時(shí)間：2023-06-20 17:05:34
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關(guān)鍵詞：船舶結(jié)構(gòu)；有限元法；優(yōu)化設(shè)計(jì)；浮態(tài)調(diào)整；自動(dòng)加載
一、引言
在船舶結(jié)構(gòu)直接計(jì)算中，外載荷(包括波浪壓力、砰擊載荷、貨物壓力、晃蕩載荷、波浪彎矩、剪力和扭矩等)[1]的計(jì)算都依賴于經(jīng)驗(yàn)公式，不管是采用全船的計(jì)算模型還是采用艙段的計(jì)算模型，目前情況下很難得到一個(gè)完全平衡的外載荷力系。由于船舶結(jié)構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，直接計(jì)算時(shí)，有限元模型中節(jié)點(diǎn)數(shù)、單元數(shù)十分龐大，載荷計(jì)算的累計(jì)誤差使得尋求一個(gè)完全平衡的外載荷力系的工作更加困難。在這種情況下，施加合理、合適的邊界條件變得十分重要，因?yàn)榧s束點(diǎn)產(chǎn)生的很大的反力嚴(yán)重地影響(改變)了結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)。邊界條件對(duì)于計(jì)算的結(jié)果有重大的影響，而邊界條件的確定取決于對(duì)結(jié)構(gòu)受力和變形狀態(tài)的判斷以及分析者的經(jīng)驗(yàn)，其中人為的因素較多。也許可以認(rèn)為根據(jù)StVenant原理，由于約束點(diǎn)距離我們最關(guān)心的部位較遠(yuǎn)，對(duì)應(yīng)力分布的計(jì)算結(jié)果的影響有限，但是這樣得到的結(jié)果畢竟是不甚合理的。因此用有限元方法計(jì)算船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，為了得到比較準(zhǔn)確的變形和應(yīng)力結(jié)果，可能需要特殊的處理方法。目前的研究中有采用慣性釋放的方法[2]，此方法用結(jié)構(gòu)的慣性力來平衡外力，由于人為的施加外載荷，雖然在大多數(shù)情況下，都經(jīng)過了節(jié)點(diǎn)力的調(diào)整，但作用在船體的力系仍然不是平衡力系，根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，利用慣性力使整個(gè)力系達(dá)到平衡。也有研究整船有限元模型自動(dòng)加載技術(shù)的[3]，這些研究都需要經(jīng)過節(jié)點(diǎn)力的調(diào)整和慣性平衡力計(jì)算的多次疊代，對(duì)船舶要進(jìn)行浮態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)起來，比較繁瑣。
本文基于優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想，提出了一種應(yīng)用ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)分析功能進(jìn)行船舶浮態(tài)的自動(dòng)調(diào)整及加載的方法，使得施加在有限元模型的整個(gè)外載荷幾近于平衡力系，約束點(diǎn)的支反力接近于零，通過算例證明了該方法的可行性。
二、ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用于船舶浮態(tài)自動(dòng)調(diào)整及加載
ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)分為目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)和拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)兩種。目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種通過迭代試算以確定最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的技術(shù)[4]。所謂“最優(yōu)設(shè)計(jì)”，指的是該種方案可以滿足所有的設(shè)計(jì)要求（如應(yīng)力低于許用應(yīng)力，長(zhǎng)度小于臨界長(zhǎng)度），而且目標(biāo)量的支出（如重量、面積和費(fèi)用等）最小。一般來說，設(shè)計(jì)方案的許多方面都可以優(yōu)化，如尺寸、形狀、制造費(fèi)用、自然頻率等。所有可以參數(shù)化的ANSYS選項(xiàng)幾乎都可以做優(yōu)化設(shè)計(jì)。ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際就是程序提供了一系列的分析―評(píng)估―修正的循環(huán)過程，這一循環(huán)過程重復(fù)進(jìn)行直到所有的設(shè)計(jì)要求都滿足為止。ANSYS優(yōu)化模塊中的三大變量是設(shè)計(jì)變量、狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計(jì)變量為自變量，優(yōu)化結(jié)果的取得就是通過改變?cè)O(shè)計(jì)變量的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)的，而實(shí)際上設(shè)計(jì)變量就是需要真正的進(jìn)行設(shè)計(jì)的變量。狀態(tài)變量是約束設(shè)計(jì)的數(shù)值，為因變量，是設(shè)計(jì)變量的函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)即為最后用以評(píng)估設(shè)計(jì)是否最優(yōu)設(shè)計(jì)的量，一般來說是要盡量減小的量，它必須是設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，也就是說目標(biāo)函數(shù)的數(shù)值也必須隨著設(shè)計(jì)變量的改變而改變。
本文的思路是基于ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，我們將船舶首尾吃水定義為設(shè)計(jì)變量，也就是說將船舶模型的舷外水壓力載荷作為我們?cè)O(shè)計(jì)的變量，再將單元的應(yīng)力定義為狀態(tài)變量，約束點(diǎn)處的支反力定義為目標(biāo)函數(shù)，通過優(yōu)化迭代設(shè)計(jì)，ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)程序?qū)⑼ㄟ^迭代試算自動(dòng)尋找到船舶合理的也就是實(shí)際的吃水狀態(tài)，使得目標(biāo)函數(shù)值即約束支反力的大小接近于零，此時(shí)整個(gè)外載荷幾近于平衡力系，得到的設(shè)計(jì)變量的解最接近船舶實(shí)際的吃水及浮態(tài)，這個(gè)解也就是我們所要尋找的最優(yōu)解，尋找到最優(yōu)解的這次迭代實(shí)際上也完成了船舶有限元模型合理的加載與計(jì)算。
整個(gè)優(yōu)化程序設(shè)計(jì)的主要步驟為（1）用命令流參數(shù)化建立船舶有限元模型，船舶的吃水等設(shè)計(jì)變量用參數(shù)化的形式輸入，并指定初始值，為了提取必要的狀態(tài)變量以及目標(biāo)函數(shù)，需要進(jìn)行一次求解且用命令流提取并指定狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)，將船舶的吃水指定為設(shè)計(jì)變量，單元的應(yīng)力指定為狀態(tài)變量，約束處的支反力定義為目標(biāo)函數(shù)，然后生成循環(huán)所用的分析文件，該文件包括整個(gè)分析的過程；（2）進(jìn)行優(yōu)化分析的設(shè)置，進(jìn)入OPT，指定分析文件，聲明優(yōu)化變量，選擇優(yōu)化工具和優(yōu)化方法，指定優(yōu)化循環(huán)控制方式等。（3）運(yùn)行優(yōu)化程序，進(jìn)行優(yōu)化分析并查看設(shè)計(jì)序列結(jié)果和后處理。
三、算例
為了說明該方法的的可行性，本文對(duì)一柱體進(jìn)行了基于優(yōu)化設(shè)計(jì)的浮態(tài)調(diào)整。如圖1所示，柱體的橫截面為正方形，柱體上表面0-3000mm范圍內(nèi)的均布載荷為1/375 N/mm2，3000-7000mm范圍內(nèi)的均布載荷為3/800 N/mm2，7000-10000mm范圍內(nèi)的均布載荷為7/3000 N/mm2，首吃水的初始值B=300mm，尾吃水的初始值A(chǔ)=500mm，整個(gè)分析計(jì)算過程的APDL程序如下：
圖1 柱體模型尺寸及載荷示意圖（尺寸單位：mm）
/BATCH ASEL,A,LOC,X,10000
*SET,A,500! 定義設(shè)計(jì)變量初始值 ADELE,ALL,1
*SET,B,300 ASEL,S,LOC,Y,0
/PREP7！進(jìn)入前處理建立有限元模型 ASEL,A,LOC,Y,1000
ET,1,SHELL63 ASEL,A,LOC,Z,1000
R,1,10, , , , , , AREVERSE,ALL
ET,2,LINK8 ESIZE,50,0
R,2,500, , MSHAPE,0,2D
MPTEMP,,,,,,,, MSHKEY,1
MPTEMP,1,0 ASEL,ALL
MPDATA,EX,1,,2.1E5 AMESH,ALL
MPDATA,PRXY,1,,0.3 N,0,-500,500
BLC4, , ,10000,1000 N,10000,-500,500
VEXT,all, , ,0,0,1000,,,, TYPE,2
VDELE, 1 MAT, 1
ASEL,S,LOC,X,0 REAL,2
ESYS, 0 D,NODE(0,0,500),,,,,,UX,,UZ,！施加約束
SECNUM, D,NODE(10000,0,500),,,,,,,,UZ,
TSHAP,LINE D,NODE(0,-500,500),,,,,,,UY,,
E,NODE(0,0,500),NODE(0,-500,500) D,NODE(10000,-500,500),,,,,,,UY,,
E,NODE(10000,0,500),NODE(10000,-500,500) ALLSEL,ALL
NSEL,S,LOC,X,0,3000 SOLVE ！第一次求解
NSEL,R,LOC,Y,1000 FINISH
FINISH /POST1！進(jìn)入后處理
/SOL！進(jìn)入求解器 SET,LAST
ANTYPE,STATIC ETABLE,STR,LS,1！提取狀態(tài)變量值
SF,ALL,PRES,8000/(1000*3000) ！定義載荷 *GET,STR1,ELEM,ENEARN(NODE(0,-500,500)),E
TAB,STR
NSEL,S,LOC,X,3000,7000
NSEL,R,LOC,Y,1000 *GET,STR2,ELEM,ENEARN(NODE(10000,-500,50
0)),ETAB,STR
SF,ALL,PRES,15000/(1000*4000)
NSEL,S,LOC,X,7000,10000 *SET,C,ABS(STR1)
NSEL,R,LOC,Y,1000 *SET,D,ABS(STR2)
SF,ALL,PRES,7000/(1000*3000) *SET,W,500*（C+D） ！提取目標(biāo)函數(shù)值
ALLSEL,ALL FINISH
*DIM,P1,TABLE,2,3,1,X,Y, LGWRITE,'OPT','lgw', ！生成優(yōu)化分析文件
*SET,P1(0,1,1) , 0 /OPT ！進(jìn)入優(yōu)化處理器
*SET,P1(0,2,1) , B OPANL,'OPT','lgw',' '！指定分析文件
*SET,P1(0,3,1) , A OPVAR,A,DV,300,700, , ! 定義設(shè)計(jì)變量
*SET,P1(1,0,1) , 0 OPVAR,B,DV,200,600, ,
*SET,P1(1,1,1) , A/100000 OPVAR,C,SV,0,100, , ！定義狀態(tài)變量
*SET,P1(1,2,1) , (A-B)/100000 OPVAR,D,SV,0,100, ,
*SET,P1(2,0,1) , 10000 OPVAR,W,OBJ, , ,10, ！定義目標(biāo)函數(shù)
*SET,P1(2,1,1) , B/100000 OPSAVE,'OPT',' ',' '
NSEL,S,LOC,Y,0,1000 OPTYPE,FIRS！定義一階方法
NSEL,U,LOC,Y,1000 OPFRST,8, , , ！最大8次迭代
SF,ALL,PRES,%P1% ！定義水壓力載荷 OPEXE！開始優(yōu)化分析
ALLSEL,ALL
程序在第3次迭代計(jì)算的時(shí)候，找到了最優(yōu)解，此時(shí)設(shè)計(jì)變量A=320.84mm，B=279.07mm，目標(biāo)函數(shù)W=4.2832 N，本次迭代同時(shí)也完成了模型合理的加載與計(jì)算。設(shè)計(jì)變量A、B對(duì)迭代次數(shù)的函數(shù)曲線見圖2所示，目標(biāo)函數(shù)W對(duì)迭代次數(shù)的函數(shù)曲線見圖3所示。
理論計(jì)算結(jié)果為A=321.001mm，B=278.999mm，優(yōu)化程序計(jì)算表得到的A值的相對(duì)誤差為0.519%，B值的相對(duì)誤差為0.025%，誤差非常小，可見程序的計(jì)算是有效的。
圖2A、B對(duì)迭代次數(shù)的函數(shù)曲線 圖3W對(duì)迭代次數(shù)的函數(shù)曲線四、結(jié)論
有限元方法在船舶結(jié)構(gòu)分析中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，由于船舶結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，浮態(tài)的調(diào)整和舷外水壓力的計(jì)算及加載要花費(fèi)大量的精力，從算例可見，基于ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)分析可以用來自動(dòng)處理這些工作，并能較好地接近理論計(jì)算的結(jié)果，因此該方法在船舶結(jié)構(gòu)的直接計(jì)算中，具有一定的實(shí)用性。
參考文獻(xiàn)
[1]王杰德，楊永謙. 船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1995.
[2]張少雄，楊永謙. 船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算中慣性釋放的應(yīng)用.中國(guó)艦船研究，2006，1（1）：58~61.
[3]朱勝昌，陳慶強(qiáng). 整船準(zhǔn)靜態(tài)分析的有限元模型自動(dòng)加載及載荷修正技術(shù).船舶力學(xué)，1999，3（5）：47~54.
【關(guān)鍵詞】 船舶消防水系統(tǒng) 消火栓間距 優(yōu)化
對(duì)于船舶消防水系統(tǒng)而言，水的獲取相對(duì)容易（主要使用海水），可是稱得上是海上消防最廉價(jià)的材料。水的滅火原理就是冷卻，當(dāng)水與火接觸時(shí)就會(huì)長(zhǎng)生大量的水蒸氣，水蒸氣可以阻止氧氣與火源的繼續(xù)接觸，從而抑制火的蔓延；而且強(qiáng)大的水柱會(huì)產(chǎn)生較大的機(jī)械壓力，對(duì)易燃物體的燃燒部分起到驅(qū)散與撲滅的作用；水還可以進(jìn)一步的滲透到易燃物的內(nèi)部，以限制火源的繼續(xù)蔓延。消防水系統(tǒng)，是船舶消防制度中嚴(yán)格規(guī)定的必備系統(tǒng)。其工作原理是通過消防水系統(tǒng)中的消防泵從海底閥泵入舷外水，然后經(jīng)消防總管分入各個(gè)支管，輸送到系統(tǒng)中的每個(gè)消火栓等出水端以供滅火所需。
1 船舶消防水系統(tǒng)的概述
船舶消防水系統(tǒng)主要由消防泵、系統(tǒng)管網(wǎng)、消火栓、消防水帶、水槍和國(guó)際通岸接頭等組成。消防水泵是消防水系統(tǒng)的主要給水升壓設(shè)備，是整個(gè)消防水系統(tǒng)的核心所在。從其工作原理來講，與其他用途的水泵沒有什么本質(zhì)的區(qū)別，只是消防水泵是專門用于消防水系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。系統(tǒng)管網(wǎng)，就是水從消防泵輸送至各個(gè)消火栓的管道網(wǎng)，主要由消防總管與各支管組成。根據(jù)水的輸送距離長(zhǎng)短和輸送方向的集散程度，管道上一般還會(huì)設(shè)置各種附件、管件、組件等簡(jiǎn)單的設(shè)備。消火栓即消防水系統(tǒng)的出水終端，由快捷接頭和截止閥組成。消防水帶的制作材料一般有棉織涂膠、尼龍涂膠和麻織三種。水槍就是為了改變水流形式和獲取射程而設(shè)計(jì)的工具，可分為水霧/水柱型、水柱型和噴霧型三種。國(guó)際通岸接頭一般有兩部分組成，一端為適合于與本船舶消火栓和消防水帶連結(jié)的快速接頭，另一端是標(biāo)準(zhǔn)法蘭接頭，兩個(gè)接頭組合工作，而且國(guó)際通岸接頭在不用時(shí)應(yīng)放于規(guī)定位置，以便于隨時(shí)可取。
2 消火栓間距
消火栓的間距主要包括消火栓的規(guī)格及在相關(guān)規(guī)定下規(guī)格的選取，還包括消火栓的射程等數(shù)據(jù)，只有結(jié)合以上兩點(diǎn)才能更好的做到消火栓的有效優(yōu)化。
2.1 消火栓水槍的口徑確定
消火栓的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格一般可以分為、與三種。
根據(jù)相關(guān)規(guī)定，在外部場(chǎng)所和機(jī)器處所，水槍尺寸應(yīng)該是在滿足規(guī)定要求壓力之下的水柱中，并能從最小的水泵獲得較大限度出水量，但是規(guī)定水槍規(guī)格應(yīng)盡量控制在19mm以下，根據(jù)這一規(guī)定選取使用19mm的水槍并不違反規(guī)格要求。
2.2 消火栓水槍的最大射程
消火栓的水槍在噴水時(shí)，在全部消火栓處應(yīng)維持的的最低壓力如表1所示。
關(guān)鍵詞：船舶管理系統(tǒng)；彈性支撐；位置優(yōu)化設(shè)計(jì)
在戰(zhàn)爭(zhēng)中，船舶經(jīng)常會(huì)受沖擊作用造成內(nèi)部部件損壞，進(jìn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的故障問題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，加強(qiáng)了船舶管路系統(tǒng)的研究力度，主要利用隨機(jī)輸入對(duì)彈性支撐參數(shù)及位置等進(jìn)行了分析，但沒有對(duì)沖擊荷載及位置優(yōu)化等進(jìn)行分析。本次主要采用直梁模擬船舶管路系統(tǒng)，并利用模型計(jì)算、控制等一系列操作，對(duì)不同位置的彈性支撐進(jìn)行了驗(yàn)算，可以得到各種動(dòng)態(tài)響應(yīng)參數(shù)，確定了彈性支撐位置。
一、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型
本次主要對(duì)船舶彈性支撐管路系統(tǒng)進(jìn)行研究，結(jié)合彈性支撐情況，將管路系統(tǒng)中的一部分作為了直梁模型。通常可以將管路系統(tǒng)劃分為兩個(gè)階段進(jìn)行分析：第一階段，受沖擊荷載影響，系統(tǒng)可得到初始速度。但是此階段沖擊荷載作用的實(shí)踐較短，產(chǎn)生的沖擊較大，所以可忽略不計(jì)。第二階段是沖擊后階段，該階段中獲得的沖擊初始速度，在周期與隨機(jī)作用下會(huì)發(fā)生強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的振動(dòng)強(qiáng)度較大。
本次分析中將其運(yùn)動(dòng)分為三步，第一，運(yùn)動(dòng)方程：
其中ρ表示航渡，E表示拉壓彈性模量，I表示斷
面關(guān)心矩，x表示激振位移，y（x，t） v表示梁撓度， 為激振位移，Cm為粘性系數(shù)，lci表示彈性支撐位置。
第二，沖擊運(yùn)動(dòng)方程。船舶受到較大沖擊力之后，可以將運(yùn)動(dòng)時(shí)間曲線表示成：
其中參量V表示衡量攻擊強(qiáng)
度的速度；T1表示沖擊運(yùn)動(dòng)非振蕩與風(fēng)量衰減時(shí)間，一般隨著船舶運(yùn)動(dòng)、類型等情況變化；時(shí)間T2為主震蕩衰減時(shí)間；時(shí)間T3為主震運(yùn)動(dòng)分量周期，隨著船位置變化變化，t表示沖擊所耗費(fèi)的時(shí)間。
第三，沖擊完成后進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)方程：
，其中， 是標(biāo)準(zhǔn)白噪聲。
對(duì)系統(tǒng)沖擊后實(shí)施控制時(shí)，必須從四種情況進(jìn)行分析：第一種，進(jìn)行自由振動(dòng)，d2=d3=0；第二隨機(jī)振動(dòng)，d2=1，d3=0；第三，周期振動(dòng)，d2=0，d3=1；第四一般情況，d2≠0，d3≠0。
二、探索最優(yōu)控制問題
（一）制定最優(yōu)控制方程
一般采用模態(tài)分析可以將運(yùn)動(dòng)方程表示為狀態(tài)方程，此時(shí)梁應(yīng)力就可以表示為：
，其中 。
（二）了解目標(biāo)函數(shù)
為了了解系統(tǒng)在沖擊后的振動(dòng)控制，本次研究中主要將其分為四種不同狀態(tài)下，分被是自由振動(dòng)、純隨機(jī)輸入、純周期輸入與一般情況四種情況。
（三）控制方程的解
將運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行模態(tài)分析后，將其表示為 ，其中 為振向量矩陣，q=[q1，q2，q3…qN]T。
第一，如果不計(jì)沖擊狀態(tài)影響，可得到?jīng)_擊階段運(yùn)動(dòng)解為
，位移與速度為qi0=qi0（t）、qi0=qi0（t）。位移與速度均為初始位移速度。第二沖擊后階段。沖擊后主要分為兩部分求解，一種為連續(xù)梁所讀初始速度是自由振動(dòng)在隨機(jī)輸入與周期輸入下所進(jìn)行的強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)，一般從自動(dòng)振動(dòng)、純隨機(jī)輸入與純周期輸入等三方面進(jìn)行計(jì)算。
三、實(shí)例分析
本次將系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置為E=2×1011Pa，Cin=2×108NS/m2，l=10m，Z Zb=5×10-6m3，I=5.1×10-7m4，ρ=8.34kg/m。進(jìn)行管路系統(tǒng)彈性支撐布置時(shí)，必須要對(duì)各種運(yùn)輸情況進(jìn)行分析，在不同輸入下設(shè)置1、2、3個(gè)彈性支承，采用對(duì)稱方法設(shè)置。上述均為梁沖擊后在不同情況下所產(chǎn)生的彈性支承位置減振變化，圖中橫坐標(biāo)是lc/l0，縱坐標(biāo)是σ/σ0。l0表示梁長(zhǎng)；c為彈性支撐位置；當(dāng)設(shè)置1到2個(gè)彈性支撐時(shí)，σ0是系統(tǒng)不加載彈性支撐時(shí)承受荷載下的平均彎曲應(yīng)力，當(dāng)布置知三個(gè)彈性支撐時(shí)，σ0只表示加一個(gè)彈性支撐所受荷載的平均彎曲應(yīng)力；σ表示加載彈性支撐系統(tǒng)后，在荷載作用下所產(chǎn)生的平均彎曲應(yīng)力。
第一，分析自動(dòng)振動(dòng)情況。如上圖1所示，當(dāng)布置一個(gè)彈性支撐時(shí)，形成的最佳位置恰好在管路終端；布置兩個(gè)彈性支撐時(shí)，恰好在0.33l0和0.67l0位置；布置三個(gè)彈性支撐時(shí)，最優(yōu)位置在0.25l0、0.50l和0.75l0三個(gè)位置。
第二，隨機(jī)振動(dòng)情況。耐2可知，對(duì)于彈性支撐的最優(yōu)位置，一般布置一個(gè)彈性支撐時(shí)，恰好在管路中點(diǎn)；布置兩個(gè)時(shí)恰好在0.35l0、0.65l0；布置三個(gè)彈性支撐時(shí)，最佳位置是0.27l0、0.50l0和0.73l0。
第三，了解周期運(yùn)行情況。從圖3可知，一個(gè)彈性支撐時(shí)，最佳位置恰好在管路中點(diǎn)；布置兩個(gè)彈性支撐時(shí)恰好位于0.37l0、0.63l0；布置三個(gè)是最佳位置是0.00l0、0.50l0和1.00l0。
第四，分析隨機(jī)與周期聯(lián)合運(yùn)行狀況。圖4展示了周期輸入及書記輸入情況下彈性支撐位置變化的減振圖，在此種操作中充分考慮了兩種不同參數(shù)的位置變化。布置一個(gè)彈性支撐時(shí)，恰好為管路中點(diǎn)；布置兩個(gè)時(shí)，最佳位置是0.37l0，0.63l0與0.39l0，0.61l0；布置三個(gè)彈性支撐時(shí)，最佳位置是0.00l0，0.50l0，1.00l0與0.33l0，0.50l0與0.67l0。
四、結(jié)果分析
結(jié)合上述分型與計(jì)算結(jié)果等分析可知，第一，彈性支撐位置影響著減振效果，圖中所表示的最小值為彈性支撐最佳位置；第二，但彈性支撐參數(shù)相同時(shí)，彈性支撐位置的合理布置不僅影響系統(tǒng)振動(dòng)及隨機(jī)振動(dòng)，而且減振效果較好，但對(duì)系統(tǒng)周期減振效果影響較大；第三，使用不同參數(shù)彈性支撐，所得的最優(yōu)位置也會(huì)發(fā)生很大變化。第四，同一個(gè)系統(tǒng)中，一旦談彈性參數(shù)給定，就必須對(duì)彈性支撐個(gè)數(shù)進(jìn)行選擇。從圖例可知，隨著彈性支撐數(shù)量的增加，不一定可得到較好的彈性支撐減振效果。以上結(jié)論在管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)彈性支撐時(shí)，具有較大作用，可以及時(shí)進(jìn)行考慮分析。
結(jié)束語(yǔ)
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，爆炸量與沖擊持續(xù)時(shí)間不斷延長(zhǎng)，危害性也不斷增加，造成了嚴(yán)重的設(shè)備損害問題。經(jīng)過分析可知，設(shè)備沖擊隔離與抗沖擊能力影響著船舶的使用壽命。因此本次利用構(gòu)建模型方式系統(tǒng)全面的分析了彈性支撐沖擊下位置優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，得到的實(shí)際應(yīng)用效果較理想。在今后分析中，還要從數(shù)據(jù)計(jì)算精確性、計(jì)算方法等進(jìn)行探究，選擇一種高效、便利的方式保證船舶安全，減少不良損害。
參考文獻(xiàn)：
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[3]白歡歡.基于變剛度彈性支承的液壓管路流固耦合振動(dòng)的數(shù)值分析[J].燕山大學(xué)，2014，（02）.
眾所周知，人們對(duì)社會(huì)的諸多感知80%通過視覺來傳達(dá)，眼睛能讓人欣賞并感知各種事物。特別是目前，隨著社會(huì)的日益發(fā)展和人們生活水平的提高，更多的人在高強(qiáng)度的工作壓力下對(duì)精神層面的享受也有了更強(qiáng)烈的需求。因此旅游業(yè)的發(fā)展如雨后春筍順勢(shì)而發(fā)，讓人們?cè)诠ぷ鲗W(xué)習(xí)之余舒緩心情、陶冶情操、交流感情，是人們對(duì)精神需求的集中體現(xiàn)。伴隨著旅游業(yè)的發(fā)展，旅游文化也成為諸多文化體系之一，供學(xué)者研究。概念通過對(duì)資料的整理分析，我們可以得出以下概念，“旅游文化主要是指旅游活動(dòng)過程中所體現(xiàn)的、具有民族特色的感性形象狀貌以及與此相關(guān)的人際關(guān)系特征和心理反映特征。總的來說，是因旅游活動(dòng)而引起的一種文化現(xiàn)象。”旅游文化文化是一個(gè)整體概念，是多種物質(zhì)融合并提煉出精神層面的東西。因此旅游文化也必須是多種文化要素在旅游活動(dòng)的相互碰撞中產(chǎn)生力量。在形成旅游文化的諸多要素中，游客始終起著主導(dǎo)作用，是旅游文化形成與發(fā)展的核心，而其它要素則構(gòu)成旅游文化形成與發(fā)展的其他作用。良好旅游文化的體現(xiàn)，必須對(duì)旅游地旅游資源的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行挖掘，為游客營(yíng)造一個(gè)舒適、有文化內(nèi)涵的旅游環(huán)境，一個(gè)景點(diǎn)、一個(gè)指路牌，都可以較好地反映出文化。當(dāng)然在其中對(duì)旅游文化最好的體現(xiàn)就是以實(shí)物呈現(xiàn)給游客的旅游紀(jì)念品。因?yàn)槁糜渭o(jì)念品是旅游地的各種文化狀態(tài)的挖掘和體現(xiàn)，也是文化傳播的載體。
二、旅游紀(jì)念品設(shè)計(jì)在文化傳播中的意義
促使人文精神內(nèi)涵滲透人文精神體現(xiàn)的是對(duì)人的尊重，關(guān)心人需要什么，追求什么。“現(xiàn)代設(shè)計(jì)的核心思想就是確立了以‘人’為本的設(shè)計(jì)理念，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)的目的是人而非產(chǎn)品。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的受益者是人，如果忽略了人在商品社會(huì)中對(duì)設(shè)計(jì)的影響力的話，現(xiàn)代設(shè)計(jì)作品會(huì)成為無(wú)根之木。”旅游紀(jì)念品蘊(yùn)藏著一定的文化觀念和文化價(jià)值，包含著當(dāng)?shù)氐牡赜蛭幕⑸鷳B(tài)文化、歷史文化，這些文化價(jià)值和文化觀念對(duì)人起著潛移默化的教化功能。因此，旅游紀(jì)念品的設(shè)計(jì)要來源于生活，立足于文化，而不能盲目追求“高大上”，失掉了設(shè)計(jì)的本質(zhì)，也不能刻意迎合某一市場(chǎng)需求對(duì)瀘州旅游紀(jì)念品進(jìn)行設(shè)計(jì)，必須了解瀘州人的生活狀態(tài)和城市特點(diǎn)。以人文歷史為切入點(diǎn)，尋找瀘州的特色街或城市景點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。比如商業(yè)的代表“白塔商業(yè)圈”、夜市文化的代表“大北街”、休閑文化的代表“百子圖廣場(chǎng)”等。也可以把瀘州的土地產(chǎn)、特色小吃進(jìn)行梳理，提煉視覺形象，做成一套名為“印象瀘州”的掛歷，這也是對(duì)城市旅游推廣的好方法。上述旅游紀(jì)念品設(shè)計(jì)形象鮮明突出、地域性明顯、同時(shí)又包含了人文因素和歷史情結(jié)。促使歷史文化內(nèi)涵交融旅游紀(jì)念品作為旅游文化傳播的載體，里面必然蘊(yùn)含著旅游地的歷史，這樣的旅游紀(jì)念品才會(huì)讓人愛不釋手，在把玩中加深對(duì)旅游地的印象，同時(shí)旅游者會(huì)互相贈(zèng)送紀(jì)念品，在這種情感傳播中各地的歷史文化潛移默化地得到了滲透，不同地方歷史文化的交融有利于社會(huì)的良性發(fā)展。在瀘州名酒文化旅游紀(jì)念品設(shè)計(jì)中可以把瀘州老窖國(guó)寶窖池的釀酒流程設(shè)計(jì)成精美的圖文并茂的紀(jì)念冊(cè)或明信片，因?yàn)橄碜u(yù)全球的瀘州老窖“1573”便是從國(guó)寶窖池中釀出來的，只聞其香，不解其史，難免美中不足。如果讓游客在品嘗美酒的同時(shí)了解佳釀的歷史，更有利于美名遠(yuǎn)揚(yáng)，也能與周邊城市的同類型旅游產(chǎn)品中凸顯自己的特色。促使旅游者人文素質(zhì)的提高旅游者是整個(gè)旅游市場(chǎng)的核心，設(shè)計(jì)師要根據(jù)景區(qū)的文化特色和游客的特點(diǎn)有針對(duì)性地開發(fā)游客喜歡的紀(jì)念品同時(shí)優(yōu)秀的旅游紀(jì)念品設(shè)計(jì)會(huì)喚起游客的情感，引起游客的興趣，最終影響游客的選擇。當(dāng)前各地的旅游紀(jì)念品市場(chǎng)紀(jì)念品質(zhì)量參差不齊，很多游客在選擇中會(huì)更多地考慮價(jià)格等問題，而忽略了紀(jì)念品本身潛在的價(jià)值。這種現(xiàn)象對(duì)設(shè)計(jì)師提出了較高的要求，如何設(shè)計(jì)出能打動(dòng)游客的作品讓他們把更多的目光放在紀(jì)念品獨(dú)特的價(jià)值上，這就要求設(shè)計(jì)師必須從生活中取素材，從社會(huì)、自然中獲得設(shè)計(jì)靈感紀(jì)念品市場(chǎng)的繁榮會(huì)帶給旅游者更多的選擇，正是這種選擇行為指導(dǎo)旅游者重新閱讀和認(rèn)識(shí)旅游紀(jì)念品，從而了解旅游地的各種文化，豐富自己的視野，提升自己的人文素質(zhì)增加與之相關(guān)的知識(shí)。讓人在愉悅地欣賞大自然美好風(fēng)光的同時(shí)，也促使自己得到了進(jìn)步和發(fā)展。促進(jìn)民族文化的發(fā)展有人說“藝術(shù)無(wú)國(guó)界”，也有人說“越是民族的就越是世界的”，民族語(yǔ)言是設(shè)計(jì)中重要的組成部分，也是形成設(shè)計(jì)特色的關(guān)鍵。合理運(yùn)用民族語(yǔ)言會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特的文化魅力。今天的中國(guó)日新月異，悠久的歷史、古老的建筑、優(yōu)美的自然風(fēng)光、純樸的人文風(fēng)情以及多種民族文化交融的社會(huì)面貌讓世界游客為之傾倒。每年到中國(guó)的游客絡(luò)繹不絕，他們?cè)谛蕾p美景留下足跡的同時(shí)也帶走了各種旅游紀(jì)念品以作紀(jì)念。外國(guó)在紀(jì)念品的選擇上他們特別注重紀(jì)念品民族性和文化特色，我們認(rèn)為一些極其普通的東西在他們眼中往往被視為珍寶。因此設(shè)計(jì)師們思考的最佳設(shè)計(jì)應(yīng)該是把民族特色和世界元素有效融合，這里的融合一是指對(duì)古老的中國(guó)元素的傳承與創(chuàng)新，另外也是指對(duì)西方設(shè)計(jì)精髓合理的“拿來”而非機(jī)械模仿。通過精心設(shè)計(jì)的旅游紀(jì)念品可以讓中國(guó)民族文化走向世界，讓世界認(rèn)識(shí)中國(guó)。這就是傳播的力量。瀘州油紙傘旅游紀(jì)念品的設(shè)計(jì)就有著濃厚的民族文化和地方特色，其被譽(yù)為“中國(guó)民間傘藝的活化石”，中央電視臺(tái)曾專題采訪報(bào)道，具有較高的收藏價(jià)值和傳承性。瀘州油紙傘具有400多年的油紙傘生產(chǎn)制作歷史，制作工藝特殊，傘骨選用蜀南竹海等地海拔800米以上的深山老楠竹，并經(jīng)防霉、防蛀等工序處理，傘面選用拉力強(qiáng)的特制手工綿紙，在上面手工精繪瀘州的各大美景或風(fēng)俗人情，最后傘面上會(huì)刷上綠色環(huán)保的特制熟桐油，經(jīng)久耐用，生態(tài)環(huán)保。油紙傘極具中國(guó)民族文化特色，就象戴望舒詩(shī)里描寫的一樣“撐著油紙傘，獨(dú)自彷徨在悠長(zhǎng)、悠長(zhǎng)又寂寥的雨巷……”，眼前仿佛浮現(xiàn)出“穿著旗袍撐著油紙傘丁香般的姑娘”的畫面，把民族風(fēng)情演繹得蕩氣回腸。
三、結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：混合式教學(xué)；船舶分油機(jī)；信息化教學(xué)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-8454（2016）24-0030-03
一、引言
2011年《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020 年）》以來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，我國(guó)愈加重視教育信息化工作。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師是教學(xué)活動(dòng)的主體，是知識(shí)的傳授者，而學(xué)生則處于被動(dòng)接受老師灌輸知識(shí)的地位。這種教學(xué)模式忽視了學(xué)生的認(rèn)知主體作用，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。混合式教學(xué)的概念最早由國(guó)外的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)提出，指的是網(wǎng)絡(luò)線上與線下的混合，通過引進(jìn)面對(duì)面教學(xué)來改進(jìn)E-Learning教學(xué)的不足。隨后，混合式教學(xué)模式被引入到高校教育領(lǐng)域，并得到高度關(guān)注。
本文主要探討在高職《船舶柴油機(jī)》課程教學(xué)實(shí)施過程中，以“船舶分油機(jī)”這一教學(xué)單元為例，使用信息化手段，進(jìn)行一系列教學(xué)活動(dòng)，更好地將理論知識(shí)與實(shí)際操作緊密結(jié)合，融“教、學(xué)、做”為一體，充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新潛能，培養(yǎng)和提高學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)，強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
二、信息化教學(xué)分析
1.內(nèi)容分析
課程：船舶分油機(jī)是《船舶柴油機(jī)》課程的重要內(nèi)容，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)之一。依據(jù)國(guó)際海事組織2010年在馬尼拉修正的《1978年海員培訓(xùn)、發(fā)證和值班標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際公約》（International Convention on Standards of Training、Certification and Watch-keeping for Seafarers ，簡(jiǎn)稱“STCW公約”）、課程標(biāo)準(zhǔn)等要求，確定了本項(xiàng)目的教學(xué)內(nèi)容。
教材：選用“十二五”職業(yè)教育國(guó)家規(guī)劃教材。
學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)。
2.學(xué)情分析
授課對(duì)象：高職水上運(yùn)輸類輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)二年級(jí)學(xué)生。通過對(duì)2012級(jí)學(xué)生該課程學(xué)習(xí)效果的調(diào)查與分析，發(fā)現(xiàn)他們有想法、有創(chuàng)新，渴望成功，網(wǎng)絡(luò)、智能終端使用熟練，之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了分油機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，為定期維護(hù)的學(xué)習(xí)提供了理論支持。
3.教學(xué)目標(biāo)
依據(jù)人才培養(yǎng)方案要求，結(jié)合當(dāng)前學(xué)情分析，將知識(shí)目標(biāo)、技能目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)的培養(yǎng)融入教學(xué)過程當(dāng)中。
知識(shí)目標(biāo)：深化理解分油機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理；充分掌握分油機(jī)拆裝步驟與維護(hù)保養(yǎng)方法。
技能目標(biāo)：熟練完成分油機(jī)的拆裝；掌握疏通、清潔、檢查、更換等常規(guī)維護(hù)技能。
素質(zhì)目標(biāo)：提高安全意識(shí)；規(guī)范操作行為；加強(qiáng)合作精神。
4.教學(xué)重、難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)：掌握分油機(jī)的正確拆裝。
教學(xué)難點(diǎn)：掌握分油機(jī)的維護(hù)方法。
5.教學(xué)策略
由于分油機(jī)是高精度的、由眾多零部件互相嵌套并高速回轉(zhuǎn)的設(shè)備，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，而且價(jià)格昂貴，對(duì)維護(hù)保養(yǎng)的要求極高，傳統(tǒng)的教學(xué)模式，學(xué)生難以獲得直觀認(rèn)識(shí)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)財(cái)，非常適合采用信息化手段教學(xué)來呈現(xiàn)。
為此，采用線上線下、虛實(shí)結(jié)合的混合式教學(xué)理念，依托課程教學(xué)平臺(tái)以及具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三維虛擬拆裝系統(tǒng)和教學(xué)資源庫(kù)等教學(xué)資源，把教學(xué)過程分為以下幾個(gè)階段（具體如圖1所示）：
三、信息化教學(xué)實(shí)施過程
1.課前準(zhǔn)備――激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力
課前，學(xué)生登錄課程教學(xué)平臺(tái)，選擇教學(xué)單元，動(dòng)手操作Flas，回顧上節(jié)課的內(nèi)容――分油機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，然后領(lǐng)取任務(wù)單，明確本次課的學(xué)習(xí)目標(biāo)、重難點(diǎn)，自主學(xué)習(xí)微視頻（教師錄制）等相關(guān)資源，初步了解船舶分油機(jī)定期維護(hù)的流程，完成課前測(cè)試。老師根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，不僅可以了解學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況，還可以按層次和個(gè)體差異進(jìn)行分組，實(shí)現(xiàn)學(xué)生間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為課中學(xué)習(xí)的分組合作做準(zhǔn)備。
2.課中學(xué)習(xí)――突出學(xué)生主體地位，發(fā)揮教師引導(dǎo)作用，幫助學(xué)生探究新知
環(huán)節(jié)1：情境創(chuàng)設(shè)
老師結(jié)合自己在遠(yuǎn)洋船舶上的工作經(jīng)歷，引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么要對(duì)分油機(jī)進(jìn)行拆裝維護(hù)呢？結(jié)合企業(yè)工程師的情境解讀――依據(jù)SOLAS國(guó)際公約和船舶設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃的要求，強(qiáng)調(diào)了職業(yè)船員對(duì)分油機(jī)應(yīng)具備的能力與責(zé)任，讓學(xué)生明白了遠(yuǎn)洋船舶分油機(jī)拆裝維護(hù)的重要性。
環(huán)節(jié)2：知識(shí)學(xué)習(xí)
在教學(xué)平臺(tái)上，學(xué)生結(jié)合分油機(jī)拆裝步驟的排序游戲，畫出分油機(jī)定期維護(hù)的拆裝流程圖，在趣味的學(xué)習(xí)中，熟悉了拆裝維護(hù)流程；通過觀看微視頻（企業(yè)工程師參與錄制），學(xué)習(xí)常規(guī)的維護(hù)方法；接著，老師與學(xué)生共同討論，共同總結(jié)出拆裝的注意事項(xiàng)和常規(guī)的維護(hù)方法。
環(huán)節(jié)3：仿真演練
如何高效地完成分油機(jī)的正確拆裝呢？啟動(dòng)仿真軟件，進(jìn)入虛擬拆裝環(huán)境。老師先演示講解，然后學(xué)生對(duì)照演示開展虛擬拆裝練習(xí)，觀看一步，操作一步，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤操作，軟件將自動(dòng)提示及時(shí)更正，猶如給每名學(xué)生配備了一位專業(yè)老師手把手地指導(dǎo)，解決了過去教學(xué)中因缺乏及時(shí)糾正而使學(xué)生容易學(xué)到錯(cuò)誤操作的問題。
軟件設(shè)計(jì)均按照分油機(jī)拆裝規(guī)范制定，從專用工具的選擇到專用工具的使用，從拆裝位置到拆裝順序，從關(guān)鍵零件的標(biāo)記定位到精密零件的擺放與保護(hù)，學(xué)生充分領(lǐng)會(huì)了分油機(jī)拆裝的四大注意事項(xiàng)。
學(xué)生反復(fù)練習(xí)，完成虛擬拆裝考核；在愉快的仿真練習(xí)中逐漸掌握了分油機(jī)的正確拆裝步驟，突破了教學(xué)重點(diǎn)，并為后面的維護(hù)保養(yǎng)做好了準(zhǔn)備。
環(huán)節(jié)4：實(shí)踐操作
本環(huán)節(jié)在實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所完成。按照實(shí)際工作崗位要求，進(jìn)入該場(chǎng)所之前，學(xué)生先在教學(xué)平臺(tái)上學(xué)習(xí)安全注意事項(xiàng)，然后佩戴安全帽和防護(hù)手套，老師在操作現(xiàn)場(chǎng)再次對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全教育。Y合任務(wù)單要求，各小組在組長(zhǎng)的指揮協(xié)調(diào)下，分工配合，團(tuán)結(jié)合作依次完成拆裝前的工具準(zhǔn)備、拆卸、維護(hù)保養(yǎng)與裝復(fù)等步驟。
在維護(hù)保養(yǎng)過程中，學(xué)生對(duì)泄水孔、排渣孔等細(xì)小通道要逐一清通，不能有臟堵；對(duì)分離盤片、分離盤架等易臟污部件要先浸泡再清洗；對(duì)活動(dòng)底盤、立軸等高速運(yùn)動(dòng)件要仔細(xì)檢查是否有異常磨損和裂紋；對(duì)易老化的密封圈、塑料堵頭等要及時(shí)更換。
如有疑問，可以隨時(shí)查看微視頻、查閱英文說明書或小組討論，自主尋求解決之道；老師巡回指導(dǎo)，實(shí)時(shí)記錄典型操作行為，并上傳課程平臺(tái)，同時(shí)確保實(shí)踐操作安全。
通過實(shí)踐操作讓學(xué)生深刻掌握分油機(jī)的拆裝及維護(hù)方法，充分領(lǐng)會(huì)定期維護(hù)、預(yù)防為主的重要性，有效解決了教學(xué)中的難點(diǎn)，提升了學(xué)生對(duì)船員職業(yè)的認(rèn)同感。
環(huán)節(jié)5：總結(jié)評(píng)價(jià)
實(shí)踐操作完畢，各小組上傳任務(wù)單，進(jìn)入總結(jié)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)。老師根據(jù)巡回檢查情況和任務(wù)單的完成情況進(jìn)行綜合點(diǎn)評(píng)和評(píng)分，并對(duì)分油機(jī)的拆裝要點(diǎn)及維護(hù)方法進(jìn)行總結(jié)。課后，學(xué)生結(jié)合自己對(duì)本項(xiàng)目的掌握情況，在教學(xué)平臺(tái)上及時(shí)進(jìn)行自我評(píng)價(jià)。
3.課后拓展――培養(yǎng)學(xué)生交流能力，提升個(gè)人綜合素養(yǎng)
課后，學(xué)生在教學(xué)平臺(tái)上，觀看學(xué)習(xí)老師上傳的典型視頻，并針對(duì)學(xué)習(xí)上的困惑，在交流空間進(jìn)行討論，并提交學(xué)習(xí)心得；點(diǎn)擊查看多元評(píng)價(jià)成績(jī)，了解自己對(duì)本任務(wù)的掌握情況；鏈接輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)，進(jìn)一步擴(kuò)大學(xué)習(xí)范圍。同時(shí)，預(yù)習(xí)下節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。
四、信息化教學(xué)效果
針對(duì)“船舶分油機(jī)”這一教學(xué)單元，進(jìn)行了信息化教學(xué)效果調(diào)查。調(diào)查對(duì)象為授課教師和學(xué)生，調(diào)查內(nèi)容主要有： 對(duì)信息化教學(xué)的認(rèn)識(shí)和感悟；對(duì)小組協(xié)作學(xué)習(xí)的認(rèn)同和建議；在教學(xué)實(shí)施中，學(xué)生課前學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和課中學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性等表現(xiàn)；以及對(duì)解決問題的能力、對(duì)內(nèi)容掌握的程度、團(tuán)隊(duì)情感體驗(yàn)的情況、信息化教學(xué)的效果等。 從調(diào)查問卷收集整理后的數(shù)據(jù)分析可以看出，“船舶分油機(jī)”單元的信息化教學(xué)取得十分顯著的效果。
1.認(rèn)同感
95%的調(diào)查對(duì)象都表示喜歡信息化教學(xué)的教學(xué)方式和氛圍。在學(xué)習(xí)過程中，不僅可以更好地提高自己的動(dòng)手操作能力，而且在得到組員和教師承認(rèn)時(shí)，會(huì)有較大的滿足感和愉悅感，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的興趣和信心。
2.主觀能動(dòng)性
學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性較信息化教學(xué)活動(dòng)實(shí)施前有顯著提高，學(xué)生在自主學(xué)習(xí)的過程中，基本上能夠積極主動(dòng)地參與到課前準(zhǔn)備、課中實(shí)施、課后拓展等各環(huán)節(jié)。
3.團(tuán)隊(duì)合作
在實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，團(tuán)隊(duì)合作的過程能夠培養(yǎng)學(xué)生的集體觀念和團(tuán)隊(duì)意識(shí)，小組長(zhǎng)在教學(xué)開展中發(fā)揮了較大的協(xié)調(diào)與領(lǐng)導(dǎo)作用，學(xué)生相互之間也增強(qiáng)了合作的責(zé)任感。同時(shí)，這種教學(xué)形式還有助于師生之間、同學(xué)之間溝通，協(xié)作能力提升明顯，教師也能做到因材施教。
4.創(chuàng)造性思維
在信息化教學(xué)實(shí)施過程中形成了一種熱烈切磋討論的氣氛，將學(xué)生的思維引向深化，在碰撞中產(chǎn)生智慧的火花，在一定情境下，引起了聯(lián)想與想象，從而產(chǎn)生超越傳統(tǒng)課堂教學(xué)的創(chuàng)造性思維。
綜上所述，信息化教學(xué)在“分油機(jī)”單元教學(xué)中取得了較好的成效，學(xué)生對(duì)“分油機(jī)”相關(guān)的知識(shí)和各項(xiàng)操作技能等都得到了不同程度的提高，對(duì)知識(shí)的掌握更加全面系統(tǒng)，很大程度上提高了學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)，為今后走上工作崗位打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。
五、結(jié)束語(yǔ)
在互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代背景下，信息化教學(xué)在高職教育教學(xué)中將會(huì)發(fā)揮不可替代的作用，它改變著以往傳統(tǒng)課堂教學(xué)中過于注重知識(shí)灌輸?shù)膬A向，調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生課堂活動(dòng)的參與度。信息化教學(xué)的實(shí)施，授之自主學(xué)習(xí)的方法，使課堂信息量充足、生動(dòng)活潑，使學(xué)生能夠更好地理解并掌握學(xué)習(xí)的知識(shí)和技能，培養(yǎng)了學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)，使其更加注重團(tuán)隊(duì)合作，成為綜合素質(zhì)較高的專門人才。真正體現(xiàn)了教是為了不教，學(xué)是為了創(chuàng)造的教學(xué)理念。
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關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計(jì)；六維力/力矩傳感器；非線性解耦；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
中圖分類號(hào)：TP212.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Optimal Design of a Thin Six-dimensional F/T Sensor and its Nonlinear Decoupling
LIANG Qiaokang1,WANGYaonan1，GE Yunjian2, GE Yu2
(1. College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ, Changsha, Hunan 410082, China;
2. Institute of Intelligent Machines, Chinese Academy of Sciences, Hefei, Anhui 230031, China)
Abstract:The height dimension of the F/T sensors always causes additional moment to the bases and actuators of intelligent robots and industrial manipulators. Therefore, an excellent F/T sensor should be highperforming, weakdecoupling and thin. Aiming at providing highperformance sixdimensional force/torque information for intelligent robots and industrial systems, a new thin sixD F/T sensor with its height dimension below 15 mm is designed based on strain measurement. The SDO of the elastic body is performed. The nonlinear decoupling and calibration of the sensor based on Artificial Neural Network is used to eliminate the coupling among components. The results of the calibration experiment have shown that this sensor possesses high performances, the design and optimization are rational, and its maximum nonlinearity error and the maximum coupling error are 0.15%F.S. and 1.6%F.S., respectively.
Key words:optimal design; sixdimensional force/torque sensor; nonlinear decoupling; artificial neural network
多維力/力矩信息感知是智能機(jī)器人和工業(yè)自動(dòng)化等應(yīng)用場(chǎng)合最重要的感知之一.因能同時(shí)獲取三維空間直角坐標(biāo)系下的兩個(gè)或者兩個(gè)以上方向的力和力矩信息，已被廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合為機(jī)器人和自動(dòng)化系統(tǒng)的反饋控制提供實(shí)時(shí)力/力矩信息，如輪廓跟蹤、零力示教、柔性自動(dòng)裝配、機(jī)器人遠(yuǎn)程操作、機(jī)器人多手協(xié)作、機(jī)器人外科手術(shù)和康復(fù)訓(xùn)練等.目前，機(jī)器人多維力/力矩傳感器生產(chǎn)產(chǎn)家主要有美國(guó)的AMTI，ATI，JR3，Lord等,瑞士的Kriste，德國(guó)的Schunk，HBM等公司.東京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與科學(xué)系設(shè)計(jì)了一種基于光學(xué)檢測(cè)的六維力/力矩傳感器［1］.瑞士蘇黎世聯(lián)邦高等工學(xué)院研制了第一臺(tái)成功應(yīng)用的基于MEMS的電容式六維力/力矩傳感器［2］.美國(guó)代頓大學(xué)研制了一種基于磁致伸縮原理的力傳感器［3］.印度科學(xué)研究院設(shè)計(jì)了一種高靈敏度基于近奇異構(gòu)型的Stewart平臺(tái)的六維力/力矩傳感器［4］.由于應(yīng)變檢測(cè)方法的原理和方法都比較成熟，因此大多數(shù)的多維力/力矩傳感器都采用了這個(gè)方法，其敏感元件――彈性體有三垂直筋結(jié)構(gòu)、雙環(huán)形結(jié)構(gòu)、盒式結(jié)構(gòu)、圓柱形結(jié)構(gòu)、雙頭形結(jié)構(gòu)、三梁結(jié)構(gòu)和八垂直筋結(jié)構(gòu)等［5-9］.目前，雖然各種力傳感器功能齊全、種類繁多，但是傳感器高度尺寸都比較大，一般為40~80 mm之間，大大制約了傳感器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用.此外，大部分的多維力/力矩傳感器都是一體化設(shè)計(jì)，這就勢(shì)必引起傳感器在各維之間存在一定的互相干擾――維間耦合，傳統(tǒng)的多維力/力矩傳感器的線性解耦方式已不能滿足越來越多的應(yīng)用環(huán)境對(duì)精度的要求.本文提出了一種新型的超薄六維力/力矩傳感器，其高度尺寸可以在15 mm以內(nèi)，配合多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦方法，研制的傳感器具有高靈敏度、高精度和各向同性等特點(diǎn).
1 傳感器設(shè)計(jì)
如圖1所示，設(shè)計(jì)的傳感器由上蓋板，彈性體，下蓋板組成.其中，上下蓋板安裝在傳感器的頂部和底部，作為轉(zhuǎn)接板與應(yīng)用環(huán)境相連；彈性體將傳感器受到的力信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出；裝配完成后，在彈性體與下蓋板之間預(yù)留有一個(gè)空腔，用于安放傳感器的信號(hào)處理電路.其中上下蓋板選用不銹鋼材料1Cr13；彈性體選用硬鋁材料LY12.根據(jù)一般場(chǎng)合對(duì)傳感器的要求，擬定三維力量程為300 N，三維力
圖1 傳感器爆炸示意圖
Fig.1 An exploded view of the designed sensor
湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2012年
第4期梁橋康等：超薄六維力/力矩傳感器優(yōu)化設(shè)計(jì)及其解耦
矩量程為10 Nm.
傳感器的高度尺寸是影響傳感器應(yīng)用的一個(gè)重要因素，當(dāng)機(jī)械手實(shí)際操作時(shí)，作為腕力傳感器的高度幾何尺寸越大，機(jī)械手后續(xù)部件所受到的力矩因?yàn)榱Ρ鄣脑龃蠖杀壤脑龃螅@將影響機(jī)械手所需的額定功率及其最大工作空間.因此，傳感器彈性體在設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮其耦合、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、剛度、靈敏度、線性度等性能指標(biāo)外，還應(yīng)該考慮傳感器的高度尺寸.
設(shè)計(jì)的傳感器彈性體如圖2所示，彈性體底座與傳感器的下蓋板通過8個(gè)螺栓相連為傳感器提供剛性支撐作用；中空支柱連接上、下E型膜；上部的傳力環(huán)與傳感器的上轉(zhuǎn)接板通過8個(gè)螺栓連接；4片薄矩形片連接上E型膜與傳力環(huán).下E型膜用來檢測(cè)法向力Fz和切向力Fx，F(xiàn)y；上E型膜用來檢測(cè)繞切向方向的力矩Mx與My；4片薄矩形片用于檢測(cè)繞法向的力矩Mz.由于上、下E型膜的合理布置，傳感器的彈性體高度幾何尺寸僅為10 mm.
圖2 傳感器彈性體結(jié)構(gòu)
Fig.2 A partially cutaway perspective
view of the elastic element
使用有限元分析軟件ANSYS的SDO (Simulationdriven Development and Optimization) 方法，將傳感器彈性體重要幾何尺寸E型膜厚度h，E型膜內(nèi)徑d1，E型膜外徑d2，薄矩形片厚度d3設(shè)為設(shè)計(jì)變量.綜合考慮傳感器的結(jié)構(gòu)和尺寸，將各變量的初始條件限定為：0.45 mm≤h ≤ 1.5 mm,2 mm≤ d1 ≤ 4.5 mm,6 mm≤d2 ≤10 mm,0.5 mm≤ d3≤ 2 mm.彈性體上發(fā)生的應(yīng)變直接決定著傳感器的靈敏度.為了保證傳感器有高的靈敏度，一般采用彈性體上應(yīng)變最大和最小的位置來粘貼應(yīng)變片.只有彈性體工作在其材料的比例極限內(nèi)，才能保證彈性體上的應(yīng)變和應(yīng)力有比例關(guān)系.因此還確定彈性體上發(fā)生的最大應(yīng)變emax，最小應(yīng)變emin和最大變形dmax作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)分別為：emax ≤1 000 με，emin ≥ －500με，dmax ≤ 0.05 mmemax 和emin 確保彈性體工作在材料的比例極限范圍內(nèi)，同時(shí)確保彈性體有足夠的應(yīng)變即傳感器有一定的靈敏度，dmax 可以保證傳感器有良好的線性度和可靠性.
用ANSYS軟件中的DesignModeler 對(duì)彈性體進(jìn)行參數(shù)化建模，并對(duì)模型進(jìn)行劃分網(wǎng)格、指定邊界條件和負(fù)荷情況等處理，軟件根據(jù)Screening法則確定各設(shè)計(jì)變量的選擇，確定了樣本點(diǎn).程序自動(dòng)將各樣本點(diǎn)按一定方法進(jìn)行組合,并計(jì)算出每種組合相應(yīng)輸出變量的值，最后，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的設(shè)計(jì)目標(biāo)，軟件自動(dòng)選擇了3組最優(yōu)解，如表1所示.從優(yōu)化過程可知，相對(duì)另外3個(gè)設(shè)計(jì)變量，E型膜的厚度尺寸為傳感器最靈敏尺寸.
表1 優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果
Tab.1 Optimal design results
組序
h/mm
d1/mm
d2/mm
d3/mm
SymboleA@max
SymboleA@min
dmax
/mm
1
0.9758
3.4951
8.1325
1.1285
6.3e4
-6.31e4
0.0019
2
0.9801
3.5155
7.9657
1.1638
6.4e4
-6.35e4
0.0019
3
0.9795
3.6521
8.2347
1.2563
6.2e4
-6.29e4
0.0021
2 應(yīng)變片布片及組橋
本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體應(yīng)變片作為檢測(cè)元件，全橋檢測(cè)電路作為測(cè)量電路.根據(jù)ANSYS軟件對(duì)彈性體靜力學(xué)的分析結(jié)果，彈性體上選擇在最大和最小應(yīng)變發(fā)生的位置放置應(yīng)變片，每一維使用4個(gè)應(yīng)變片構(gòu)成全橋檢測(cè)電路，最后將六路檢測(cè)電路的輸出通過彈性體中間的小孔引到底座的空腔中的數(shù)據(jù)采集處理電路.其應(yīng)變片位置和組橋方式如圖3所示，其中Ri為第i個(gè)應(yīng)變片，Uj為第j維的電橋輸出電壓.
(a)應(yīng)變片在彈性體上的布置示意圖
(b)變片組橋方式
圖3 應(yīng)變片布片和組橋方式
Fig. 3 Strain gauges arrangement
傳感器的各維輸出為：
ΔUFxΔUFyΔUFzΔUMxΔUMyΔUMz=1/4UK(ε13－ε14－ε15+ε16)1/4UK(ε17－ε18－ε19+ε20)1/4UK(ε21－ε22－ε23+ε24)1/4UK(ε5－ε6－ε7+ε8)1/4UK(ε9－ε10－ε11+ε12)1/4UK(ε1－ε2－ε3+ε4).（1）
式中，εi為第i片應(yīng)變片的應(yīng)變值，U為橋路的激勵(lì)電壓，K為應(yīng)變片的靈敏系數(shù).
傳感器輸出的力/力矩信息一般為傳感器本地坐標(biāo)系下表示的信息，為了便于控制系統(tǒng)使用，把所獲得的力/力矩信息轉(zhuǎn)換成機(jī)器人手爪坐標(biāo)系如下：
FcMc=Rcs0S(rccs)RcsRcsFsMs.（9）
其中：Fc為在手爪坐標(biāo)系下的三維力；Mc為在手爪坐標(biāo)系下的三維力矩；Rcs為方向轉(zhuǎn)變矩陣；rccs為在手爪坐標(biāo)中表示的，起點(diǎn)在傳感器坐標(biāo)系原點(diǎn)，終點(diǎn)在手爪坐標(biāo)系原點(diǎn)的矢量.Fs為在傳感器坐標(biāo)系下的三維力；Ms為在傳感器坐標(biāo)系下的三維力矩信息；S為斜對(duì)稱算子.
3 傳感器非線性解耦
維間耦合極大地限制了多維力/力矩傳感器精度的提高，因此有效地解耦方法是高精度多維力/力矩傳感器的一個(gè)重要手段［11］.非線性模型真實(shí)地反映了多維力/力矩傳感器的實(shí)際情況，從理論上說可以徹底解決靜態(tài)解耦問題［12］.采用隱層為單層神經(jīng)元的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，神經(jīng)元的個(gè)數(shù)通過實(shí)驗(yàn)得到.如圖4所示，將6維力/力矩傳感器六個(gè)橋路的輸出電壓組成的列向量U=UxUyUzUMxUMyUMzT作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量，將對(duì)應(yīng)的作用在傳感器坐標(biāo)系原點(diǎn)上的六維力/力矩等效信息所組成的列向量F=FxFyFzMxMyMzT作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出向量.對(duì)傳感器進(jìn)行加載，記錄每次加載時(shí)的各路輸出電壓，每次加載的輸出電壓和相應(yīng)的加載力作為一個(gè)樣本點(diǎn)，用基于MATLAB的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練程序?qū)ι窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，以獲得合適的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出與樣本輸出的均方誤差滿足給定的條件，得到傳感器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù).
圖4 六維力/力矩傳感器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦模型
Fig.4 Neural network model for
calibration and decoupling
在解耦模型的訓(xùn)練過程中，采用5~20個(gè)神經(jīng)元數(shù)分別對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，從得到的訓(xùn)練曲線中可知，當(dāng)隱層的單元數(shù)為7時(shí)，不論從誤差、收斂速度和網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度等分析，都比較合適，其訓(xùn)練誤差曲線如圖5所示.從圖中可知在訓(xùn)練步數(shù)為360步時(shí)，均方誤差小于0.01，已達(dá)到了精度要求.
訓(xùn)練次數(shù)圖5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練誤差曲線
Fig.5 Error curve of the neural network training
4 傳感器精度性能分析
通過上述的解耦方法，并經(jīng)過一定的信號(hào)處理，我們最終獲得了超薄六維力/力矩傳感器的輸入和輸出曲線如圖6所示.圖中橫坐標(biāo)表示加載的標(biāo)準(zhǔn)法碼重量，縱坐標(biāo)表示A/D采集模塊的輸出數(shù)字量.
(a)Fx維的標(biāo)定曲線(Fy維與之相同)
(b)Fz維的標(biāo)定曲線
(c) Mx維的標(biāo)定曲線(My與之相同)
(d)Mz維的標(biāo)定曲線
圖6 六維力/力矩傳感器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果
Fig. 6 Calibration text results
由圖6實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，設(shè)計(jì)的超薄六維力/力矩傳感器線性度好，并且關(guān)于零點(diǎn)對(duì)稱，各向同性，最大線性度誤差為0.15%F.S.，最大耦合誤差為1.6%F.S.傳感器實(shí)物圖見圖7.
圖7 傳感器實(shí)物圖
Fig.7 The fabricated sixdimensional force/torque sensor
5 結(jié) 論
本文探討了一種基于應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)的超薄六維力/力矩傳感器，對(duì)傳感器力敏元件進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化，根據(jù)其力學(xué)特性確定了彈性體進(jìn)行了布片、組橋方式，結(jié)合基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性標(biāo)定及解耦，使設(shè)計(jì)的傳感器具有靈敏度高、線性度好、維間耦合小等特點(diǎn).值得注意的是，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳感器標(biāo)定，傳感器的精度很大程序上受制于訓(xùn)練樣本的范圍，若傳感器所受力超出其量程（訓(xùn)練樣本通常在量程范圍內(nèi)），神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的外延問題極易導(dǎo)致精度衰減，如何解決這類問題有待下一步深入研究.參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】應(yīng)力 自然補(bǔ)償 優(yōu)化設(shè)計(jì) CAESARII模擬
【中圖分類號(hào)】TU275.3【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0284-02
前言
在船舶建造、使用過程中，大多數(shù)壓力管路都是在高于或低于其安裝溫度下操作的，加之流體介質(zhì)或周圍環(huán)境的溫度變化影響，壓力管路的熱脹冷縮現(xiàn)象是普遍存在的。試驗(yàn)證明，以一根2m、外徑273mm、壁厚為8mm、兩端固定的碳鋼直管為例，當(dāng)溫度由安裝時(shí)的20℃升高到250℃后，由于管子變形受阻，在直管中將受到3536460N的壓縮力，相應(yīng)得壓縮應(yīng)力為531MPa。之所以會(huì)產(chǎn)生這樣大的熱膨脹力和熱應(yīng)力，主要是因?yàn)楣茏拥臒崤蛎浭艿搅俗柚埂榱吮ＷC安裝后的管路在熱狀態(tài)下穩(wěn)定和安全的運(yùn)行，減少管路受熱膨脹時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，利用管路自身的柔性吸收其位移形變的Ω型自然補(bǔ)償方法，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、投資少被多數(shù)管路設(shè)計(jì)廣泛采用。
管路自然補(bǔ)償?shù)挠?jì)算比較復(fù)雜，本文通過利用理論簡(jiǎn)化公式和圖表，對(duì)于Ω型管路進(jìn)行受力比對(duì)分析，總結(jié)出適用于實(shí)船管路優(yōu)化布置的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，并運(yùn)用管路應(yīng)力解析程序在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬論證，以證明優(yōu)化設(shè)計(jì)具有實(shí)際的指導(dǎo)意義和可行性。
1 非補(bǔ)償管路與補(bǔ)償管路的差異
1.1 管路伸縮量的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)
設(shè)計(jì)基準(zhǔn)：由船體偏差引起的伸縮量+由管路溫度變化引起的伸縮量。
船體偏差引起的伸縮率：
K： 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（一般約0.1） D： 管子直徑
分析：在固定點(diǎn)間的管長(zhǎng)（L）、管徑（D）一定時(shí)，理論上彎管臂長(zhǎng)寬度（B）越長(zhǎng)，應(yīng)力比越小，管路應(yīng)力越小，補(bǔ)償?shù)男Ч胶茫趯?shí)船設(shè)計(jì)過程中，管路的布置受空間限制的條件下，B值應(yīng)當(dāng)考慮其合理性。在D、B值一定時(shí)，縮短L的長(zhǎng)度，即減小固定點(diǎn)的間距也是一種提高管路補(bǔ)償能力的方法。
2 Ω型管路自然補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算與分析
Ω型管路自然補(bǔ)償[4]：又稱為方形管路補(bǔ)償，是由同一個(gè)平面內(nèi)四個(gè)
圖1 Ω型補(bǔ)償管路典型圖
參照Ω型管路參數(shù)（表1），通過方案1和方案2的計(jì)算與綜合分析，得出Ω型管路：
① U=20000 Ⅰ型 a=2b 普通管路 B普通/液壓≥465，蒸汽管路B蒸汽≥2320，計(jì)算應(yīng)力均滿足要求且利于管路綜合布置；
② 設(shè)計(jì)許用應(yīng)力基準(zhǔn)[5]：普通、液壓管子13Kg/ mm2蒸汽管子10Kg/mm2；
③ B值設(shè)計(jì)基準(zhǔn)：普通/液壓管子/蒸汽 10D以上（D：管子公稱通徑）；
A值設(shè)計(jì)基準(zhǔn)：A=2B-2R （R：彎曲半徑）。
3 Ω型管路補(bǔ)償優(yōu)化設(shè)計(jì)最佳方案及軟件模擬驗(yàn)證
實(shí)船設(shè)計(jì)模型
（固定點(diǎn)或?qū)Ъ苤c(diǎn)對(duì)稱均布）
4 結(jié)束語(yǔ)
通過實(shí)船管路的計(jì)算分析和模擬驗(yàn)證，本文得出的Ω型補(bǔ)償管路的優(yōu)化設(shè)計(jì)基準(zhǔn)兼顧一定的經(jīng)濟(jì)性、適用性和可操作性，為今后各種船型船舶上Ω型管路優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用提供了技術(shù)支持，對(duì)船舶建造質(zhì)量的提升具有深遠(yuǎn)的意義。
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大會(huì)在CYBERNET公司MBD事業(yè)部總經(jīng)理毛力奮先生的致辭下拉開序幕，CYBERNET MBD事業(yè)部銷售經(jīng)理康友樹向大家介紹CYBERNET的CAE整體解決方案。來自比利時(shí)Noesis公司市場(chǎng)銷售總監(jiān)Luc Meulewaeter先生就“仿真及設(shè)計(jì)優(yōu)化的前景展望”為主題進(jìn)行發(fā)言， 他指出“中國(guó)的制造業(yè)正在蓬勃發(fā)展，研發(fā)力量正在飛速提升，仿真已成為研發(fā)過程中必不可少的步驟，而OPTIMUS作為一款多學(xué)科集成優(yōu)化軟件，能基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真流程實(shí)現(xiàn)多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)”。他強(qiáng)調(diào)中國(guó)未來5年在研發(fā)道路上面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)將超過過去的半個(gè)世紀(jì)。
稍后，Noesis中國(guó)市場(chǎng)開發(fā)總監(jiān)蔣技赟先生為大家展示在剛剛結(jié)束的OPTIMUS全球用戶會(huì)上的最新國(guó)際應(yīng)用案例，涉及航空航天，汽車，醫(yī)療產(chǎn)品，電子等領(lǐng)域。
在中國(guó)，OPTIMUS優(yōu)化技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。例如，在國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)里，優(yōu)化技術(shù)在汽車性能開發(fā)過程中起著至關(guān)重要的作用，來自中國(guó)汽車研究中心的謝書港先生在大會(huì)上說，CAE優(yōu)化技術(shù)在汽車性能開發(fā)中起著指導(dǎo)作用，不僅能建立設(shè)計(jì)目標(biāo)，還能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不足并進(jìn)行優(yōu)化及改進(jìn)。
目前，汽車低油耗已成為消費(fèi)者選購(gòu)汽車的一個(gè)重要指標(biāo)，因此如何降低油耗成為整車廠迫切需要考慮的問題。中國(guó)兩大著名的整車廠奇瑞汽車和吉利汽車分別就此問題發(fā)表了意見。來自吉利汽車研發(fā)中心的彭鴻先生以減輕車身質(zhì)量為例，通過OPTIMUS軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)車身減重3.14%，達(dá)到降低油耗的要求。而來自奇瑞汽車研發(fā)中心的瞿元先生則認(rèn)為改善空氣動(dòng)力性能是降低油耗最好的方法，利用OPTIMUS的優(yōu)化算法能有效的縮短開發(fā)周期，提高改進(jìn)的效率。
除了整車優(yōu)化，OPTIMUS還能應(yīng)用于汽車零部件的優(yōu)化開發(fā)。中國(guó)一汽無(wú)錫油泵油嘴研究所的王勝利先生演示了OPTIMUS在解決高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)中， 噴油器針閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)的問題上，對(duì)提高響應(yīng)速度的作用。上海交通大學(xué)密西根學(xué)院的李冕教授致力于研究發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過優(yōu)化軸承性能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的改進(jìn)。
