
(3)岩石力学性质试验
单轴压缩强度和变形试验、三轴压缩强度和变形试验、抗拉强度
试验、直剪强度试验和点荷载强度。
二、岩土试验力学概况
岩土试验力学是土木工程岩土专业的一个分支，它是一门十分重要的技术基础课。它主要包括学习岩土实验力学的基本理论，知道岩土的物理力学性质、强度变形计算、稳定性分析、挡土墙及基坑围护的设计与计算、地基承载力等岩土力学基本理论与方法。结合有关交通土建、建筑工程、土木工程的理论和施工知识，分析和解决岩体工程及地基基础问题。
三、岩土试验力学的发展现状
1. 计算方面
由于岩土材料比较特殊，那么在研究岩土试验力学方面就会比较复杂。岩土体本身就是一个复杂的系统，具有不确定性，不规则性和不明确性。目前，我国的岩土试验力学工作者倾向于采用理想数学模型和力学模型建立和描述岩土的各类特性，结果往往不是很理想，甚至出现很大的偏差。那么，为解决这一现状，为突破创新，新的方法和技术是必不可少的。在此，我国也已经找到解决方案，注入了新的研究岩土试验力学理论的思想。
分析几何就是研究岩土试验力学需要用的一种新技术，新方法。它的工作原理是研究一个复杂系统的形态、功能等。紧密联系它们之间的关系，用维数表展现系统的复杂性。系统与维数值成正比例关系，值越大，系统越复杂。
分形几何在计算岩土试验力学中的应用主要包括“定量的对岩土
材料结构进行描述，研究调查水如何在岩土中流动，测量岩土材料的强度和分析岩土力学特征”四方面的内容。分形几何又被概括为两个方面，分形图形和维数计算。常用的分形模型有KOCH曲线，CANTOR集合，Sierpinski地毯和menger海绵等，如下图。它们都属于数学分形，它们之间有一定的相似性。同时，分形维数分为6种，相似维数，容量维数，信息维数，关联维数和广义分形维数。对于不同的分形维数的测量各有不同的方法，如其中的关联维数是利用关联函数来取得的。
2. 模型应用方面
从岩土试验力学的发展史来看，岩土试验力学的力学模型主要有：弹性模型(胡克体)、粘弹性模型(麦克斯韦体)、内含时间弹塑性模型和损伤模型。其中弹性模型又分为线性弹性和非线性弹性两方面。由于岩土试验力学特性是不一样的，根据介质力学理论，建立的模型应有非线性弹性、弹塑性、粘弹塑性和塑性內时模型等。
当前最常用的力学模型有两种，非线性弹性模型和南水模型-南京水利科学院非线性模型。非线性弹性模型是DUNCAN和CHANG采用KONDNER的建议和三轴压缩实验结果，采用变切线弹性模量和变切线体积模量对粘土和砂土进行了模拟，建立了DUANCAN-CHANG模型，其预测结果温和于试验结果。而南水模型将DOMASCHUK模型加以推广，把剪切曲线变成推广曲线，不仅适用于硬化的岩土，还可以适用于超固结土和岩石等软化岩土。它不但考虑了软硬方面还考虑了膨胀与压缩方面，适用范围非常广泛。
四、目前岩土试验力学发展存在的问题和解决措施
1. 在计算方面的不足和解决措施
我国岩土试验力学水平，还不能达到使计算误差小于10%的愿望，这还有待努力，但我国正在努力向这个目标靠近。在排除施工因素后，误差控制在50%以内是完全有可能的。计算岩土试验力学工程还不完善，因为当前的研究只是刚开始，只涉及到很小的一部分，只取的很小的研究成果，我们还当深入到岩土试验力学的各个领域里。我们要将分形几何理论完全引入岩土力学宏图中，还要加大分维数的探讨和研究，理解岩土试验力学系统的基本原理和分清明了各空间的关系。 只有对岩土材料有深入认识和了解我们才能选取合适的计算方法和计算模型，减小计算误差，避免错误发生，并能促进岩土工程各方面力学的综合发展。
2. 模型应用方面的不足和解决方案
线弹性模型不能考虑剪胀变形，它只考虑受荷载作用的变形状况，忽略了不能恢复的塑形变形。塑形变形往往在荷载作用下，荷载不断变化中产生的，通常容易被忽略。它不适用于应力路径复杂时，会受弹性恢复的影响，产生误差。DUNCAN-CHANG模型就没考虑到这方面的内容，它只适用于粘性土、砂土，其他土就不会产生作用，它不能考虑岩土的性质和特征。我们可以只在分析岩土稳定性时使用它。
南水模型建立在DOMASCHUK模型中并推广，考虑了剪切膨胀和压缩方面，并考虑了应力方面的影响，但是不能考虑静水压力作用
的影响。当模型采用非关联流动理论，也不能避免剪切膨胀现象的发生，对岩土体缩减也考虑不到。所以在建立南水模型时，我们要综合考虑多方面因素，建立一个完善的模型。
剑桥模型也有一定的缺陷，只建立了3个参数。在构建上没有充分考虑剪切变形，只利用塑形体积做参量，不考虑应力作用，当应力产生时，它是不能反应和突出的。
五、我国岩石试验力学发展动向规划
岩土试验力学理论和本构模型已经过三十年的发展，但它们还不成熟，那么今后研究“岩土材料稳定性和变形分析”是我们关注的对象，可以通过建立神经网络模型，损伤模型和粘弹模型来研究和探讨它们。它还是一个比较新的研究课题，在研究过程中，我们要建立多种模型和充分利用试验数据。
六、结论
高效动力学范文第3篇
摘 要：
煤化工是煤清洁高效利用的最佳途径，但在其发展的同时也带来了水污染的问题，能否有效处理煤化工废水关系到我国煤化工产业的健康发展。本文介绍了煤化工废水的特点，分析了煤化工废水常用的处理技术，总结了当前煤化工废水处理中存在的问题，并对研究方向和研究重点进行了展望。
关键词：煤化工;废水处理;生化处理
煤炭是我国的主要能源来源，在我国的整体能源结构中占有重要地位。由于我国的煤炭资源60%以上都是褐煤和劣质煤，并且煤炭的利用效率不高，造成了严重的环境污染问题。煤化工是以煤为原料，经过化学加工，使煤转化为气体、液体、固体燃料以及其他化学品的工业。煤化工由于所涉及的产品众多，提升了煤炭的利用效率，是推动煤炭能源高效清洁利用的重要途径。但由于煤化工高耗水的特点，使其产生大量的废水，且废水水质可生化性差，处理难度极大，造成严重的水污染问题。因此，研究和开发科学高效的煤化工废水处理技术，最大限度的利用水资源，不仅能够促进我国煤化工产业的健康发展，减少环境污染，也是解决我国煤炭资源实现向原料和燃料并重转型升级瓶颈的重要途径之一。
1煤化工行业废水的水质特征
根据煤化工行业工艺路线的不同，煤化工行业废水主要包括煤焦化废水、煤气化废水、煤液化废水等。
1.1 煤焦化废水
煤焦化是指煤炭在隔绝空气和高温加热的条件下，受热分解生成煤气、焦油、粗苯和焦炭的过程。在炼焦、煤气净化、焦油及粗苯加工精制等过程中容易产生含有酚、氨及大量有机物的工业废水，排放量大，成分复杂。其中污染物含量最高的主要包括 3 类废水：煤干馏煤气冷却过程中产生的剩余氨水、煤气净化过程中产生的煤气终冷废水、粗苯分离水以及焦油、粗苯等精制过程中产生的污水。煤焦化废水水质易受煤质和炼焦工艺影响，废水中有机物、大分子物质含量高，COD浓度高，可生化性差，属较难生化处理废水。
1.2 煤气化废水
煤气化是以煤或煤焦为原料，在一定的温度和压力条件下，将煤或煤焦与氧气、水蒸气等气化剂反应转化为水煤气的过程。煤气化废水的水质色度大，污染物浓度高，成分复杂且毒性高，是典型的高浓度难降解有机废水，主要包括碎煤加压气化、粉煤气化和水煤浆气化产生的废水，不同气化废水的水质、水量差异较大。
1.3 煤液化废水
煤液化是以煤为原料通过催化剂转化为液体燃料或化工原料的过程，包括煤的直接液化和间接液化两种工艺。煤液化废水主要包括高浓度废水和低浓度废水。低浓度废水主要由各装置排出的低浓度含油废水及生活污水组成。高浓度废水主要包括煤液化、加氢精制、加氢裂化和硫磺回收等工艺环节排出的含硫、含酚污水，此废水水质油含量低，盐离子浓度低，COD浓度很高，可生化性差，是一种处理难度很大的煤化工废水。
2 煤化工废水处理技术
煤化工废水是一类污染物种类多、成分复杂的高浓度有机废水，单靠传统的物理和化学方法处理，往往难以达到排放或回用水质标准的要求。国内外煤化工废水处理大多采用预处理、生化处理、深度处理三段处理工艺。
2.1 预处理
预处理的主要目标是实现废水中的酚和氨类物质回收，降低含油量，提高废水的可生化性，以达到后续生化处理允许的进水水质指标。
2.1.1 酚的回收
煤化工废水的脱酚处理在工业上普遍采用溶剂萃取法，其原理是利用酚在萃取溶剂与水中的分配系数的不同，实现酚的转移。通常采用分配系数高、与水不互溶、安全低毒的萃取溶剂，主要是二异丙基醚、甲基异丁基酮等。陈赟等[1]采用酸水汽提塔同时脱除煤气化废水中的氨气和酸性气体，发现萃取溶剂甲基异丁基甲酮对单元酚和多元酚萃取效果更好。含酚废水进入萃取塔上部，萃取剂由循环油泵打入萃取塔底部，两者在萃取塔中逆流接触，废水中的酚转移至溶剂油中。溶剂油由萃取塔顶溢流进入碱洗塔与碱接触生成酚盐，后进入中间油槽循环使用。萃取法的优点是工艺流程较为简单、成熟，操作方便，废水中含酚量的变化对萃取效果影响较小，脱酚率高（对酚、氰的去除率可分别达到 80%、50%），且能回收大量的酚盐。缺点是脱酚率往往受到废水碱度的影响，且萃取剂有少量溶于水中，需在进一步处理中得到去除。
2.1.2 氨的回收
煤气化废水中含有高浓度的氨氮以及微量高毒性的氰化物，对微生物产生抑制作用，目前主要采用蒸汽汽提-蒸氨法去除氨类，按热源是否与氨水接触分为直接蒸氨和间接蒸氨法。其基本工艺流程为采用磷酸铵溶液吸收经汽提而析出的可溶性氨气，得到富氨溶液经汽提器汽提，使磷酸铵溶液与氨气分离，达到磷酸铵溶液再生与氨气回收的目的。采用隔油-气浮-脱酚-蒸氨预处理工艺，经预处理后，煤气化废水中氨氮去除率達到了98.3%[2]。孟祥清等[3]在氨汽提段采用径向侧喷膜喷射塔板，获得了高浓度的氨气产品。蒸汽气提法对于去除易挥发性物质，尤其是氨非常有效，但缺点是耗能太大，高温高压条件下设备腐蚀严重。
2.1.3 除油
不同的煤化工工艺废水中含有的浮油含量并不相同，煤焦化及液化废水中含油量较高，气化废水中含油量相对较低，主要是有机溶剂溶解的苯酚之类的芳香族化合物造成的。煤化工废水的含油量是影响生化处理效果的重要因素之一，一般生化处理进水要求废水中油的质量浓度不超过50 mg/L，最好控制在20 mg/L以下[4]。常用的除油方法有隔油、气浮、电解、离心分离等。气浮法对固体悬浮物（SS）去除率较高，但因其对CODCr的去除效果不佳，故通常与其它方法联合使用。通过隔油池和气浮法组合，不仅可以回收浮油，还可以起到预曝气的作用。
2.2 生化处理
生化处理是利用微生物的新陈代谢作用，对废水中的有机污染物进行分解和转化，使其最终转化为二氧化碳、水等无害物质，以实现废水净化的方法。常用的生化处理工艺主要有A/O及A2/O工艺、MBBR法、PACT法、厌氧生物处理法等。
2.2.1 A/O及A2/O工艺
A/O及A2/O工艺是将厌氧段与好氧段串联组合进行水处理的工艺，应用较为广泛。厌氧段提高了废水的可生化性，同时将有机污染物进行氨化游离出氨;好氧段利用好氧微生物的新陈代谢将废水在有氧条件下进行硝化反应，使氨氮转化成硝酸盐，泥水单独回流到缺氧池进行反硝化反应，将硝态氮还原为氮气。工艺较传统生物脱氮法流程短、造价低，但脱氮率相对较低。韩洪军等[5]对东北某气化厂的废水采用水解外循环厌氧系统-二级接触氧化池-脱氨池组合工艺进行处理，发现出水的各项指标均满足污水综合排放的国家标准。
2.2.2 MBBR法
MBBR法结合了流化床和生物接触氧化法的优点，是一种新型、高效的废水处理方法。流动床生物膜工艺（MBBR）的核心是采用了密度接近于水、轻微搅拌下易随水自由运动的生物填料，能与污水频繁接触。在曝气池中，悬浮填料作为微生物的活性载体，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用而处于流化状态，增大了生物膜与废水的接触面积，提高了废水处理效率。MBBR法无需活性污泥回流或循环反冲洗，具有占地少、有机负荷高、耐冲击负荷能力强、出水水质稳定等优点，但缺点是低密度填料容易流失，对反应器的设计、载体的流化性能以及工程运行管理的技术要求较高。Huiqiang Li等[6]考察了MBBR工艺对煤气化废水的处理效果，其对COD、酚、氰化物、氨氮的去除率能够分别达到 81%、89%、94%、93%。
2.2.3 PACT法
PACT法是在生化进水中投加粉末活性炭（PAC），利用粉末活性炭吸附溶解氧和有机物，在曝气池中进行微生物分解的污水处理工艺。由于巨大的比表面积和很强的吸附能力，活性炭可以吸附废水中大量的污染物和有毒物质，将污染物的水力停留转化为固体停留以延长生化反应时间，同时避免有毒物质对微生物的毒害，保证了废水处理的稳定，工艺中的活性炭可循环利用。PACT 法活性炭吸附处理COD的動态吸附容量为100%～350%，处理难生物降解污染物的效果比较好。Zhao等[7]将PACT法运用到生物短程脱氮工艺中，系统总氮脱除效率显著提高。陈莉荣等[8]针对煤制油（直接液化工艺）过程产生的低浓度含油废水生物降解性差的特点，采用PACT法处理煤制油含油废水，并对工艺条件和去除效果进行研究，CODCr、氨氮、油的去除率具有显著提高。
2.2.4 厌氧生物处理法
部分煤化工废水含有以喹啉、吲哚、吡啶、联苯等为代表的难降解有机物。该类污染物在好氧条件下难以降解，但在厌氧条件下可以被厌氧微生物通过还原作用可以将单环、多环有机物开环，使得大分子化合物降解为小分子有机物，提高了废水的可生化性，实现了难降解有机物的生物去除。厌氧生物处理法主要有外循环厌氧反应床（EC）、上流式厌氧污泥床（UASB）、膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）等。Li等采用高级厌氧膨胀颗粒污泥床处理煤气化废水，废水的COD含量、总酚含量、挥发酚含量均显著降低。袁敏对中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司的气化废水及甲醇废水进行研究，发现经厌氧生物处理后废水的可生化性得到了较大程度的改善，而且两级厌氧工艺的效果比水解-厌氧工艺更好。
2.3 深度处理
煤化工废水经过生化处理后，出水中还会存在少量难降解的污染物，导致色度和CODCr浓度不能达到相关排放标准或者回用标准的要求，通常需要进行深度处理。常用的深度处理方法有混凝、吸附、高级氧化和膜分离技术等。
2.3.1 混凝法
混凝法是指向废水中投加一定剂量的混凝剂，使废水中的胶体和细微悬浮物在混凝剂的作用下凝聚成絮凝体或颗粒并沉降，达到降低废水的浊度和色度、除去胶体和细微悬浮物的目的。混凝法技术成熟，应用广泛，缺点是对废水的pH要求较高。常用的混凝剂有金属盐无机混凝剂和有机高分子混凝剂等。王俊洁等研究了高效混凝沉淀技术对煤化工废水SS的处理，出水浊度可降到3度以下，远远低于传统工艺中的混凝沉淀出水的指标，使得后续滤池的进水负荷大大减小。
2.3.2 吸附法
吸附法主要利用多孔性固体吸附剂的物理吸附和化学吸附性能除去废水中污染物的过程，根据吸附原理的不同可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附3种类型。吸附法核心是吸附剂，适宜处理固体颗粒污染物含量较高的废水，但吸附剂高昂，成本及再生处理问题限制了其大规模应用。常见的吸附剂有活性炭、焦炭、沸石、树脂、炉渣等。尹连庆等提出了采用褐煤活性焦对煤制气生化废水进行吸附深度处理的方法，出水COD浓度小于50mg/L，满足国家排放标准。
2.3.3 高级氧化法
高级氧化法是指在一定的反应条件下通过产生具有强氧化能力的自由基，使大分子有机物降解成低毒或无毒小分子物质的废水处理方法。根据自由基产生方式和反应条件的不同，可将其分为Fenton氧化、臭氧氧化、湿式氧化、光催化氧化、声化学氧化、电化学氧化等。高级氧化法具有反应时间短、反应过程可控、普适性强和氧化降解彻底等优点。武强等研究了煤气化废水Fenton试剂-混凝沉淀深度处理工艺，COD、色度去除率效果明显。Jia等研究了超声与膜生化反应组合的高级氧化工艺，提高了有机物总量的去除率，同时也改善了污染物的降解性能。
2.3.4 膜分离技术
膜分离技术是利用膜的选择性对不同粒径组分的选择性通过，实现料液选择性分离的技术。根据膜孔径的大小可以分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。膜分离过程是物理过程，不伴随有相的变化。田沈等以陶瓷球为载体，经表面挂膜、增菌处理使微生物细胞附着在陶瓷球表面形成菌膜。处理气化洗焦废水时COD去除率达90.4%，对废水中苯、萘、菲、喹啉、异喹啉和吡啶的去除率也较好。膜处理产生大量的浓盐水是实现废水“零排放”的瓶颈，只有采用膜浓缩、高浓盐水蒸发、超高浓度浓盐水喷雾结晶等浓盐水处理技术才能实现“近零排放”，如大唐克旗煤制天然气项目采用了膜浓缩和高效蒸发工艺处理浓盐水。
3总结与展望
国务院于2012年发布的《关于实行最严格水资源管理制度的意见》，划出了至2030年前全国用水总量红线、用水效率红线和区域纳污红线等3条不可逾越的红线。另外，国家对新建煤化工项目的用水和水污染物的排放也提出了严格的指标要求。这表明国家对水污染问题以及煤化工水处理的日益重视。当前，煤化工废水处理中主要的瓶颈问题包括：有毒难降解有机物质、油类物质的去除;废水回用时膜技术的运行和成本问题等。针对上述问题，主要建议如下：一是在工艺流程方面。煤化工废水水质条件复杂，单一、常规的工艺流程难以满足有效处理的要求。针对不同水质的废水，应在详细分析主要污染物质、生物毒性、可生化性等的基础上，将提高废水可生化性、保障生化工艺运行的物化单元与核心生化单元进行灵活、多级组合，并从反应过程动力学角度调控反应过程，充分发挥生化、物化单元的协同作用。二是在膜技术浓盐水处理方面。因地制宜建设污水回用工程，加快节能降耗的工业化蒸发装备研发并重点解决蒸发器结垢及设备腐蚀问题，研发盐渣无害化处理、资源化利用等技术。在現有工程的基础上，积累操作和管理经验，提高运行管理水平，降低吨水处理成本。
参考文献
[1]陈赟，余振江，盖恒军，等.煤气化污水化工处理新流程[J].化工进展，2009，28（12）：2253-2256.
[2]吴翠荣.煤气化废水深度处理技术研究[J].工业水处理，2012，32（5）：73-75.
[3]孟祥清，马冬云.单塔加压侧线抽提装置在鲁奇加压气化工艺废水处理中的应用[J].工业用水与废水，2010，41（6）：73-76.
[4]张能一，唐秀华，邹平，等.我国焦化废水的水质特点及其处理方法[J].净水技术，2005，24（2）：42-47.
[5]韩洪军，李慧强，杜茂安，等.厌氧/好氧/生物脱氨工艺处理煤化工废水[J].中国给水排水，2010，26（6）：75-77.
[6]Li Huiqiang， Han Hongjun， Du Maoan， et al. Removal of phenols， thiocyanate and ammonium from coal gasification wastewater using moving bed biofilm reactor[J].Bioresource Technology，2011，102（7）：4667-4673）
[7]Zhao Qian， Han Hongjun， Hou Baolin， et al. Nitrogen removal from coal gasification wastewater by activated carbon technologies combined with short-cut nitrogen removal process[J].Journal of Environmental Sciences，2014，26（11）：2231-2239.
[8]陈莉荣，杨艳，尚少鹏.PACT 法处理煤制油低浓度含油废水试验研究[J].水处理技术，2011，37（11）：63-65.
高效动力学范文第4篇
摘要：航空发动机控制系统是发动机的大脑和神经系统，控制系统的优劣直接关系到航空发动机的性能和可靠性。随着航空技术的发展，要求不断地提高，控制系统也由最初活塞式发动机改变螺旋桨桨距的转速自动调节器发展到燃气涡轮发动机的转速、温度、油量、起动、加速等控制系统，以及保证发动机安全工作的防喘装置，超温、超转限制器等。因此，控制系统对保证发动机性能和安全都起着关键性的作用。
关键词：航空;发动机;控制;系统
发动机控制系统对于发动机而言犹如人的大脑对人体各器官的控制作用，是发动机的核心部件。航空发动机动力学控制技术的主要目的，是通过对支承结构和质量分布的合理分配，保障发动机在全转速范围内无有害振动。飞机要在不同的高度和速度下飞行，为了在飞行中保持发动机的给定工作状态，或者按照所要求的规律改变工作状态，都必须对发动机进行控制。所有这些只有依靠自动控制系统来完成。目前，我国正在结合高性能军用航空发动机的型号研制工作，开发符合中国国情的航空发动机数控系统，缩短与先进国家的技术差距，推动我国航空发动机技术的发展。
一、发动机控制系统的基本要求
（一）穩定性高。航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，为航空器提供飞行所需动力的发动机。作为飞机的心脏，被誉为\"工业之花\"，它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。航空发动机控制系统能够保障航空器的持续适航，技术具备强实时性、高稳定性及小巧便携等优势，能够在降低监测和诊断设备成本的同时，实现机载化的航空发动机监测与诊断系统的良好运行。。但是随着系统规模和复杂程度的不断提高，基于文档的系统工程面临的困难越来越突出，如信息表示不准确造成歧义、难以从海量文档中查找所需信息、无法与其他工程领域的设计相衔接（如软件、机械、电子等）。于是基于模型的系统工程（MBSE）应运而生，这也是未来系统工程发展的必然趋势。
（二）精度高。航空发动机的工作环境复杂，工作温度范围大（环境温度～2000 ℃），导致结构工艺特征参数和结构特征参数的变化范围大，引起发动机结构振动具有非线性时变特性。同时，转静件间隙、支承刚度、同心度、不平衡量分布等动力学参数和气动流场气动力等，随发动机状态和温度场的变化而变化，造成各连接结构部件振动传递特性相差也较大。在保证发动机可靠性的前提下，要求发动机的“寿命长”。这是发动机经济性的另一项指标。寿命长，可以降低使用成本、节约原材料。此外，还兼顾应急放油、消喘防喘、故障诊断及健康管理等功能。而航空发动机的工作状态变化范围宽，环境条件变化大，这都给控制系统的设计带来了苛刻的要求。随着航空发动机的不断发展，航空发动机控制系统也在不断发展。在实际工程应用中，从最初的简单机械控制系统，发展到目前可以实现综合控制的全权限数字电子控制系统，同时又由集中式向分布式发展。
（三）体积小、重量轻。一般来讲，确定发动机个数的首要原则就是重量，轻型飞机或超轻型飞机由于起飞重量较小，多采用1～2台发动机，而大型飞机则一般装有2～4台发动机，甚至更多。设计飞机的任何部件，都应在满足使用要求的前提下，尽量减轻其重量。对发动机来说，就是要保证足够大的功率而自重又很轻。衡量发动机功率大、重量轻的标准是“功率重量比”。即发动机所发出的功率与发动机重量之比值。“功率重量比”越大，表示在有相同功率的情况下，发动机越轻。发动机是否省油，是飞机使用的重要经济指标。评定发动机的经济性，常用“燃油消耗率”作标准。“燃油消耗率”是指单位功率（一牛顿或一马力）在一小时内所消耗油料的重量。燃油消耗率越小，说明发动机越省油。例如，通过核心技术可以适当减少零件数目，既减轻了重量又提高了推力，如此有利于提高推重比的整体叶盘自然也不是容易摘得的“明珠”。除了因为轮盘和叶片成为一体，锁紧装置的减少也是重要原因。航空发动机对可靠性的要求极为严苛，简化的转子结构对提高可靠性有很大作用。
二、发动机系统控制技术分析
（一）全权限数字电子控制技术。发动机研究和发展工作的特点是技术难度大、耗资多、周期长，发动机对飞机的性能以及飞机研制的成 败和进度有着决定性的影响，而且发动机技术具有良好的军民两用特性，对国防和国民经济有重要意义。随着飞机、发动机的发展，发动机控制领域的研究成果层出不穷。其中，飞机-推进系统控制一体化技术、全权限数字电子控制（FADEC）技术等无疑都代表着当前发动机控制技术的先进水平。通过发动机一体化设计，提供了一个覆盖全生命周期的完整的、信息一致且可追溯的系统设计方案，避免各组成部分间的设计冲突，降低风险。成熟型号的知识是以系统模型的形式表示和存储的，便于捕获、查询、理解和重用，而且重用的级别可以大幅度提高。具有经济可承受性的全天候、远程、多用途的飞机设计需求，给发动机设计提出了新的要求，除了具有更高的推重比外，还要求发动机既要有亚声速巡航所需的低油耗和良好的巡航效率，又要有跨声速加速以及超声速冲刺所需的大推力。
（二）数字电子控制技术。飞机要在不同的高度和速度下飞行，为了在飞行中保持发动机的给定工作状态，或者按照所要求的规律改变工作状态，都必须对发动机进行控制。所有这些只有依靠自动控制系统来完成。要想使航空发动机获得更大的推重比，就必须提高发动机涡轮前的进口温度，因此对航空发动机燃烧室、涡轮叶片等热端部件的抗高温能力的要求相应提高。航空发动机被誉为工业皇冠上的明珠，有航空器“心脏”的美誉，目前，我国航空发动机整体水平与美、英、俄三巨头相比存在明显落差，中国航空的“心脏病”问题一直是制约我国自主航空工业的瓶颈。发达国家都将发动机数字电子控制技术作为航空技术中的重要内容来发展，花费巨资（占发动机研制费25%-34%）研究，以保证航空发动机工作稳定并充分发挥其性能潜力。在发动机控制系统工程初期阶段，系统产生的信息均以文档形式描述和记录。但是随着系统规模和复杂程度的不断提高，基于文档的系统工程面临的困难越来越突出，如信息表示不准确造成歧义、难以从海量文档中查找所需信息、无法与其他工程领域的设计相衔接（如软件、机械、电子等）。随着航空技术的发展，以航空涡轮起动机为代表的机载辅助动力系统除了要起动发动机外，还要承担为飞机上的机载设备和座舱提供电源、气源、液压源以及应急能源等。
三、结束语
航空工业是一个国家军用和民用技术的核心产业之一，具有用途广泛，科技含量高，产业链长，回报率高的特点，受到了各个大国的巨大的重视，而航空发动机则是航空产品最特殊的一种，被称为王冠上的珍宝，航空发动机需要做到轻重量，高推力，低油耗，高可靠，容易维修，长寿命等要求，开发制造难度为所有航空部件之最。如今，航空发动机是制约我国航空产业发展的瓶颈，在强军目标引领下我军将加速补齐动力短板。航空发动机控制系统的发展是一个由单变量控制发展到多变量控制、由机械液压式控制发展到数字式电子控制、由独立控制发展到飞发综合控制、由集中式控制发展到分布式控制的过程。
参考文献：
1、徐鲁兵，面向对象的航空发动机性能仿真系统设计与实现[D];西北工业大学;2007年
2、王鑫，航空发动机数学模型与控制规律研究[D];西北工业大学;2007年
3、李阳，航空发动机进气总压周向畸变数值模拟[J];航空发动机;2005年02期
高效动力学范文第5篇
摘 要：本文基于乘用车的动力学模型，采用同一款实物轮胎生成不同种类的轮胎模型，通过虚拟试验场的计算方式，研究了这些轮胎模型在动力学载荷计算过程中的一致性和计算效率问题。在轮胎试验测试数据的基础上，利用专业的轮胎模型辨识软件，生成了三种轮胎模型作为研究对象，分别是FTire模型、CDTire31模型和CDTire50模型。为了使车辆动力学模型更接近实际车辆性能，在动力学建模过程中对车辆底盘件进行了柔性化处理。
关键词：轮胎模型;虚拟试验场;动力学;柔性化
前 言
國内汽车行业快速发展的同时，各企业之间又面临新的竞争和挑战。良好的车辆性能，对提升品牌竞争力具有很大帮助，其中车辆具备较好的耐用性是达到车辆性能目标的基础。传统的疲劳耐久开发路线都是利用物理样车进行载荷谱的采集工作，然后进行后续的底盘车身疲劳计算。这种开发方式存在一定的滞后性，多数企业在样车制作完成以后，可优化空间较小，同时大量的试验测试也消耗很多的人力和物力资源[1-2]。鉴于以上因素，基于虚拟试验场的研发方式得到越来越多国内主机厂的关注和认可[3-4]。其中国内一些车辆企业已经将该方法应用到部分车型的开发当中[5-7]。
虚拟试验场技术在研发周期上具备一定的优势，在车辆三维数据模型阶段就可以进行疲劳载荷的提取，预测车辆部件疲劳寿命和风险位置，有效的缩短车辆开发周期。
在成本控制方面，相比于传统的疲劳耐久开发需要进行大量的实车试验来采集载荷谱，虚拟试验场的研发方式可以为企业节省试验成本。
虚拟试验场技术中有三个重要因素：高精度的轮胎模型、合理可靠的试验场三维数字路面、精确的整车动力学模型[8-10]。目前国内各大试验场基本都已经建立了自己的数字路面库，车辆企业对动力学模型的搭建也具备较丰富的经验。
在轮胎模型应用方面CDTire和FTire轮胎模型在车辆动态载荷提取方面使用较为广泛[11-12]。FTire模型是基于柔性环假设的3D非线性面内和面外轮胎仿真分析模型，属于空间三维非线性的结构化轮胎模型;CDTire模型是基于轮胎实物结构组成得到的物理模型，根据轮胎横断面的各层组成成分，建立多层组合的环状模型。CDTire常用于动力学载荷提取的模型包含CDTire31模型和CDTire50模型。相比于CDTire31模型，CDTire50模型在Y向（即轮胎轴向）包含更多的载荷信息。目前国内对于单种轮胎模型应用的研究较多，而对于多种轮胎模型之间的应用对比研究较少。
鉴于此，本文针对CDTire31、CDTire50以及FTire三种轮胎模型在整车虚拟试验场动力学提载方面的应用效果进行对比研究。目前主流的动力学软件均可以兼容以上提到的轮胎模型和三维数字路面。
1 三维数字路面
目前常见的三维数字路面格式有CRG、RDF，不同格式数字路面与轮胎模型的兼容性有一定差异。其中，CRG格式的数字路面与多种轮胎模型具备较好的兼容性，因此诸多研究机构将CRG格式作为标准输入路面[14]。
RDF格式路面通常由一系列的空间三角形组成三维路面，如图1所示，图片中的路面片段有6个节点，通过1～6号节点定义了4个三角形路面元素A、B、C和D;三角形的法向方向朝外，并定义相应的摩擦系数。
CRG格式路面沿着道路前进方有一条中心线，在中心线的两侧分布着矩形单元，通过这些矩形单元的节点空间位置来反应道路的高程信息。矩形单元沿道路中线方向形成等间距的若干份，在宽度方向上可以灵活定义不同的间距，用来描述各种复杂特征的路面。CRG格式路面的具体原理如图2所示：
本文采用的是试验场的CRG格式数字路面，该数字路面是通过激光设备扫描路面形貌以及场地图纸重构的方式生成。
2 轮胎模型
轮胎模型的生成过程，如图4所示。对于常用的轮胎模型来讲，不管是FTire模型还是CDTire模型，其整体的生成过程是相似的。主要分为两部分的工作，第一部分就是轮胎测试试验，根据规定的测试规范和测试项目对实物轮胎进行测试，获取所需的一系列测试结果数据。第二部分就是将这些测试数据导入到专门的轮胎辨识软件中，由专业的轮胎模型辨识工程师进行处理。完成这两部分工作以后，就可以获得工程可用的轮胎模型文件。在本文的研究中，采用以上这种方式辨识生成了FTire模型、CDTire31模型和CDTire50模型来进行仿真应用。其中CDTire50模型是辨识生成的结构与非线性参数最完整的一种轮胎模型，CDTire31模型与CDTire50模型相比，在轮胎模型的轴向进行了部分参数简化，用来提高计算效率。
3 整车动力学模型
通过动力学模型的输入参数，搭建整车动力学模型。由于实际的车辆底盘结构并非完全的刚性结构连接体，因此采用刚柔耦合的方式模拟车辆底盘部件，这样可以保证动力学模型底盘结构更接近实际车辆的底盘特性。衬套参数在动力学模型中非常关键，本模型中涉及的衬套刚度参数均为试验测试所得，阻尼参数根据工程经验进行合理设置。
动力学模型中，包含的柔性体结构如下，前悬架：摆臂、前副车架;后悬架：摆臂、后副车架、纵臂、上拉杆;前后悬架的稳定杆均采用非线性梁建模。搭建完毕的整车动力学模型如图5所示，为了更清楚的展示底盘结构，在此对车身进行了隐藏。动力学模型搭建完成以后，经过K&C测试的试验数据将模型进行对标，从而保证整车动力学模型的准确性。
车辆底盘多体动力学系统的自由度（DOF）可用以下公式表示：
式中，n表示活动部件总数;pi表示第i个运动副的约束条件数目，m表示运动副总数;qj表示第j个系统原动机的驱动约束条件数目，x表示原动机总数目;Rk表示其他的约束条件数目。整个系统的自由度数目决定了该机构的分析类型：运动学分析或者动力学分析。当系统的总的自由度DOF>0时，可以对系统进行运动学分析。根据拉格朗日方程建立多刚体系统运动微分方程，基于广义坐标系对部件进行方位描述，对于刚体i，采用质心在惯性坐标系中的笛卡尔坐标系与反应刚体方位的欧拉角作为广义坐标系：
即每个刚体均采用六个广义坐标进行描述。应用拉格朗日待定乘子法，可以获得系统的動力学方程：
表示非完整的约束方程;T表示系统动能;q表示广义力矩阵;ρ表示对应于完整约束的拉格朗日乘子列阵;μ表示对应于非完整约束的拉格朗日乘子列阵。通过求解式（4）可获得底盘系统实时运动状态。
4 计算结果
整车动力学模型配合三种轮胎模型，在所选定的四种数字路面上进行了仿真计算，四种路面的名称非别是过坎路、方坑路、正弦路、扭曲路。选取这些道路的原因是：1、过坎路可以近似的模拟车辆过减速带情景;2、方坑路工况模拟了一个大的轮胎冲击场景;3、正弦路提供了一种比较规律的路面激励源;4、扭曲路可以让车辆的侧向载荷更明显。提取车辆右前轮轮心位置X、Y、Z三向力的动态载荷曲线进行对比研究，计算结果曲线如图6汇总所示。四种路面车辆行进的速度参数如表1所示：
对图6中仿真计算的曲线结果进行进行分析，并对三种轮胎模型计算效率进行汇总统计。对比CDTire31、CDTire50以及FTire三种轮胎模型对应的轮心载荷提取结果可以看出，在四种不同的道路上，Z向载荷通道的曲线波峰数值均为最大。说明整个车辆运动过程中，轮心处Z向的力载荷为主要载荷通道。同时观察四幅Z向力载荷的曲线对比图可以发现，三种轮胎模型对应的载荷曲线重合度很高，X向和Y向的载荷曲线存在一定的差异，但曲线波动趋势并没有相差很大。
从三种轮胎模型的计算效率来看，在同一台计算机上计算完成后，对计算时长进行了统计比较，如表2所示。其中，在过坎路工况下，三种轮胎模型所用的计算时长比较如下：CDTire31 <CDTire50<FTire，其余三条道路下，所用时长比较如下：CDTire31< FTire < CDTire50。四条道路综合时长比较如下：CDTire31< FTire < CDTire50。
因此，在载荷曲线计算结果相差较小的前提下，CDTire31轮胎模型的计算效率明显高于另外两种轮胎模型。在工程开发中，能够节省较多的时间。
5 结论
三种不同的轮胎模型在四种典型道路工况下提取轮心处的X、Y和Z三向载荷进行对比，曲线结果相似度较高。说明三种轮胎模型在动力学载荷提取应用中，具有类似的性能表现。
在保持较高的结果相似性的同时，三种轮胎模型的计算效率有较大的区别。其中CDTire31轮胎模型的计算效率最高，CDTire50轮胎模型与FTire轮胎模型在不同的计算工况下计算效率各有高低。
综合四条道路的计算效率来讲，CDTire31轮胎模型高于FTire轮胎模型，同时FTire轮胎模型又高于CDTire50轮胎模型。
参考文献：
[1]荣冰，肖攀，周建文. 基于实测载荷谱和仿真载荷谱的底盘疲劳分析对比[J]. 振动与冲击，2018，37（12）：179-186.
[2]白学文，齐志会，吴燕，等. 道路模拟试验技术在新能源汽车开发中的应用研究[J]. 振动与冲击，2019，38（6）：83-87.
[3]SCHUDT J， KODALI R， SHAH M. Virtual Road Load Data Acquisition in Practice at General Motors [J].SAE Technical Paper， 2011.
[4]TASCI M， TEBBE J， DAVIS J. Development of 3-D Digital Proving Ground Profiles for Use in Virtual Prediction of Vehicle System/Sub-System Loads [J].SAE Technical Paper， 2011.
[5]徐新新，宋峰，王瑞锋. 基于MotionView整车虚拟试验场仿真的后转向节强度分析[J]. 计算机辅助工程，2016，25（6）：46-49.
[6]邢如飞，刘艳华. 基于虚拟耐久路面的动态载荷分解方法研究[J]. 沈阳航空航天大学学报，2018，35（6）：39-49.
[7]张朝军，尹道志，丁智. 基于VPG技术的整车强度工况BIP虚拟仿真[C]// 中国力学学会产学研工作委员会. 第十五届中国CAE工程分析技术年会论文集. 中国上海： 中国数字仿真联盟，2019. 173-176.
[8]高攀，刘大维. 三维路面激励下重载汽车三向轮胎力仿真分析[J]. 湖北汽车工业学院学报，2016，30（3）：11-14.
[9]李金辉，徐立友，张柯柯. 非平稳行驶条件下重型汽车轮胎动载特性分析[J]. 振动与冲击，2020，39（1）：109-114.
[10]刘祥银，陈洋，高攀，等. 双轮辙激励下多轴重型车辆动载特性仿真分析[J]. 振动与冲击，2015，34（13）：48-52.
[11]费瑞萍. FTire轮胎模型的仿真分析及试验研究[D]. 长春：吉林大学，2011.
[12]张海涛. SWIFT与FTire轮胎模型的应用对比研究[D]. 长春： 吉林大学，2011.