第一篇：《計算機控制技術在力學中的應用》課后感想（本站推薦）

《計算機控制技術在力學中的應用》學習感想

和寫很多其他的課后感想一樣，我很有必要要簡單談一談通過這門課我學到了哪些知識，從而證明我確實有認真聽課，否則1500字的感想就無從依據(jù)了，而被當做胡謅那我就傷心死了。

“所謂自動控制，就是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制器使被控對象（如機器設備和生產(chǎn)過程）的某些（或工作狀態(tài)）能自動地按照預定的規(guī)律變化（或運行）?！? 其實這一概念我們早已接觸，比如樓道里的感應燈——白天不亮，到了晚上而且有人經(jīng)過的時候才亮——只是它的原理與內在機制一直比較模糊而已。通過對這門課的學習，我知道了自動控制的基本過程：首先要有執(zhí)行機構控制被控對象，其次要有控制器對信號做出反應，告訴執(zhí)行機構該干什么，最后要有一個測量變送器，通過反饋回路，將被控對象的各個方面的具體信息傳遞給控制器。對于感應燈的例子，我認為燈的亮度是被控對象，光傳感器和聲傳感器同時對外界進行感應，當環(huán)境光強小于某一設定值時即認為是晚上，然后光傳感器發(fā)出類似于“是”的信號，一旦有人經(jīng)過，聲傳感器檢測到聲音強度大于某一設定值，也發(fā)出類似于“是”的信號，兩個“是”的信號作為依據(jù)令控制器（控制回路）向執(zhí)行器（另一個控制回路2）發(fā)出“開燈”的指令，執(zhí)行器使電路接通，然后燈就亮了。這樣便實現(xiàn)了自動控制。除了對自動控制這一概念的理解，這門課作為我感覺比較輕松的科普類課還讓我接觸到了很多傳感器。侯老師花了很長時間來講傳感器的工作原理并帶我們進行了公式推導，可見傳感器在控制技術這一塊的重要性。傳感器通常體積小巧，因而經(jīng)常容易忽視。其實現(xiàn)在很多手機里都有傳感器。我的手機里就有加速度傳感器，所以才可以識別重力方向，自動旋轉屏幕。力學中常用的傳感器主要是電阻應變片，用于測量物體表面應變。事實上這顛覆了我對力學量的精度的看法——我本來以為應變應該是很難精確測量的，如要精確測量，至少得借助光學吧。然而電阻應變片卻能很好使物體表面應變與電阻的應變同步，這讓我十分詫異。如果有時間我還想仔細觀察一下這種同步性。另外侯老師還著重談到了放大回路。幾乎所有的測量值都需要放大，因為實在是太小了，不便于分析。收音機里都有放大器。侯老師說蘇聯(lián)敗給美國其中一個原因就是蘇聯(lián)花了很多精力放在電子管的發(fā)展，而美國人則發(fā)明了晶體管。這說明除了對信號的采集外，如何更好地處理并傳遞信號同樣是非常關鍵的。

關于數(shù)/模轉換（或者說D/A轉換），我的理解是首先我們有這樣一個需求，即我們用以處理數(shù)據(jù)的工具——計算機——迄今還只是機械的計算工具，無法處理我們習慣的模擬信號，因而我們只能將模擬信號轉換為計算機所認可的數(shù)字信號，然后再進行分析。為了將采集到的模擬信號轉換為數(shù)字信號，我們將其離散化，按時間間隔采樣，并將數(shù)值依次記錄下來。這里會有一個問題，即我們應按多大的時間間隔采樣？如果間隔太短，采樣過于頻繁，則計算量大，耗時長，無法短時間內做出分析決策；如果間隔太長，樣本過少，得到的信息不全，無法真實地還原模擬信號。香儂定理給出：為了使采樣信號能完全復現(xiàn)原信號，采樣頻率至少要為原信號最高有效頻率的2倍。這是一個很重要的結論，將使得我們得以自信地減小采樣頻率以提高工作效率。

最后我了解了控制系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)的分類與實現(xiàn)。這一方面與力學密切相關。主要講的是控制系統(tǒng)。從類型上看，自動控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)。兩者的區(qū)別在于閉環(huán)在開環(huán)的基礎上增加了反饋機制，擁有“糾錯”的能力，因而實現(xiàn)更高的控制精度，當然結構也更加復雜，維護起來更加困難。采用哪種控制應當取決于需求。常用的控制運算方法大致有比例控制、積分控制與微分控制，通常我們把它們結合起來，形成PID控制。其實我認為這也取決于需求。

以上是我在這門課上主要學到的知識，其中也包含了我的一些個人體會。通過這門課，我感覺我對計算機控制技術有了初步了了解，對力學也有了更具象的認識，應該說是比較合格地達到了我對這門課的期望，希望以后可以更深入地學習并掌握這方面的知識與技能。

注：1.摘自講義第一章前言部分。

2.我對內部電路部分還不是很清楚，如有錯誤還望侯老師見諒。

第二篇：計算機控制技術在鋼鐵廠中的應用

北京化工大學北方學院畢業(yè)設計（論文）——計算機控制技術

北京化工大學北方學院畢業(yè)論文

論文題目：

計算機控制技術在鋼鐵廠中的應用

所在院系：

信息院

所在專業(yè)：

自動化

班

級：

自動化

姓

名：

2012年

05月

11日

北京化工大學北方學院畢業(yè)設計（論文）——計算機控制技術

計算機控制技術在鋼鐵工業(yè)中的應用

前言

隨著科學技術的迅猛發(fā)展,近幾年來中國工業(yè)得到了高速發(fā)展,其中作為“工業(yè)脊梁”的鋼鐵工業(yè)更是發(fā)展迅速。計算機控制系統(tǒng)在中國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展中起到了至關重要的作用，它作用于鋼鐵生產(chǎn)工廠中的煉焦過程控制，電力供應控制，爐溫控制，鋼材尺寸控制，生產(chǎn)自動化等各方面，降低了損耗并提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)出的鋼鐵品質更高市場競爭能力更強。

電爐在冶煉過程中，將產(chǎn)生大量的煙塵，造成嚴重的空氣污染。為了保護生產(chǎn)環(huán)境和生態(tài)資源，對鐵電爐的煙氣進行治理，從廢物資源的綜合利用上看亦是十分有利的，既有環(huán)境效益和社會效益，又有明顯的經(jīng)濟效益。

本設計取材于某企業(yè)電爐煙氣凈化項目工程實例，并截取部分功能（上位控制部分）。

參考文獻

1馬東 《帶鋼熱連軋AGC自動厚度控制的應用與研究》 東北大學，2003 在軋鋼企業(yè)當中,要著重解決由于厚度、寬度偏差,板形不良等問題.目前,板帶材的厚度控制主要是指熱連軋機組的厚度自動控制(AGC),實現(xiàn)AGC的整個控制系統(tǒng)分為三級，根據(jù)本鋼熱連軋廠軋機的實際運轉情況,對厚度自動控制(AGC)的應用實際進行分析,并指出其影響因素,闡述了如何保證并提高AGC的功能使用和控制精度.熱連軋機的厚度自動控制及其控制的數(shù)學模型的研究,是一項具有很強實際意義和工程使用價值的工作.它可以作為指導維護使用、優(yōu)化革新軋機厚度控制系統(tǒng)的理論依據(jù),達到板厚的有效控制,獲得良好的厚度精度,較高的板坯成材率的目的.北京化工大學北方學院畢業(yè)設計（論文）——計算機控制技術

2李巖 《鋼冷軋廠制造執(zhí)行系統(tǒng)》 大連理工大學，2008 制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)作為企業(yè)上層事務處理(如ERP等)和底層工業(yè)設備控制系統(tǒng)(如DCS等)之間的中間橋梁，在生產(chǎn)計劃的優(yōu)化調度組織、生產(chǎn)過程的控制與改進、下達指令與收集實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)、實現(xiàn)車間生產(chǎn)敏捷化等方面起著越來越重要的作用，該文對目前國內制造執(zhí)行系統(tǒng)設計和應用進行研究分析的基礎上，認真梳理了本鋼二冷軋廠的生產(chǎn)工藝特性以及業(yè)務流程，針對制造執(zhí)行系統(tǒng)中所涉及的面向對象的分析與設計，B/S三層架構，數(shù)據(jù)庫關鍵技術進行了深入研究，并開發(fā)了本鋼冷軋廠制造執(zhí)行系統(tǒng)。

3董建偉 《坯連鑄控制系統(tǒng)設計及控制參數(shù)優(yōu)化研究》重慶大學，2007 熱處理爐生產(chǎn)過程中一直是由人工操作來完成爐內燃燒控制，常使爐內溫度動態(tài)響應和穩(wěn)定性較差，不但影響產(chǎn)品質量，也不利于高精產(chǎn)品的開發(fā)，而且由于人工操作會造成空＼燃配比不當，爐內燃燒不完全，極大地浪費能源。該論文以杭州亞通特鋼有限公司小方坯連鑄控制系統(tǒng)為研究對象，分析原控制系統(tǒng)存在的問題，主要包括原系統(tǒng)無上位機監(jiān)控界面、二冷水控制方式和模式落后、切割系統(tǒng)控制不當、模板預留量不夠等問題。根據(jù)控制系統(tǒng)設計的基本要求和實際的需要重新配置新的控制系統(tǒng)。

4湯梅《熱處理爐自動控制系統(tǒng)》 重慶大學，2007 論文針對重慶三鋼公司熱處理爐，提出自動化控制改造方案，構建了熱處理爐自動控制系統(tǒng)，包括可靠的計算機系統(tǒng)、輸入輸出智能模塊及Windows2000、全中文工控組態(tài)軟件、現(xiàn)場檢測及調節(jié)儀表；同時在控制過程中采用合理的空燃比，使其充分燃燒，既能達到最佳的加熱質量，又能達到節(jié)能降耗目的。并重點分析設計了如何解除熱處理爐溫度的滯后性問題。

5丁楊 《鐵廠供配電的特點和綜合自動化系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)》 安徽大學，2006 該文以寶鋼三熱軋帶鋼工程供配電綜合自動化的工程實例為例，詳細描述了鋼鐵廠供配電綜合自動化系統(tǒng)的組成、設計功能及設計原理。本系統(tǒng)由兩大部分組成，設置監(jiān)控層后臺監(jiān)控系統(tǒng)和間隔層保護、測量、控制裝置, 詳細分析了鋼鐵廠供配電系統(tǒng)的特點，以及其與電力系統(tǒng)的不同點，并以此為根據(jù)提出了供配電綜合自動化系統(tǒng)的基礎功能要求，在工程實例的中特別論述了其相應的特點和特殊需求在設計中是如何實現(xiàn)的。北京化工大學北方學院畢業(yè)設計（論文）——計算機控制技術

6張君霞 《高爐上料控制系統(tǒng)的研究》 西南交通大學，2007 上料控制PLC和設置在槽下操作室的工控機組以及現(xiàn)場設備通過Profibus現(xiàn)場總線組成高爐上料控制系統(tǒng)，并與高爐其它控制系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)組成高爐自動控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)的不足之處，使控制更精確，工作效率更高，可靠性更好，故障率更低，從而使高爐生產(chǎn)的技術層次和經(jīng)濟指標大幅提高。

7周志建 《滾切式雙邊剪夾送輥的同步控制系統(tǒng)研究及實現(xiàn)》 中南大學, 2006 論文針對鋼鐵廠板材精整線上的關鍵設備——滾切式雙邊剪，研制出一種通用的基于多電機同步控制理論的全數(shù)字式夾送輥同步控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對夾送輥的實時同步驅動控制，提高系統(tǒng)的可靠性和板材的剪切質量。同時，這種基于現(xiàn)場總線和電流同步的全數(shù)字式同步控制系統(tǒng)對雙邊剪之類的控制對象具有通用性，對舊雙邊剪機組控制系統(tǒng)的改造具有啟發(fā)作用。

8樊海峰 《基于平整鋼鐵制造的工業(yè)控制系統(tǒng)的研究與應用》上海交通大學，2005 論文介紹了整個工業(yè)控制系統(tǒng)在當今社會的現(xiàn)狀，分別介紹了在三電一體化和嵌入式系統(tǒng)，以PC 為基礎的分布式控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線，先進控制和智能控制技術的應用這幾個方面的實際情況和發(fā)展前景，并著重說明了PC 為基礎的分布式控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線的支持集成和開放的實際使用價值。

9梁麗中 《酸洗生產(chǎn)線中閃光焊機控制系統(tǒng)研究》 河北工業(yè)大學，2008 該文從消化吸收國外先進閃光焊機入手，分析了閃光焊接參數(shù)的選擇，針對閃光焊接中的技術難點，詳細分析了閃光焊機的主電路控制單元，液壓控制系統(tǒng)和焊機速度送進系統(tǒng)。在文章的最后，還對閃光頂鍛過程進行了控制優(yōu)化，并進行了仿真研究。仿真結果表明：閃光階段的控制優(yōu)化方案能顯著提高送進速度的跟蹤特性；頂端階段的控制優(yōu)化方案具有更快的動態(tài)響應速度和更好的穩(wěn)態(tài)性能，且超調小、控制精度高。

10王罡 《馬鋼機制公司生產(chǎn)計劃計算機管理系統(tǒng)開發(fā)研究》 同濟大學，1996 該文綜述了多品種小批量生產(chǎn)型企業(yè)的生產(chǎn)計劃方法.結合軟件工程理論,按照管理信息系統(tǒng)的開發(fā)方法,進行了馬鋼機制公司“生產(chǎn)計劃計算機管理系統(tǒng)”的開發(fā)工作.北京化工大學北方學院畢業(yè)設計（論文）——計算機控制技術

首先,在分析實際需求的基礎上,建立了系統(tǒng)總體信息流的結構.然后,論證了系統(tǒng)的硬、軟件配置,同時,進行了系統(tǒng)分析,建立了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖.其次,設計了系統(tǒng)的軟件模塊結構,給出了相應說明.再次,介紹了編程、調試與現(xiàn)場投運的有關情況.最后,總結了項目開發(fā)的成就及存在的問題.現(xiàn)場投運表明,該文所完成的系統(tǒng)開發(fā)工作是有效可行的.11 董志奎，戚向東，岳曉麗，連家創(chuàng)，張文志《Proceedings of the 29th Chinese Control Conference》 INDUSTRIAL CONTROL COMPUTER，2008年21期

主要介紹了1780熱連軋機板形控制系統(tǒng)的設計及應用和780熱連軋生產(chǎn)線生產(chǎn)的鋼種、規(guī)格、主要工藝設備、技術參數(shù)和采用的先進技術.著重介紹了熱負荷試車過程中通板鋼種和規(guī)格的選擇、通板主要技術參數(shù)的確定、通板方案的確定、產(chǎn)品規(guī)格擴展和最終產(chǎn)品質量驗收等方面的經(jīng)驗

12公維娥，張新寧，徐舟《Application of Computer Control in Steel Sintering Formula》

主要介紹了燒結自動配料計算機控制系統(tǒng)的三電一體化設計思路和設計特點,主要包括儀控設計、計算機控制系統(tǒng)設、電控設計以及控制功能的實現(xiàn)，對系統(tǒng)在使用過程進行了分析,并介紹了相應的改進措施.改進后的系統(tǒng)在生產(chǎn)中取得了較好的效果,產(chǎn)品指標得到了顯著的提高。

13李軍，劉桂萍，田海《Automatic Control System to Sintering's Compound》 Industrial Control Computer，2011年24期

主要介紹了張店鋼鐵廠新區(qū)燒結自動配料計算機控制系統(tǒng),主要包括電氣控制設計原理、系統(tǒng)的軟件配置與組態(tài)以及控制功能的實現(xiàn)。吳家鳳《ON SOME TECHNICAL PARAMETERS OF COKE CALCINATION ROTARY KILN AND DESIGN CONCEPTION OF CONE ROTARY KILN》CARBON TECHNIQUES，2012年1期

通過對焦炭煅燒回轉窯的一些設計和運行參數(shù)的討論,論述了錐形回轉窯的設計及其使用的可行性和優(yōu)越性。

15R.Gillingham 《 Challenges presented to BOF operating department 北京化工大學北方學院畢業(yè)設計（論文）——計算機控制技術

during startup of window-based control system》 Iron & Steelmaker，1996年23期

在生產(chǎn)及管理上除了要求它給初軋機加熱出適于軋制的溫度均勻的鋼錠之外，還要求它在保證燒鋼質量的前提下，穩(wěn)定燒鋼工藝，降低煤氣和耐火材料消耗，把煉鋼廠斷續(xù)送來的鋼錠變成均衡的鋼錠流，按軋制拍節(jié)提供初軋機。

技術指標

1、進行系統(tǒng)主電路的設計和控制電路的設計。

2、主設備的選擇和具體型號的確定、電器元器件選型以及具體型號的確定, 各類導線的選擇及布線的設計。

3、進行可靠性、安全性和可行性分析，編制線號。

4、電氣線路必要的安全保護。

5、兩臺315KW風機,10臺3.5KW除塵電機，一臺22KW羅茨風機和1臺同功率的加密風機，27個卸灰閥、1個煙道反吸閥1個混風閥構成。另外，還有大量的現(xiàn)場傳感器信號，各部分由設在電氣控制室的PLC集中控制。

一級機的主要任務是根據(jù)二級機設定的參數(shù)完成軋制過程的控制、數(shù)據(jù)采集等功能，主要由17臺MAC柜、16臺I/O柜、操作員站、工程師站組成。根據(jù)控制對象的不同，MACDS控制器分為3種：3臺順序控制器(SR21、SR30和SR31)，7臺過程控制器(PR01、PR02和PR11～PR15)和7臺主傳動控制器(MR40～MR46)。各控制器的功能見圖1。工程師站和操作員站用于軋制過程的狀態(tài)監(jiān)視、人工干預和系統(tǒng)的開發(fā)維護。

過程控制機采用2臺DEC公司的VAX-4105A計算機，它們互為熱備份，通過以太網(wǎng)將2臺VAX機和二級機的其它設備連接在一起，用WestnetⅡ高速數(shù)據(jù)通道實現(xiàn)和一級機之間的通信。它主要完成以下功能：原始數(shù)據(jù)輸入和管理；對待軋、正軋、已軋的鋼卷進行跟蹤；軋制過程數(shù)據(jù)的收集和處理；數(shù)學模型預設定計算；軋制過程的自學習；操作、維護畫面的顯示；各種工程報表、質量報表和生產(chǎn)報表的生成和打印。

由于一級機和二級機中所使用的數(shù)據(jù)格式不同，因此，每隔0.1s，I/O監(jiān)視器將這些一級原始數(shù)據(jù)傳送到二級機MillI/O內存緩沖區(qū)時，要進行工程單位轉換，以備二級應用程序使用。數(shù)據(jù)傳送和轉換完后，I/O監(jiān)視器觸發(fā)軋機事件監(jiān)控，特殊數(shù)據(jù)收集和其它數(shù)據(jù)收集，以存取MillI/O內存緩沖區(qū)中新刷新的數(shù)據(jù)，這種觸發(fā)北京化工大學北方學院畢業(yè)設計（論文）——計算機控制技術

方式能夠有效地防止數(shù)據(jù)滯后，使得應用程序同MillI/O中的數(shù)據(jù)保持一致。軋機事件監(jiān)控子系統(tǒng)(MEM)監(jiān)控從一級來的信號(例如機架校正完畢，鋼卷甩尾完成等)，MEM給事件監(jiān)視動作分配器(EMAD)送出一個表示事件被檢測到的進程內部信息。

對于它接收的每個事件，EMAD給一個或多個應用程序送出進程內部信息請求它們執(zhí)行相應的動作，應用程序響應該事件將返回一個信息給EMAD表示動作完成，EMAD可能接著給其它應用程序送出進一步的動作請求，如此建立基于一個初始事件的動作鏈。

應用程序使用的過程數(shù)據(jù)存儲在幾個數(shù)據(jù)庫中，3個主要的數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)庫服務器子系統(tǒng)(見圖2的右上角)來維護，所有要從數(shù)據(jù)庫中請求數(shù)據(jù)的應用程序給相應的服務器送出一個進程內部信息，以請求所希望的數(shù)據(jù)。服務器將給正在等待的應用程序送一個包含被請求的數(shù)據(jù)在內的進程內部信息，如果一個應用程序要從幾個數(shù)據(jù)庫中請求數(shù)據(jù)的話，將重復“發(fā)送－等待－接收”序列。

如果服務器不能給應用程序返回所請求的數(shù)據(jù)，就產(chǎn)生一個錯誤信息，應用程序給報警子系統(tǒng)(見圖2右下角)送一個進程內部信息，表示產(chǎn)生一個錯誤。

當系統(tǒng)在線的時候，F(xiàn)ailover故障切換子系統(tǒng)通過以太網(wǎng)周期地將所選擇的數(shù)據(jù)庫和內存緩沖區(qū)數(shù)據(jù)傳送到后備計算機中，使得2臺計算機的計算環(huán)境完全一樣。當在線計算機出現(xiàn)故障時，備份計算機立即投入運行，保證整個控制系統(tǒng)不受影響。

當二級機沒有同一級機通信，并且沒有控制軋鋼時，軟件訓練子系統(tǒng)模擬大多數(shù)一級機的信號，使得二級應用程序能夠運行，以用于測試和演示的目的。

由此可見，冷軋過程控制機的軟件以事件監(jiān)視動作分配器EMAD為核心，由EMAD啟動各個模塊，完成相應的動作。

冷軋數(shù)學模型是整個控制系統(tǒng)的核心，模型設定的精度決定了控制系統(tǒng)的控制精度。它根據(jù)熱軋來料狀況和冷軋目標厚度要求，計算出穿帶期間和穩(wěn)態(tài)軋制期間所需要的各種參數(shù)，通過網(wǎng)絡傳送到一級機，一級機根據(jù)這些設定值，控制和調節(jié)軋制過程中的厚度、速度和張力等參數(shù)。

穩(wěn)態(tài)設定計算的目標為：在不超出軋機設備限制條件，滿足用戶所要求的軋制規(guī)范，保證冷軋成品出口厚度的前提下，給出各機架馬達負荷均衡分布狀態(tài)下的最大軋件秒流量，并通過自適應學習的修正，盡可能地計算出軋制控制參數(shù)。

穿帶計算的任務是給出最佳穿帶輥縫，從而達到穿帶順利，過渡狀態(tài)平穩(wěn)和頭部超差長度盡可能小的目的。北京化工大學北方學院畢業(yè)設計（論文）——計算機控制技術

數(shù)學模型根據(jù)原始數(shù)據(jù)、軋制規(guī)范、軋機狀態(tài)數(shù)據(jù)、自學習因子等參數(shù)，經(jīng)過復雜的計算，得出本卷的軋制規(guī)程數(shù)據(jù)，經(jīng)過整理下裝到一級機。鋼卷軋制時，開始收集軋制數(shù)據(jù)，甩尾時計算自學習因子，以便用于軋制處于同一變形參數(shù)組的下一塊鋼卷。數(shù)學模型計算的原理如圖3所示。冷軋模型由4個部分組成：規(guī)程計算；預設定給定；數(shù)據(jù)收集；自學習。

總結

隨著科技的發(fā)展，鋼鐵工業(yè)已經(jīng)進入自動化智能化時代，然而我國的鋼鐵工業(yè)自動化智能化還相對落后，在鋼鐵工業(yè)中需加大對計算機控制系統(tǒng)研究的投入。鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過程進行計算機控制是提高產(chǎn)品質量、降低成本、減少環(huán)境污染的必由之路，計算機控制系統(tǒng)已成為生產(chǎn)設備及過程控制等重要的組成部分，它代替人的思維成為鋼鐵工業(yè)設備及工藝過程控制、產(chǎn)品質量控制的指揮和監(jiān)督中心。鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過程的計算機控制系統(tǒng)，隨著計算機的進步、工業(yè)生產(chǎn)工藝過程控制要求的提高和生產(chǎn)管理的完善而不斷發(fā)展。

北京化工大學北方學院畢業(yè)設計（論文）——計算機控制技術

第三篇：力學在新材料開發(fā)中的應用

力學在新材料開發(fā)中的應用

專業(yè)：交通工程

姓名：徐慶達

學號：201010615071

一、生活中的各種新材料 化學材料：

導電纖維——PACF導電腈綸短纖維、導電腈綸紗線

PACF纖維可以以0.55～5％的比例與普通的纖維混紡，再通過常規(guī)的紡織工藝，研發(fā)出永久型的抗靜電產(chǎn)品，廣泛應用于石油、化工、軍工、航空、交通、海運、電子、藥材、衛(wèi)生、橡膠、塑料、計算機機房等。

SH－D導電粉

SH－D導電粉對材料通過活性處理及導電因子的摻雜處理，使在基體表面形成牢固的導電層，從而使該系列材料具有持久的導電性?？捎糜谙鹉z、塑料、外涂層、是一種理想的導電、抗靜電產(chǎn)品添加劑?？咕砑觿?/p>

在納米材料的基礎上采用絡合包裹的方式將活性銀離子包入內部，使其具有一定的催化氧化作用和緩釋作用達到抗菌的效果。

SH－Ti抗紫外添加劑

具有優(yōu)良的戶外耐久性能和抗紫外線能力?？梢杂糜谙鹉z、抗紫外塑料、薄膜及其制品、油漆、抗紫外纖維、防曬化妝品領域。該產(chǎn)品對250～380nm的紫外光有很強的吸收作用，全面抵御UV－A、UV－B對人體皮膚的傷害，而且無毒、無味、對皮膚無刺激，能夠保持原有材料的色澤，具有良好的親水性和親油性，在有機溶劑和塑料中表現(xiàn)良好的分散性。

納米是長度單位，大小為十億分之一米（10-9m），納米材料是用尺寸只有幾個納米的極微小的顆粒組成的材料。當材料的顆粒達到納米級時，材料的性能會發(fā)生顯著的變化。

納米材料物理性質的變化

一、納米材料對光的反射能力變得非常低，低到小于1%；

二、機械、力學性能成幾倍增加；

三、其熔點會大大降低（如金的熔點本是1064℃，但2納米的金屬粉末熔點只有33℃）；

四、有特殊的磁性（如20納米的鐵粉，其矯頑力可增加1000倍）。

納米材料的用途 1． 納米結構材料:

包括純金屬、合金、復合材料和結構陶瓷，具有十分優(yōu)異的機械、力學及熱力性能?？墒箻嫾亓看蟠鬁p輕。2． 納米催化、敏感、儲氫材料：

用于制造高效的異質催化劑、氣體敏感器及氣體捕獲劑，用于汽車尾氣凈化、石油化工、新型潔凈能源等領域。3． 納米光學材料：

用于制作多種具有獨特性能的光電子器件。如量子阱GaN型藍光二極管、量子點激光器、單電子晶體管等。4． 納米結構的巨磁電阻材料：

磁場導致物體電阻率改變的現(xiàn)象稱為磁電阻效應，對于一般金屬其效應?？珊雎浴５悄承┘{米薄膜具有巨磁電阻效應。在巨磁電阻效應發(fā)現(xiàn)后的第6年，1994年IBM公司研制成巨磁電阻效應的讀出磁頭，將磁盤記錄密度一下子提高了17倍。

5． 納米微晶軟磁材料

用于制作功率變壓器、脈沖變壓器、扼流圈、互感器等。6． 納米微晶稀土永磁材料

將晶粒做成納米級，可使釹鐵硼等稀土永磁材料的磁能積進一步提高，并有希望制成兼?zhèn)涓唢柡痛呕瘡姸?、高矯頑力的新型永磁材料。

三、超導材料

1911年荷蘭科學家用液氦冷卻水銀，當溫度下降到-269℃左右時，發(fā)現(xiàn)水銀的電阻完全消失，這種現(xiàn)象就稱為超導電性。這樣的材料稱為超導材料。

超導體電阻突然消失的溫度稱為臨界溫度（Tc)。在臨界溫度以下時，超導體的電阻為零，也就是電流在超導體中通過時沒有任何損失。

1997年，我們研制的超導材料的零電阻溫度已達到134K，處于世界先進水平。超導材料的應用前景非常寬廣，若用來輸電可大大節(jié)約能源和材料

2011-4-17

第四篇：游泳技術中的力學

游泳技術中的力學

摘要：凡涉及水環(huán)境的運動項目，運動員都不可忽視水的一條最重要的自然屬性——水是一種流體。在物理學中，研究流體宏觀運動的這部分力學稱為流體力學。它又可以流體靜力學和流體動力學，游泳項目因其必要的水環(huán)境與流力學有著不可分割的關系體。好的運動員不是改變水的流體屬性，而是借助于水中的各種力來實現(xiàn)自己的水中活動。

關鍵詞：流體力學

游泳技術

劃水

阻力

推動力

任何一種體育運動最合理最完善的程度，都必須依照一定的基礎原理進行分析并加以應用，游泳作為一項大眾化的體育項目也是如此。流體力學是游泳技術力學分析的理論基礎。在游泳技術中，運動員受力情況分析是較為復雜的這也是為什么游泳中有佼佼者，也有人卻不盡人意。理論與實際存在一定的差異、復雜的受力情況、個人的因素等就把運動員的有用水平分成三六九等。

要想分析游泳技術中的力學問題，首先了解一下水的自然屬性：（1）水的壓力

水有壓力。當人在水中是，如果水的深度超過胸部，就會明顯感覺水的壓力存在，因為，此時人在水中呼吸變得完全不同于平時在陸上呼吸那樣輕松自如，尤其在吸氣時感到費力。這種現(xiàn)象就是水的壓力在起作用這是水的壓力帶來的不利之處。在水的壓力帶來呼吸調整問題的同時由于壓力相關的壓強為運動員提供了在水中漂浮的條件，根據(jù)壓強P深度h水的密度ρ之間的關系，即P＝ρgh，上下表面的壓強差形成的壓力差把人在水中托起。

（2）水的流動性

水具有流動性。在物理學中，運動是相對的，以運動員為參照物，在游泳過程中，人與水之間由于劃臂、蹬腿等動作產(chǎn)生相對運動，在水受到力的作用是會給人以反作用力，在力的作用下兩者產(chǎn)生性對運動，流速的大小產(chǎn)生不同壓強，由于壓強差造成的壓力差推動運動員運動。

（3）水的密度 密度是某種物質的質量和其體積的比值。其數(shù)學表達式為：ρ＝m／v，由于水的密度與人體相近，根據(jù)浮力公式：F=ρgv，所受浮力與重力相近。在產(chǎn)生的因運動造成的力的作用下，人可以把部分需要部位露出水面，完成簡單換氣。換氣過程中身體露出水面的情況與人體當時受力有關，吸氣前由于手腳劃水作用改變原來受力平衡，使得頭部露出水面。在吸氣時胸腔變大，浮力變大，這是重力與浮力重新達到平衡。

在游泳過程中，要想取得好成績不僅要了解水的屬性，還要對力加以利用和克服： 1.阻力

游泳沒有走得快，與跑更無法相比，空氣與水對人體運動阻力的比值是其重要成因之一。這其中的主要原因是水的密度大約是空氣的1000倍。不像跑步、騎自行車或者其它常見的人類運動形式可以將肌肉的大部分能量轉換成前進運動,我們游泳時幾乎要消耗90%多的能量去克服液體的阻力.當然,水的密度也多少能給我們提供一些昂首翹尾的機會,這意味著我們可以或深或淺地在水面漂浮,但是這要取決于我們身體的胖瘦比例和肺活量的大小?！巴晃矬w在同樣的速度下運動，水的阻力比空氣阻力大800多倍?！笨諝庾枇κ撬枇Φ陌税俜种?。認知這種阻力差，變換手掌劃水角度，減少水的阻力，增加游進動力，是提高泳速的關鍵。

（1）迎面阻力指的是，游泳前進時為了排開身體前方的水，而在迎面受到的阻力。這種阻力是游泳時的主要阻力之一。克服這種阻力的方法，就是盡量將身體成流線型。在這里，舉一個最簡單的例子。初學蛙泳的人，經(jīng)常會犯一個毛病，就是：收腿時大腿往肚子那里收。這是完全錯誤

圖1

的，因為這樣做破壞了流線型，讓大腿成為前進時巨大的迎面阻力。正確的做法是小腿往屁股后面收。

（2）

摩擦阻力是水流過身體時，與身體摩擦而產(chǎn)生的。實驗證明，高速運動的物體，如飛機等，摩擦阻力起重要作用。而對于象游泳這樣的低速運動，摩擦阻力起的作用很小。所以，有些運動員剃光全身的毛，想以此減小阻力，其實并沒有實驗上的根據(jù)?，F(xiàn)在有很多運動員穿鯊魚裝，性質也是這樣。

（3）旋渦阻力是指，水在填充身體前進以后留下的空間時，產(chǎn)生的旋渦對身體的阻力。這也是游泳時主要的阻力之一。這種阻力，在很多情況下，表現(xiàn)為浪花產(chǎn)生的阻力?？朔@種阻力，也是盡量讓身體成為流線型。有的人游泳時，身體不是平著的，而是豎的或者斜的。這樣做，迎面阻力很大，旋渦阻力也很大，所以是不正確的。物體前面的形狀越不好，（非流線型），受力就大，物體后面的形狀越不好，漩渦就越多，壓力就越小，物體前后的壓力差越大，所受的形狀阻力（也稱漩渦阻力）越大。因此，在游泳時保持身體的圖2

流線型是非常重要的。在出發(fā)和轉身后的滑行中，身體要保持平直和一定的緊張度，做好流線型，以減少漩渦阻力（圖2）。蛙泳應先伸臂再蹬腿。讓手臂接近伸直，做好流線型再蹬腿，不要屈臂在胸前或伸臂同時蹬腿。另外，蹬完腿應拼攏伸直，不要彎曲分腿。爬泳、蝶泳、仰泳打腿時要伸直腳面，勾著腳都會在身后出現(xiàn)大面積的漩渦。

根據(jù)阻力公式

我們知道，游泳速度增加一倍，則阻力相應增加4倍。這是在推進阻力面積和正面阻力面積不變的情況下得到的結論。實際上運動員游進速度提高時，手臂上的轉動點位置也隨之下降，這時推進阻力面積和正面阻力面積的比值也發(fā)生變化。如果轉動點在肘部時，推進阻力面積與正面阻力面積之比是1：3，當運動員速度提高一倍時，手臂上的轉動位置由肘部降到腕部，這時的力量與速度關系就會很好的體現(xiàn)，可見提高游泳速度不僅要有力量上的優(yōu)勢，在水中的姿勢也有很大關系。同時也告訴我們，在向前做有效劃水的準備動作時，不要過猛過快，如蛙泳向前伸臂，和收腿時，不能過猛過快，在爬泳、蝶泳、仰泳打腿時，不要主動向前彎曲小腿來打水。以免增加阻力。另外，游泳時，勻速地前進，阻力相對要小些。爬泳和仰泳中，當一臂結束劃水前或正結束劃水時，另一臂即開始劃水，使前進速度比較均勻。而蝶泳則不然，兩臂同時劃水，不同時向前移臂，有“時快時慢”的情況，要費很大的力量去克服慣性。這就是爬泳、仰泳要比蝶泳游得快些和省力的原因之一。

2.推進力

所謂推進力顧名思義，就是推動前進的動力，在游泳過程中，運動員為了在水中前進通過相關部位的活動與水產(chǎn)生相互作用力，在水對人產(chǎn)生反作用力的情況下，人借助于這個反作用力在水中前進，水的反作用力就是人的推進力。那么在游泳比賽中，推動力就是運動員前進的動力，這也是決定前進速度的另一個重要因素。“因為游泳運動員不能把腳支撐在地面上，所以髖部就不能起到鞭把的作用,達不到使力量集中一點推動整個身體的實質目的。當我們以最大效率游泳的時候，軀干軸向轉動推動在移

圖3

臂的手臂前伸入水，同時也驅動另一只手臂向后推水?！蓖苿恿εc阻力兩者共同作用在運動員身上，在二力的合力作用下運動員有了改變運動狀態(tài)的能力。

根據(jù)牛頓第三運動是定律，作用力和反作用力的大小相等，方向相反。我們在向后作有效劃臂、蹬（打）腿時，要盡量加大投影截面，和加快速度，這樣能獲得更大的反 作用力，即向前推進力。例如蛙泳在向后蹬水的面積（而不是用腳底去蹬水）。而且蛙泳蹬腿，爬、仰、蝶泳打腿，都是用大腿帶小腿做“鞭打”的動作，一方面力臂長，費力大而劃水的效果差（圖3）。這是因為直臂劃水，會產(chǎn)生與前進方向不一致的分力，這個力不是推動前進，在爬泳，蝶泳中，造成身體上下起伏，而在仰泳中產(chǎn)生左右擺動。而高肘 圖4 屈臂劃水，使手掌和前臂形成最有效的劃水面和合理的劃水方向，并加長了有效的劃水路線，從而取得最大的推動力。（圖4）最不好劃水動作是沉（拖）肘反作用力大小相等，方向相反這一定律看，游泳時，應直線向后劃水，但事實在實際中幾乎找不到一個完全直來直去劃水的優(yōu)秀運動員。這是因為水是液體，是可以移動的支撐物，劃水時，水對手產(chǎn)生反作用力的同 時也隨手向后流動，手再沿著直線劃這股還在向后流動的水時，就如逆水游泳一樣，效果就越差。而曲線劃水，就同民間搖櫓船的櫓一樣，曲線劃水，可以不停地對著相對靜止的“新水”給以作用，而得到支撐反作用力?？梢?，曲線劃水雖然會有分力，但比起“劃空”，推進力還是要大得多。屈臂劃水，因為小臂和手掌的對水面不好，劃水面太小，劃不到水。從作用力和 結尾：在游泳過程中，技術占有關鍵地位，良好的游泳技術在很大程度上讓人節(jié)省體力，減小阻力，增加推動力。但是在游泳時，人除了要很好的掌握自身熟悉的技術因素外，還要關注與水環(huán)境的因素，在不同的水環(huán)境下，要有針對環(huán)境所獨有的特殊因素，例如：游泳池中的靜水環(huán)境和江河中的動水環(huán)境，根據(jù)當時特有的條件在節(jié)省體力的情況下達到自己所希望的目的。文獻：

1.J Y 康西爾曼 游泳的力學原理 1974 2.張志田 賈玉瑞 溫仲華 游泳技術原理 1990 3.汪曦永 凡時芳 由中國游泳悉尼奧運失利引起的思考會 2001（02）4.伊協(xié)遠 馬暉揚 莊禮賢 流體力學多層次課程體系建設與教育改革【J】教育與現(xiàn)代化 1990年02期

5.劉福錦 劉強 呂麗 天津體育學院報 2001 第3期 6.薛乃樹 物理教學探討：中教版 2004 第8期

第五篇：多媒體教學在建筑力學教學中的應用

摘 要： 建筑力學課程理論性強，內容缺乏趣味，按傳統(tǒng)教學方法教學，效果不理想。而教學過程中的多媒體使用 ，能激發(fā)學生的學習興趣，在一定程度上提高了教學效果，但也存在一定的弊端。本文提出了在建筑力學的教學過程中使用組合教學的方法，能有效的提高教學效果。

關鍵詞： 建筑力學；多媒體教學；組合教學；教學效果

The Application of Multimedia Teaching in Mechanics of

Construction

LI Jian-hua SU Fang

(College of Water Conservancy and Civil Engineering, Xinjiang

Agricultural University,Urumqi, 830052)

Abstract: The mechanics of construction curriculum is very

theoretical, and the content is short of interest.Teaching

with the traditional teaching methods, the effect is not

ideal.However, the use of multimedia in teaching process, can

not only stimulate student's study interest, but also enhance

the teaching effect in the certain extent, despite of some

certain maladies.In this article, we proposed the method of

using combination teaching in the teaching process of

mechanics of construction, which can effectively enhance the

teaching effect.Key words: mechanics of construction ； multimedia teaching ；

combination teaching ； teaching effect

建筑力學是建筑類專業(yè)學生必須學習的一門專業(yè)基礎課。但是，建筑力學課程理論性強，內容缺乏趣味。按傳統(tǒng)教學方法教學，常常是教師講得很投入，但教學效果卻不很理想，其根本原因是學生缺乏學習力學的興趣。興趣是最好的老師，是求知欲望的動力源泉，學生只有對建筑力學產(chǎn)生濃厚的學習興趣，才會想學、愛學，才能學好。培養(yǎng)學生學習力學的興趣，是提高教學效果、完成教學任務的關鍵。而多媒體教學可借助計算機的幫助模擬演示出生動、豐富的畫面 , 具有良好的動態(tài)效果 ，能在一定程度上提高學生的學習興趣，使教學者、教學媒介和教學成果達到三位一體的有機統(tǒng)一。教師在教學中調用一些專用軟件進行實驗仿真 , 使學生能夠直觀形象的看到從現(xiàn)實世界中抽象出的力學模型，使專業(yè)基礎課與專業(yè)課有機的結合 , 為專業(yè)課的學習打下堅實的基礎。在建筑力學教學中使用多媒體必須注意的問題及其應用效果

1.1 在建筑力學教學中使用多媒體必須注意的問題

(1)在教學中，使用多媒體的時機要適宜。應該利用多媒體展示的是教學內容的重點、難點，如果一味地追求整個課堂使用多媒體，會導致多媒體成為教學的干擾因素。而在講解例題時，最好使用板書，使學生有一個思考的過程，以培養(yǎng)其思維模式，并加深其對重點、難點的理解。

(2)注意多媒體教學信息切換的速度。如多媒體的教學信息切換速度過快 ，使得學生無法跟上教師的講課進度，從而造成學生“課上看熱鬧 , 課后沒印象”，記憶不深的結果。

(3)多媒體在豐富表象方面具有很大的作用 , 但是表象不能代替經(jīng)驗 , 因此不能忽視語言邏輯的作用 ，要注意發(fā)展學生的想象力和思維能力。

1.2 在建筑力學中多媒體教學的應用效果

(1)信息來源集思廣益。在建筑力學的教學中應用多媒體時，課件的文字、圖形、圖片規(guī)范清晰，教學內容規(guī)范 ，并且以成熟的教案、講稿為藍本 , 由優(yōu)秀教師和有經(jīng)驗教師集體制作，既繼承了他們的寶貴經(jīng)驗和成果 , 又綜合了他們的教學優(yōu)點 , 有效地提高了整體教學水平，使學生對所學內容產(chǎn)生了

“難點不難，疑點不疑”的良好效果。例如：幾何組成分析一章，應用多媒體教學，動畫模擬出各種幾何體系，使學生直觀、形象地了解了構件的組成，取得了良好的教學效果。

(2)信息量大 ，教學效率高。在建筑力學的教學中應用多媒體，能節(jié)約許多在黑板上作圖和書寫的時間，將節(jié)約出來的這部分時間進行習題的講解與討論，既加深了學生對內容的理解與運用，又提高了分析和解決問題的能力，激發(fā)他們思維的創(chuàng)造性，從而有效地提高了教學效率，加強了教學效果。

(3)信息表象直觀。對傳統(tǒng)教學難以奏效的內容 , 如語言文字難以表達 , 學生難以理解的形式與關系 ，較為復雜的變化過程等 ，可借助多媒體的動畫模擬、局部放大、過程演示等手段予以解決。例如：約束中的鉸支座、梁的彎曲變形等，可以用動畫的形式將板書無法表示的空間物體及狀態(tài)改變的過程清晰的演示出來 , 并簡化出力學模型，使學生既容易接受，又降低了教師的講授難度 , 而且還大大提高了學生的學習興趣。

(4)能與實際有機的結合。教師在教學中調用一些專用力學軟件進行實驗仿真 , 既演示了實驗現(xiàn)象和結果 ，又介紹了軟件運行的環(huán)境和功能 ，而學生則可以學習、掌握軟件的使用，通過應用這些軟件去解題、設計、仿真，并使其對專業(yè)基礎課（如鋼筋混凝土結構、鋼結構等）有一個初步的認識和了解，從而與專業(yè)課有機的結合起來。

(5)“教”與“學”的互動。傳統(tǒng)教學一般來說主要以單向的教學為主 , 學生通常是被動接受的 , 不易發(fā)揮其主觀能動性, 而多媒體教學可以彌補這個不足。在多媒體課件制作中 , 建立起友好的界面 , 通過人機對話實時處理教學信息 ，不僅激發(fā)了學生學習的積極性與主動性，而且啟迪了學生思維的創(chuàng)造性 ，在培養(yǎng)學生自學能力的同時也提高了學生處理實際問題的應變能力。注重多媒體教學與傳統(tǒng)教學的組合教學設計 , 優(yōu)化教學效果

在建筑力學教學中，注重多媒體教學與傳統(tǒng)教學的組合教學 [1] 設計。組合教學是指在課堂教學中 ，根據(jù)教學目標和教學內容要求 , 合理地選擇和應用多媒體教學方式與傳統(tǒng)教學方式 , 組成一個雙向傳播途徑的教學模式 ，從而達到良好的教學效果。組合教學在運用教學媒體時必須根據(jù)教學目標分析各種教學方式的特點與功能 ，有針對性的選擇，在教學設計中進行良好的組合 ，并且必須準確選擇和把握教學方式在課程中的最佳作用點。所謂最佳作用點就是在教學過程中 ，最適合發(fā)揮教學媒體作用的教學環(huán)節(jié)與具體教學內容 [2]。組合教學不僅包括現(xiàn)代教學的媒體，例如計算機、投影機等 ，而且還包括傳統(tǒng)教學中的板書、講述等個人媒體。不同的教學方式具有不同的性質和作用 , 在教學過程中顯現(xiàn)和傳遞的教學信息各有所長 , 能否充分發(fā)揮教學媒體的優(yōu)勢 , 關鍵在于組合設計 , 即根據(jù)學科性質、內容和目標 , 有效的組合 ，并在教學過程中靈活實施。多媒體的組合教學設計方法的理論是“學習內容——教學目標的二維層次模型 ” [3]

。建筑力學從教學內容來看 , 可分為五個方面的學習，即認知學習、概念的學習、技能的學習、原理的學習和解決問題的訓練 ，不同的教學內容可有針對性的選擇不同的教學媒體。認知和概念的學習是指了解前人的經(jīng)驗并掌握 ，具有繼承性。這時教師的任務主要是講授 , 學生的任務主要是記憶?？煽紤]的媒體有 :

利用多媒體動畫展示已有的建筑結構，并從中抽象出力學模型，教師通過板書講述和講解力學模型與基本概念等；技能的學習是指操作性教學。包括實驗和解答習題，這時指導教師的主要任務是示范操作 , 學生的任務主要是操作練習。可考慮的媒體有 :

教師的講述和講解、板書等；原理的學習主要是指思維教學。這時教師的任務主要是引導 ，學生的任務主要是思考和建立思維模式?？煽紤]的媒體有 :

教師的講述、多媒體課件等等；解決問題的訓練是指應用教學。這時教師的任務主要是引導學生從現(xiàn)實生活中找出問題 ，運用已學的知識建立出合理的力學模型，并通過理論來解決問題。從上面的分析我們可以知道不同的教學內容應選擇不同的媒體。因此在進行多媒體教學之前, 應對所教的每一堂課的內容進行教學設計 , 根據(jù)教學對象、教學內容，選擇合理的教學媒體 ，優(yōu)化教學效果，只有注重組合教學設計才能充分利用多媒體資源 , 提高教學效果。結束語

在建筑力學的課堂中運用多媒體教學是一種必然趨勢。它不僅有利于加強教學的時代性、競爭性和開拓性 ，而且也有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維 ，激發(fā)其學習的積極性和主動性，對他們今后成為高素質的人才有著重要的作用。但我們在建筑力學的課堂中運用多媒體進行教學不能盲目的趕潮流，應注重多媒體教學與傳統(tǒng)教學的組合教學設計，使之達到良好的教學效果。

參考文獻：

[1] 馬 玲.多媒體組合教學設計與多媒體軟件設計 [J].中國電化教育，1996,（5）:17-18

[2] 劉 全.淺談多媒體教學過程中存在的問題及對策 [J].武漢市職工醫(yī)學院學報，2001，（12）

1988.35-38 [3] 歷以賢 ．教育學原理 [M] ．北京 ：北京師范大學出版社，