动静态分析

动静态分析（精选九篇）

动静态分析 篇1

1 床身结构评价指标

根据床身的基本性能指标和结构优化指标,定义床身设计的指标如下[3]: ( 1) 静刚度指标; ( 2) 动刚度指标。

2 床身结构动静态分析

2. 1 基础床身及有限元建模

建立准确而又可靠的床身有限元模型是一项重要工作。本文利用Catia建立床身的三维实体模型,然后导入Hypermesh中进行模态分析及频率响应分析,并利用Hyperwiew对结果进行后处理[4]。考虑到床身的结构较为复杂,为适应有限元计算,建模时对各个部件进行了合理简化,去除诸多不影响床身动态特性的倒角、圆弧、小凸台等,简化后的模型如图1 所示。床身是通过6 个地脚螺栓固定在基座上的以及12 个垫片支撑床身。在有限元计算时将床身地角处的6 个螺栓孔内表面节点的自由度全部约束,而在床身12 个垫片处约束其Y方向自由度,近似模拟实际工况。

将简化后的床身三维实体模型导入Hypermesh中,该床身的材料为Q235,其材料参数如表1 所示。

2. 2 床身的静刚度分析

床身的刚度规律是机床的固有特性,床身刚度的波动情况反映了机床的刚度性能[5]。床身静刚度直接影响机床的加工精度,是分析床身力学性能的一个重要指标。根据床身的加工特点,仅考虑对加工精度影响较大的导轨变形情况[6]。床身受到的比较集中的静力是在放置立柱的部位,该处的变形对加工精度影响较大,由于该床身是对称结构,以其中床身一侧导轨所在位置沿X方向等间距布置16 个测点。为得到床身多工况拓扑优化的权重系数,对床身进行多位置工况静态分析,运用Hypermesh对床身在加工空间内16 个位置工况进行有限元静力分析,获得床身在16 个位置工况下的刚度。拟合X,Y,Z向的刚度曲线如图2 所示。

该机床是双直线电机的高速铣床,因此对床身的刚度要求较高。如图2 所示,整体刚度偏低,Y方向的刚度呈现出波动情况,这是由于支撑导轨面的板筋分布导致。合理地布置支承件的隔板的筋条,可提高构件的刚度,隔板、助条可横向、纵向或对角布置,有利于提高构件的抗弯、抗扭惯性矩。因此有必要改进床身板筋结构布局以提高床身的刚度。

2. 3 床身动态特性分析

2. 3. 1 床身模态分析

模态分析是研究结构动态特性一种近代方法,床身的动态特性决定结构对于各种动力载荷的响应情况,所以在准备进行其他动力分析前首先进行模态分析,在此基础上进一步分析床身在各种动态激励下的响应。而在结构的动态分析中,各阶模态所具有的权重大小和该模态频率的倒数成反比,即频率越低,权重越大,也就是说低阶模态特性基本决定了产品的动态性能[7]。因此,这里分析床身前4 阶模态振型的情况,如表2 及图3 所示。

综合床身前4 阶模态振型结果看,最大振动位移发生在床身的导轨面,特别是前2 阶振型,而导轨面是床身关键部位,床身导轨面的精度及变形量对机床加工的精度及稳定有重大影响,提高床身的动态特性从床身导轨面附近部位着手,支撑导轨面的板筋对床身的导轨面的精度及动态特性有较大影响,因此有必要优化床身板筋的布局及结构以改进床身的动态特性。

2. 3. 2 床身谐响应分析

铣床在加工过程中,由于铣刀刀齿不是连续的,所以,会产生一个频率为,其中N为转速; n为铣刀齿数。根据主轴和铣刀齿数的种类及实际加工的主轴转速[8,9,10],确定该激励的频率范围为0 ~ 1 000 Hz。在工作台加工件的位置分别施加X,Y,Z方向的随频率变化的动载荷,在影响机床加工精度较大的加工中心位置布置一测点作为评价床身动态特性。获得的频响曲线如图4 所示。

从图4 中可看出,床身Z方向频响位移最大,X向位移次之,Y方向振幅很小,X,Z是床身动刚度的薄弱部位,X,Z方向床身的动刚度是后期结构优化的重点方向。

3 床身的拓扑结构优化

在结构的初期概念设计阶段,在给定的设计目标和约束下获得结构的最优拓扑形式对设计者具有重要的指导意义[10]。拓扑优化的数学模型[11]:

目标函数

约束条件

优化变量X( x1,x2,x3,…,xN) ,式中,NORM = Cmaxλmin,其中Cmax为所有工况的最大应变能; λmin为指标中的最小特征值; wi为个工况静态应变能; wj为各阶模态特征值倒数的加权系数,取值范围在0 ~ 1 之间; u( X) 为载荷作用下的节点位移量; K为计算模型的刚度矩阵;M( X) 为结构总重量; Vi( X) 为优化后设计域的有效体积; V0为优化前初始设计域体积。

建立床身的数学优化模型,采用Hyperworks中的Optistruct模块进行拓扑优化[10],其优化流程如图5所示。

以床身优化区域单元密度为优化变量,床身多工况加权应变能最小和一阶固有频率最小为目标函数,约束条件选取床身的体积分数,选定要优化的拓扑区域,设定工况载荷及边界条件,最终拓扑概念结果如图6所示。

从图6 中看出,深色为可去除部分,浅色为保留部分呈现出十字交叉分布,根据拓扑优化的结果,考虑一定的工艺性并参考以往设计经验,以及根据文献[7],横斜组合筋板有良好的抗弯刚度和抗扭刚度。因此将板筋布局修改成如图7 所示。

4 优化后的床身动静态性能对比

根据床身动静态性能的评价指标,对优化前后床身各个指标进行了对比: 优化后的床身一阶固有频率为310 Hz,相比原结构提高了约30 Hz。对优化前后的加工中心处的X,Y,Z方向频率响应比较,如图8 ~图10 所示。

如从图8 ~ 图10 所示,优化后的床身在X、Z方向上的位移减小量均超过50% ,且X向首次发生共振的位置约在480 Hz,避免了与前4 阶模态频率发生共振。Y向的频响相比原结构振幅有所增大,但最大振幅发生在450 Hz,不在前4 阶频率范围之内,故影响较小。综合分析,优化后的床身结构较大地改善了床身的动态性能。

对优化前后静刚度进行对比,如图11 所示。

如图11 所示,导轨处X、Y、Z方向的静刚度都有提高,其中X向静刚度提高最明显,平均提高了约1 000 N·μm- 1。床身的静态性能得到明显改善。

5 结束语

( 1) 通过有限元软件Hyperworks建立床身的动力学模型,并根据床身的结构性能提出了床身的评价指标; ( 2) 对床身进行了静力分析,获得床身导轨处的刚度曲线,并提出了以床身导轨处的刚度作为评价床身的静态刚度; ( 3) 对床身进行模态分析,获得床身前4阶模态频率及振型,并找出其薄弱环节。又在此基础上对其进行X、Y、Z这3 个方向的谐响应分析,得出Z方向是床身动态特性优化的重点方向; ( 4) 根据静动态分析的结果,进行拓扑结果优化,获得新的板筋结构布局,对比原结构,优化后的结构在静刚度平均提高了约1 000 N·μm- 1。一阶固有频率提高了30 Hz,频率响应的振幅约减小50% 。动态性能得到较大改善,为同类型的床身结构设计提供了参考。

摘要：床身刚度是影响高速机床加工精度的一个重要因素。针对床身刚度是否满足加工精度要求的问题,以双直线电机高速进给的铣床床身为研究对象,采用有限元方法建立床身的动力学模型,并利用有限元软件Hyperworks对床身进行动静态分析,找出该床身的动静态性能薄弱部位,利用Hyperworks的Optistruct拓扑模块对床身进行结构优化。优化后的结果表明,3个方向静刚度平均提高了1 000 N·μm-1,固有频率提高了约30 Hz,x和z向频率响应的振幅约减小50%,为同类型结构设计提供一定的参考。

动静态旋转分离器研制 篇2

中速磨煤机动静态旋转分离器装于磨煤机上部，它的设计用于与磨煤机协同工作以期获得较细的煤粉细度和最佳的颗粒粒度分配，它的使用将帮助弥补燃烧效率低的缺陷。与静态分离器相比，动静态旋转分离器能够提高分离效率，从而在保证相同煤粉细度的前提下提高磨煤机出力。也就是说，在磨煤机出力相同的条件下，配置动静态分离器可获得更佳的煤粉细度和更高的均匀性指数，进入燃烧器的粗颗粒大大减少，可潜在降低NOx的排放量。

2、结构说明

动静态旋转分离器由分离器传动部、动态转子叶片、静态导向叶片、回粉挡料斗、分离器壳体、落煤管、出粉管、密封风管等部分组成。

3、工作原理

动静态旋转分离器是一种可控离心式分离器，其核心部件主要由动态转子叶片和静态导向叶片组成。位于分离器内部中心的动态转子呈圆柱状，转子叶轮上均匀分布着一定数量的叶片，它由变频电机驱动旋转，我们称之为“动态转子叶片”。静态导向叶片垂直布置并环绕于动态转子叶片外侧，它由若干均布的导向叶片组成，顶部固定于分离器壳体上静止不动，我们称之为“静态导向叶片”。原煤经磨煤机碾压粉磨后，煤粉被螺旋上升的一次风充分混合干燥后输送到动静态旋转分离器中。不同粒径的风粉混合物在通过均布的导向叶片后获得均匀的切向流，在导向叶片和转子之间的环状区域可称之为选粉区，进入该区域的不同粒径的煤粉颗粒，同时受到由于转子旋转而产生大小不同的离心力和一次风气流曳引而施之的向心力。当转子转速和一次风气流均一定时，处于选粉区内某一特定粒径下的煤粉因所受离心力和向心力相等而处于静止状态，我们称该粒径为此条件下的分离器切割粒径。超过切割粒径的粗颗粒在离心力作用下飞逸出来并向外运动，撞击在静态叶片上并在重力作用下沉降，通过回粉挡料斗返回到磨盘上重磨。小于切割粒径的合格细粉无法克服气流曳引，穿过转子叶片离开分离器，经输煤管道进入锅炉燃烧。煤粉细度可以通过改变转子的转速实现快速调整。加快转子的转速可以获得更细的煤粉，反之降低转子转速使得产品的细度变粗。由于动静态旋转分离器中的煤粉颗粒在选粉区所受的离心力是均匀的，避免了静态分离器撞击分离带来的不均匀性，因此粗的煤粉颗粒能被更完全地分离出来，而细的粒子被分离出来的几率降低，合格的煤粉中含粗煤粉粒子少，由此有效减少细的煤粉颗粒在磨内的循环次数，大大提高分离器的分离效率和磨煤机的制粉能力，同时合格的煤粉中含粗煤粉粒子减少，煤粉的均匀性获得较大改善。

4、分离器整机安装说明

分离器在出厂时已经过部分组装，只有一些电气、润滑或传动皮带需要现场再次组装。这个安装说明是在现场整个磨煤机本体安装好后所进行的分离器安装说明。分离器的外包装应该在安装之前打开，以免其长期暴露而进入雨水或异物，从而导致分离器的锈蚀或损坏。在外包装去除后，应打开位于分离器上部顶面上的人孔盖，然后进入到分离器内部，将里面固定动态转子叶片的木楔拆除，注意此步骤务必在分离器电机接通之前进行，以免引起分离器的非正常损坏！清理中架体法兰和分离器法兰连接面，将密封用的石棉绳按S型放在中架体法兰螺栓孔的内侧，并在石棉绳上下面涂抹密封胶。按总装配图确定分离器的方位，并将分离器放在架体上，用螺栓将法兰连接在一起。安装分离器上的密封风管路。将组装好的磨辊密封风管路中的密封风管（带有关节轴承）与分离器外的环形密封风管连接，并仔细密封好。按密封风管路部分的图纸要求安装通往分离器传动部位的密封风管路（2处）。安装时应注意，不应有杂物进入密封风管和密封风腔，一旦发现污染，必须清理干净。

注意：磨辊密封风管的安装过程中应将每个磨辊测温热电阻的电缆线穿入环形密封风管道，并从相应的环形密封风管道电缆线出口处引出。

现场安装手动润滑泵。

现场安装上下轴承的测温线缆和接线端子盒。测温线缆外面应套装提供的聚丙烯软管，并用管夹根据现场实际位置情况固定在分离器顶盖上。

如果根据运输需要需拆下分离器变频电机，现场安装时还需要重新安装电机，安装传动皮带时可参考标准GB/T13575.2-1992“带传动 窄V带传动”。套装带时不得强行撬入，应将中心距缩小，待V带进入轮槽后再进行张紧。如张紧不均匀，可空转几圈使其均匀后再张紧到规定位置。二带轮轴线应相互平行，各带轮相对应的V型槽的对称平面应重合，其误差不得超过20′。

5、分离器运行

5.1分离器启动

确认通往分离器密封风管上的手动调节阀门开启；启动密封风机；确定密封风与一次风的压差值大于2kPa；分离器传动部上、下轴承温度正常；启动分离器变频器即变频电机；启动一次风机（开一次风门）；启动磨煤机和给煤机。

5.2分离器停机

给煤机停机；

磨煤机冷却；

磨煤机和动静态分离器停机。

5.3分离器运行监控

密封风与一次风的压差值≤2kPa，报警；

密封风与一次风的压差值≤1kPa停分离器电机、关一次风门、停磨煤机；

分离器传动部上、下轴承温度：t≥85℃报警；当温度持续升高应停机检查。

6、动静态旋转分离器的维护

6.1概述

进行设备的常规目测检查以提前发现任何可能的破坏。

定期检查所有螺栓的紧固。

定期检查密封以确保无故障运行，必要时进行更换。

分离器轴承在安装时涂满润滑脂，运行后通过外部润滑泵和注油口定期加注油脂。

定期检查电机、带轮、传动皮带等传动部件。

6.2分离器的内部检查

在对分离器进行维护、检查及修理工作时，应遵守相应安全规则。人员进入设备内部检查之前，应做好防护，并参阅前述磨煤机检修维护说明中的相关内容，尤其在磨内登高作业时，应穿戴好防护用品，以防跌落。

定期检查分离器内动态转子叶片、径向导向叶片、回粉挡料斗、分离器内壳体的磨损程度及螺栓连接件等紧固程度，该项检查建议每3个月检查一次。

打开分离器顶部的检查门，进入分离器上部，定期检查分离器内部壳体、内部密封风管、支撑管、分离器出口短管的磨损情况、内部螺栓的磨损及紧固情况、下密封环处的间隙情况以及下密封风腔检查门的密封情况。必要时打开密封风腔检查门，查看里面是否有杂物和煤粉，检查时观察是否在下部旋转轴油封处形成足够的油层，通过它能够判断轴承是否有足够的油脂。另外通过该门，旋开正对于该门的下部轴承腔处的螺塞，检查轴承油脂情况，检查后将检查门密封面涂抹密封胶并重新装好，确保密封。该项检查建议每3个月检查一次。

检查时，任何挂在零件上的杂物以及粘附在转动部件上的粉尘必须立即清除。

7、结束语

动静态分析 篇3

1样品信息及试验设计

所取测试样品按地层、埋深和岩性主要分为6组: 深层长石岩屑砂岩( 志留系) 、硬石膏质泥岩( 古近系) 、泥质硬石膏岩( 古近系) 、中深层岩屑砂岩( 三叠系) 、泥页岩( 三叠系) 及煤岩( 石炭系构造煤) 。按不同埋深和压力系数模拟地层条件下应力环境,所设置有效围压分别为: 65 MPa、50 MPa、50 MPa、32 MPa、32 MPa及20 MPa。样品均饱和地层水,力学测试采用MTS岩石物理测试系统,声学测试频率为1 MHz。

6组测试样品物性特征见图1,从图中可以看出,所取煤样密度较低,分布在1. 4 ~ 1. 6 g /cm3之间。测试构造煤天然微裂缝较发育,孔隙度相对较高; 其他5类岩性岩石孔隙度一般低于10% ,随孔隙度增加,密度有降低的趋势。

从图1可以看出,深层长石岩屑石英砂岩物性要好于中深层岩屑砂岩; 泥质硬石膏岩主要成分为无水硬石膏,具有高密度及低孔隙度的特征,而硬石膏质泥岩主要成分为泥质,其孔隙度相对高一些,密度相对低一些; 泥页岩为湖相沉积,历史期经历强压实,密度较大,物性较差。

设计试验方案,应用力学与声学同测技术开展试验测试。具体方案为: 首先以约0. 05 MPa /s速率加载围压,加至一较低的初始值,然后以约0. 2MPa / s速率加孔压至10 MPa并保持恒定。继续加载围压至设定值,使围压与孔压之差为设定的有效围压值。以约3. 5 × 10－ 3/ s轴向速率加载轴压直至试样破坏,试验结束。

2静态力学参数特征

2. 1岩石密度与静态力学参数间关系

三轴条件下不同岩性岩石密度与静态杨氏模量及泊松比的关系见图2。从图中可以看出,随着密度的增加,岩石杨氏模量呈增加趋势。当岩石密度超过2. 5 g /cm3时,岩石杨氏模量出现急剧增加。 对于不同沉积岩石而言,岩石密度往往小于3 g / cm3,岩石密度越大,代表岩石内部颗粒间挤压固结程度越高,因而杨氏模量急剧升高。同时,从图2还可以看出,随着岩石密度的增加,岩石的泊松比具有降低的趋势。这是因为,密度相对低的岩石如煤岩, 其刚度或杨氏模量值低,地层应力环境及饱和地层水条件下呈韧性,能够发生一定塑性应变,因而具有较高泊松比值。随着岩石密度的增加,岩石刚度逐渐变大,可压缩性变差,应变曲线越发陡直,表现为泊松比相对较低。

2. 2岩石孔隙度与静态力学参数间关系

三轴条件下不同岩性岩石孔隙度与静态杨氏模量及泊松比的关系见图3。可以看出,岩石孔隙度与杨氏模量间具有一定负相关性,在孔隙度约为5% 时降低幅度逐渐变得平缓。这一方面与岩石密度与孔隙度之间具有一定关联( 图1) ; 同时,随着岩石孔隙度的增加,可以将孔隙空间看做一些刚度为0的包裹体,因此随着其比例的增加,岩石整体刚度或杨氏模量降低。岩石孔隙度与静态杨氏模量间的相关性低于密度与静态杨氏模量间相关性。

对于岩石孔隙度与静态泊松比间的关系( 图3) ,整体相关性较差。这主要是因为对于不同类型沉积岩石而言,泊松比变化范围一般分布在0. 15 ~ 0. 45,变化范围不大。当岩石韧性较强时,泊松比相对偏大,当岩石具有较强脆性时,泊松比相对偏小。 同时岩石泊松比还受内部颗粒组成、接触关系及微裂缝的影响。当岩石内部颗粒以塑性成分为主,分选及磨圆差,不同矿物接触面易产生微裂缝时,岩石泊松比往往较高。而当岩石内部含有较多脆性矿物或高强度矿物,如石英、燧石等时,颗粒多为线或凹凸接触,黏土填充充分且微裂缝含量低,此时岩石往往具有低泊松比值。

3动态力学参数特征

3. 1纵横波波速特征

三轴条件下不同岩性岩石纵横波波速测试结果见图4。可以看出,随着密度的增加,Vp和Vs都具有升高的趋势。这反映出随着密度的增加,岩石越来越致密,弹性波传播速度加快。但由于不同岩性岩石内部组分及颗粒接触关系不同,部分岩石内部可能含有一些微裂缝,这些微裂缝的存在对Vp影响较小,而对Vs影响较大,因为纵波能在空气或液体中传播,而横波不能［9］。因而造成图4中Vp与岩石密度间相关性要明显好于Vs与岩石密度间相关性。 Vp与Vs间关系见图5。从图中可以看出,虽然加载围压及岩性不同,但采用同一测试方案及仪器测试的各组样品Vp与Vs数据大致分布在同一条直线上( 图5) 。代表了地层条件下,不同岩性岩石在弹性波速特征上的统一。同时计算了6类岩性岩石VpVs值,见图6。Vp/ Vs值往往与岩石孔缝发育程度正相关,若岩石孔缝系统较为发育,则Vp/ Vs值往往会相对偏高［10，11］。

从图6可以看出,即使为同一类岩性。不同样品间Vp/ Vs值也有差异。但整体来看,F组Vp/ Vs值最高,CDE组次之,AB组相对较低。这表明所研究6种岩性岩石中,构造煤孔缝( 微裂缝) 相对最为发育,这主要与其成岩及构造应力场相关; A组深层砂岩孔或微裂缝不发育与深层成岩作用有关,同时该地层构造应力相对偏弱; B组硬石膏质泥岩本身主要成分为蠕变性黏土质,因而孔缝不发育; C组泥质硬石膏岩中存在一些微裂缝,这些微裂缝主要存在于泥质与硬石膏的交界面上。泥岩在蠕变中可产生巨大额外应力,使该弱面及硬石膏内部产生一些微裂缝; D和E组岩屑砂岩及泥页岩虽然有泥质充填特征,但该地层遭受了强烈构造应力作用,因而微裂缝较为发育。岩石Vp/ Vs与其有效孔缝系统具有一定相关性,该研究结论与前述各类岩性岩石物性特征结果一致。

3. 2动态杨氏模量及泊松比特征

作岩石波速与动态杨氏模量间关系,见图7。 可以看出,两者具有较好正相关性,这主要是由于动态杨氏模量是利用纵横波波速计算而来的［12］。从图中还可以看出,利用声波计算的各岩性岩石动态杨氏模量大小关系与图2静态杨氏模量间分布特征较为一致。动态泊松比与波速间关系见图8,数据较为离散,但依然可见两者具有弱负相关性,与图2所述静态泊松比随岩石密度变化关系类似。

4动静态力学参数关系

6种岩性岩石动静态杨氏模量及泊松比间关系见图9。对于杨氏模量来说,除了泥质硬石膏岩,其他各类岩石的动态杨氏模量值均略大于静态值; 对于泥质硬石膏岩,其主要成分为无水硬石膏,而无水硬石膏的密度非常大,纯硬石膏密度大于2. 9 g / cm3［13］,岩石内部极为致密,造成其动静态杨氏模量值变化不大。煤岩计算的动态杨氏模量值平均比静态值大22. 4% ; 深层长石岩屑砂岩平均大37. 8% ; 硬石膏质泥岩平均大29. 3% ; 中深层岩屑砂岩平均大20. 7% ; 泥页岩平均大42. 3% 。对这几类岩石而言,动态杨氏模量值约比静态值大约30. 5% 。

对于动静态泊松比来说( 图9) ,整体来看,所有样品大致分布在中线附近,表明动静态泊松比相差不是很大。其中硬石膏质泥岩、泥质硬石膏岩和中深层岩屑砂岩的动态值略大于静态值,与动静态杨氏模量关系( 图9 ) 类似,动态值约大于静态值18% 。对于其他3类岩性岩石,动态泊松比值略小于静态值,煤岩约小5% ; 深层长石岩屑砂岩约小23. 8% ; 泥页岩约小15. 2% 。 其实对于泊松比来说,其值本身就较小,因而这些相对变化的绝对值并不大。

5结论

( 1) 不同岩性岩石密度与动静态力学参数间关系好于孔隙度,岩石密度与Vp间相关性好于Vs; 岩石密度、孔隙度或纵横波波速与杨氏模量的关系好于泊松比; 动态Vp/ Vs与岩石孔缝及物性具有一定相关性。

( 2) 所测试6组岩性岩石中,由于泥质硬石膏岩密度大且致密,其动静态杨氏模量大体相当,其它各类岩性岩石动态杨氏模量均大于静态值,平均约大30. 5% 。

食品安全监管问题的静态博弈分析 篇4

关键词：食品安全；静态博弈；不完全信息；混合纳什均衡

一、 引言

食品安全问题，事关公众身心健康、市场秩序和社会诚信，所以一直以来是社会关注的热点问题。近期国内毒米线事件、僵尸肉事件、台湾黑心油事件等的发生，让我们深深感觉到食品安全状况不容乐观。

完全信息静态博弈，是指参与各方同时选择一次性的策略，且参与各方对其他参与者的特征（包括策略空间、支付函数等）有完全了解的博弈。不完全信息静态博弈是指博弈的参与者至少有一方不能完全地了解其他参与者的所有信息，但参与各方必须同时行动，或者不是同时行动，但后行动者并不知道先行动者的采取的策略。它强调各参与人之间行为的相互作用和影响。Henson和Caswell（1999）采用博弈论分析方法，认为食品安全监管政策是政府监管部门、食品生产企业、消费者等各个参与方博弈的结果。金朗（2009）以三鹿奶粉事件为例，从理论上讨论了食品安全问题中存在的道德风险以及逆向选择，指出企业缺乏社会责任感、国家免检制度存在的天然缺陷以及政府部门监管不力等，是造成食品安全隐患的根本原因。刘任重（2011）以博弈论为分析工具，通过考察企业间重复博弈机制，并引入奖励变量，改变了企业选择生产不安全食品的纳什均衡解，提出应答搭配使用奖励和政府监管，才能提高食品企業选择生产合格的安全食品的策略的概率。

食品的安全程度，如化学残留、添加剂含量等，这些信息是很难获得的。企业隐瞒这类信息，给政府的监管带来了很大的障碍，企业对政府检查执行力度也不是很清楚。这就存在信息的不完全，即政府监管部门和食品生产企业对双方的支付函数都不是完全清楚地了解。此时采用不完全信息的静态博弈模型分析是合适的。本文从简到繁，先抽象出一个简单的完全信息静态博弈模型来分析政府监管部门与食品生产企业之间的博弈，然后在这个基本模型上进行进一步的扩展，进行不完全信息静态博弈分析。

二、 食品安全监管的静态博弈分析

为了便于模型的扩展分析，我们首先从最简单的监督模型开始，然后放宽一些假设条件，引入其他变量，以使我们的模型越来越接近现实。

1. 食品安全监督的完全信息静态博弈。将政府和食品生产企业设定为博弈参与人，食品质量监督部门行为选择有两个：检查和不检查；食品生产企业也有两个纯策略：生产安全食品和生产不安全食品。为方便起见，只单纯考虑经济效用，可以用表1所示的标准式表述来表示。其中，c表示监管部门进行食品质量检查的成本；r表示企业选择生产合格食品策略获得的收益；R表示企业选择生产不合格食品时获得的收益（r0。

假设政府选择检查的概率为p2，则其选择不检查的概率为（1-p2）；企业选择生产安全食品的概率为p1，选择生产不安全食品的概率为（1-p1）。利用等支付法来求解该完全信息静态博弈的混合策略纳什均衡，E（p1）= E（1-p1），解得p2*=（R-r）/F。即在企业和政府对双方的支付函数（矩阵）都心知肚明的情况下，政府将以p2*=（R-r）/F的概率对企业进行检查，企业将以p1*=（F-c）/F的概率选择生产合格食品。

同时，我们观察概率p2*=（R-r）/F，分子R-r表示企业分别选择生产安全食品的机会成本，这个差值越大，政府对企业实行质量检查的可能性就越大。R-r越大往往意味着对消费者利益的损害越大，一旦这样的食品流入市场，对社会的稳定与和谐、对政府的威信的损害也就很大，所以政府对这类食品生产企业必须加强质量监管，以维护消费者和社会的利益，这符合我们观察到的现实。概率p1*=（F-c）/F表明，企业生产安全食品的概率随着检查成本c的增大而降低。有的企业采用各种手段欺骗政府监察部门，其目的就是使政府检查的成本升高，企业知道理性的政府面对高额的检查成本会以较小的概率选择检查，也就是企业本身可以较大的概率逃过政府的检查，从而会以较高的概率选择生产不合格食品。

事实上，在混合策略均衡中只是要求参与各方以某个概率选择无差异的纯策略（张维迎，2004），但是真实的策略选择可能会受外界因素的影响。在食品安全事故频发（表现为媒体报道数量多、民众举报次数多、受侵犯消费者人数多等）的时期，其他条件不变的情况下，企业猜测政府为缓解舆论压力，会比较偏好于检查策略，那么企业会迫于政府的威严而以较大的概率选择生产合格食品。这表面媒体舆论在减少食品安全问题中发挥的不可忽略的作用。当然还有其他外生变量可以影响混合均衡的概率，例如法律法规、监管效率等。

另外，上面的分析作了这样的假设——只要质量监督部门检查，就一定能够发现生产不安全食品的企业的违规行为，现实却不是这样的。首先，食品安全问题中存在的信息不对称，很大一部分是企业为了获得更大利益，采用虚假信息揭示、虚假检测报告等手段，给政府部门的监管带来很大困难。如果监督部门存在监管人员水平不高、行政管理混乱、贪污腐败等问题，那么可能的结果就是：即使政府投入成本c去进行食品质量稽查，还是没能发现企业的违规生产行为，违规企业还是可以获得预期的高利润。

若企业生产不安全食品，而政府部门没有检查，可能有两种情况：一是企业违规行为被举报（尚未处罚），这时食品监管部门将被追究责任，导致的损失用L（L>0）表示；二是无人举报，企业违规生产行为没有被发现，对监管部门没有影响。是否被举报不会影响生产安全食品的企业。

事实上，此处的L也可以理解为公众对政府部门失职的不满给政府造成的信誉上的损失，我们实际上在支付矩阵引入了社会福利的考量指标。在信息流通迅速、消费者维护自身权益意识增强、民意上表渠道畅通的现代社会，生产不合格食品的企业可能会受到企业内部人员或者消费者的举报，或者集中表现为像三鹿奶粉这样重大的社会追责事件。

表2是我们放宽基本模型相应假设之后的静态博弈标准式表述，其中R>r，R-F< r，F-c>0。表2中，我们假设政府部门强势监管时，监督部门一定可以发现企业的违规生产行为并处以罚款；弱势监管时监督部门则无法发现企业的不法行为，从而不对违规企业进行惩罚。为了避免参数过多，这里假设两种情况下监管成本都是一样的，都是c。

观察扩展后的静态博弈，我们发现政府监管部门选择检查时，监督部门有两个类型：强势监督和弱势监督；不检查的时候，监督部门也有两个类型：有人举报和无人举报（事实上取决于政府以外的社会成员，但是政府对有无举报是知道的，企业不知道）。监督部门是知道的自己的类型的，而这些信息都是企业事先无法得知的，但是这些信息将影响到企业的决策。例如当有人举报時，政府监管部门面临损失L，为避免这一损失，政府可能以较大概率选择检查，如果这样的话，企业可能不会冒险去生产不合格产品。

对于p2**，相对于完全信息静态博弈，分母上多出了p3（03. 模型的进一步扩展——引入奖励机制。上面的分析仅仅考虑了政府监管部门对违规生产的食品企业的打压，而忽视了对按照安全食品标准生产的企业的激励。帕累托有效的生产状态下，即使政府监管部门不用去进行质量检查，每个企业也都有动力去生产安全的食品，从而节约全社会的寻租成本。有学者认为，如果缺乏适当的奖励机制，原来合规生产的企业看到那些违规生产而没有被查处的企业牟取暴利、垄断市场，威胁自己的生存，就有可能铤而走险加入到违规生产的企业队伍当中去，而政府也不得不花费更高的成本去进行食品安全监督。

究竟奖励机制的引入是否真正能够提高企业安全生产的概率呢？下面的分析仍然采用上述不完全信息静态博弈的分析框架，但是引入了对安全生产企业的激励变量——e，来考察这一参数对均衡结果的影响。在政府选择检查行动的情况下，政府对没有发现违规生产的食品生产企业给予数量为e的奖励，变化后该博弈的标准式表述如表3所示。对前两个模型的假设条件同样适用于表3。

上述分析表明，在食品安全监管问题上，引入激励机制不能有效提高企业选择生产安全食品的概率，反而起到负面作用。

三、 结论与建议

本文借助博弈论中完全信息静态博弈和不完全信息静态博弈的基本工具，分析了食品安全监管中政府监管部门与企业间的策略互动，得到了不同假设和行为设置下的混合策略纳什均衡，并讨论了内生变量、外生变量变化时对均衡概率和行为主体期望值的影响。根据分析结果得出以下结论和建议：（1）从食品安全监管制度设计层面来说，应当加大对违规生产行为的惩罚力度，而不是引入对安全生产行为的奖励机制；（2）对政府监督部门来说，应当提高监管部门运作效率，降低质量检查成本，从而增大查出违规生产行为的概率； （3）对企业来说，应具有长远战略眼光，而不应存有获取短期暴利的侥幸心理； （4）从整个社会层面来讲，应当充分发挥报纸、网络、电视等媒体的舆论监督作用，社会成员应当增强自我保护、相互监督的意识。

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作者简介：晁云霞（1989-），女，汉族，山东省菏泽市人，中国人民大学财政金融学院博士生，研究方向为宏观经济与财政政策。

关于先导式溢流阀动静态特性研究 篇5

所谓溢流阀, 其实质上是一种液压压力控制阀, 在液压系统中扮演着重要角色, 不仅对系统起到保护作用, 还能够为定量泵系统提供过载保护。因此, 溢流阀主要包括两种形式, 一种是直动型溢流阀;另一种是先导式溢流阀。本文主要以先导式溢流阀为主要分析对象, 详细探讨了先导式溢流阀动静态特性, 从而使溢流阀内部系统得到优化, 有效提高了溢流阀安全可靠性。

1) 先导式溢流阀的作用。作为液压系统中的安全阀, 一旦系统压力超过溢流阀时, 先导式溢流阀便能够对其进行适时调压, 实现对系统的保护。除此之外, 先导式溢流阀还能保护定量泵系统, 实现远程调压的功能。

2) 先导式溢流阀的技术措施。由于先导式溢流阀很容易出现腐蚀、磨损等情况, 因此就要求主阀芯是带圆弧的平端锥阀结构, 还要确保主阀的锥角保持最小, 而阀芯锥角要比阀座锥角大;主阀口要选用两级节流口结构, 这样就可以避免气穴受到严重危害;主阀芯、阀套以及阀体等部位应选用硬度高的材料, 从而确保工作的稳定性;阀口处对材料的硬度有一定限制, 材料的硬度越高, 阀口的抗拉丝侵蚀的能力便会越强, 因此, 阀口处应选择适宜的材料进行配对。另外, 要在主阀口处设置固定的节流孔, 避免发生气蚀现象。

2 先导式溢流阀的结构原理分析

从图1可以看出, 当油液一旦进入溢流阀X处时, 先导阀和主阀一般会处于关闭状态, 这主要是导阀弹簧和主阀弹簧共同作用的结果。但油液进入到螺杆上的阻尼孔, 便很快流入溢流阀Y处, 如果导阀处于打开状态, 则油液作用在螺杆上的力要比导阀的弹簧力大。如果让主阀处于打开状态, 且油液会通过先导阀流出回油箱, 则主阀后腔压力相应缩小才会产生溢流现象。

3 先导式溢流阀的静态特性分析

1) 主阀阀口节流方程。

主阀阀口节流方程式可表示为 。式中:Q1为主阀芯溢流量;C1为主阀阀口的流量系数;DZ为主阀口的直径;α1为主阀芯半锥角;h1为主阀芯开口量;px0为主阀开起时进油口的压力。

2) 主阀芯受力平衡方程。主阀芯受力平衡方程可表示为 。式中:AX为主阀前腔承压面积;Aγ为主阀后腔承压面积;K2为主阀弹簧刚度;X2为主阀弹簧预压缩量;Fs1为主阀中的稳态液动力;F.f为则为主阀芯摩擦力。

3) 阻尼孔节流方程。将阻尼孔节流方程表示为 。式中:Q4为开启压力时的溢流量;ρ为油液的密度;v为油液的运动黏度;d4为阻尼孔的直径;l4为阻尼孔的长度;α4为阻尼孔的面积, Px0和Py0为阻尼孔前、后腔的压力。

4) 导阀阀口节流方程。导阀阀口节流方程可表示为 。式中:Q4为导阀阀口溢流量;C2为导阀阀口的流量系数;Dd为导阀座的平均直径, Dd=D7-D5;α5为导阀半锥角;h5为导阀开口量;px0为导阀前腔的压力。

5) 导阀受力平衡方程。可将导阀受力平衡方程式表示为Kf6 (xf6+h5) =Px0A3X+AdPγ0-Fx5。式中:Kf为导阀的刚度;xf6为导阀弹簧预压缩量;A3X为螺杆在前腔的面积;Ad为导阀座的过流面积, Ad=π/[4 (D27-D25) ];Fx5为导阀上的稳态液动力。同时为了确保先导式溢流阀的启闭性能, 需要符合公式, 才能使先导式溢流阀拥有良好的起闭特点, 才能充分发挥其优势。

4 先导式溢流阀的动态特性分析

以先导式溢流阀的结构原理为依据, 先导式溢流阀的动态特性主要体现在常用压力和时间两方面的内容, 也就是溢流阀在压力瞬时突变的过程中所展现出的一种性能。其中, 主要包括响应的时间、升压的时间等多个方面。因此, 先导式溢流阀的动态特性的好坏直接决定了溢流阀的性能。如图2所示, 它就是从相应的软件库中选择适宜的元件, 实现先导式溢流阀模型的搭建。

由于先导阀芯受力主要作用其液压力、黏性摩擦力、瞬态液动力等多个力方面, 因此, 可将其受力平衡的方程列为 。式中:P1为先导阀的进口压力;A3为先导阀的阀芯面积;m1.为质量;fx为阻尼系数;K1为调压弹簧刚度;X0为弹簧预压缩量;Kx为稳态液动力等效当量弹簧刚度;KLx为瞬态液动力黏性阻尼系数。

4.1 先导式溢流阀中阻尼孔直径的影响

图3为先导式溢流阀中不同阻尼孔的动态特性曲线。

从图3可以看出, 阻尼孔的直径分别为0.4 mm、0.6 mm、0.8 mm, 而仿真时间为0.1 s时, 所显示的先导式溢流阀的动态特性。当阻尼孔直径为0.4 mm时, 主阀压力回升的时间最长, 而压力超调量则较小。而当阻尼孔直径为0.6 mm时, 压力回升的时间为0.04 s;而当阻尼孔直径为0.8 mm时, 压力超调量29%, 压力回升时间为0.03 s。由此可见, 不同阻尼孔直径大小直接影响了先导式溢流阀的动态特性。

4.2 先导式溢流阀中导阀入口容积的影响

导阀阀座孔的直径一旦受到改变, 则很容易使导阀入口容积也就随之发生变化。所以, 分别选取导阀阀座孔为3 mm、4 mm、5 mm的直径, 用来研究导阀口对主阀进口压力和导阀进口流量的影响。详情见图4。从图4中可以看出, 导阀容积对主阀进口的压力影响不明显, 但对导阀入口流量有很大影响, 几乎成正比关系。

5 结语

综上所述, 先导式溢流阀在液压系统中扮演着重要角色, 同时对于液压系统具有一定的保护作用。因此, 本文分析先导式溢流阀的动态特性和静态特性具有重要的实际意义。从文中可以发现, 先导式溢流阀的动态特性不仅对于阻尼孔直径有着较大影响, 还对导阀入口的流量具有较大影响, 尤其是对于阀芯的质量有着深远影响。总之, 只有详细了解并掌握先导式溢流阀的动静态特性, 才能采取有效措施, 不断优化液压元件的性能, 为先导式溢流阀的质量要求提供强而有力的参考依据, 同时还能有效确保溢流阀的安全可靠性, 从而满足更多工业制造领域的需求, 尤其是电子制造业和机电专业等, 从而推动科技的发展, 促进社会经济的快速发展。

参考文献

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[3]郑淑娟, 陶涛.先导式溢流阀的动态特性研究[J].煤矿机械, 2012 (2) :51-52.

动静态分析 篇6

传统的认知无线电技术大多数是针对同种频段情况下的频谱共享,对不同频段下的授权频段与非授权频段的联合接入的研究还比较少。为了能够满足用户低时延、大带宽、大数据服务范围的服务需求,未来网络一定是能够实现多种不同频段接入网络的集成与融合。由于用户对动态频谱的使用与静态频谱的使用存在一定的差异,因此,对动静态频谱资源相结合的接入策略和接纳控制机制研究具有重要的意义。

1 研究现状

动态频谱接入是动静态频谱资源相结合的基础。但是,针对频谱接入方面的研究更多侧重于动态频谱接入策略方面的研究;或者是针对同一种频段的认知用户的行为进行研究,对于动静态频谱联合接入的研究相对较少。

文献[1]针对动态频谱接入中认知用户业务需求的不同,将认知用户划分为不同优先级:高优先级和低优先级。文献[2]提出了一种联合信道聚合分裂算法,为动态频谱接入设计了一种排队模型。文献[3]中针对频谱稀缺和频谱共享问题,提出了一种基于对等协作的动态频谱共享算法。文献[4]建立了一个多优先级多用户接入体系结构,为提高有限信道的利用率,在用户接入时间方面设置了相应的非抢占优先级。文献[5]对动态接入下,主用户和次用户都使用IEEE 802.11共享频段时的接入性能进行了分析。文献[6]中,对用户用电进行接纳控制,保证了用户的用电质量,实现了供需平衡。文献[7]研究了动态频谱接入问题,在次用户不知道主用户通信特征的情况下对主用户进行干扰避免,文中设计了一种动态频谱接入协议,研究了未知主用户特征下对主用户的干扰。文献[8]针对动态频谱接入过程中可用信道的选择进行了研究。借鉴智能控制中的Q-learning理论,将Q-learning理论引入到动态频谱信道选择的过程中,建立认知用户的信道选择模型,提出了一种基于Q-learning的信道选择算法。在LTE-UMTS网络中,文献[9]提出了一种自适应的接纳控制模型,它可以在LTE和UMTS的网络接口间起到平衡负载的作用。为了减轻下行跨层干扰,文献[10]中提出了一种FFR方案,降低了系统的阻塞率。

2 动静态频谱接入模型

2.1 接入策略

本文考虑两个不同的频谱网络:网络A和网络B,他们各自的授权用户占用不同频段的频谱。其中,A频谱网络中的授权用户用UA表示,B频谱网络中的授权用户用UB表示。当用户请求到达时,优先接入自身的授权网络,利用静态频谱。两种频谱网络中的用户都具有认知功能,在自身网络没有可用信道情况下可以动态地感知对方频谱的空洞,利用其频谱空洞进行动态频谱接入。网络A和B的可用带宽用信道个数表示,为了便于分析,假设UA与UB在进行通信时占用的带宽相同。相对于次用户,授权用户对自身网络的带宽有绝对的优先使用权。动静态频谱联合接入过程中的UA、UB均以非随机的方式接入网络,A、B两种频谱网络的联合接入过程如下:

1)如果静态频谱能够满足用户的请求,那么授权用户将以非随机的方式由低频段到高频段接入到静态频谱。

2)如果A网络中信道全部被授权用户UA占用,并且B网络中有空闲信道可以使用,那么用户UA呼叫请求由B频谱的高频段到低频段动态接入到B网络。同理,B网络的授权用户UB的接入过程也类似。

3)当有处于A网络的UA完成呼叫请求时,用户UA会释放占用的信道,此时A网络中将有空闲信道可以使用;与此同时,如果B网络存在认知用户UA,那么UA将发生频谱切换,切换到自身的授权频段,切换的顺序由低频段到高频段。

4)如果A网络中的信道全部被授权用户UA占用,B网络中没有空闲信道可以使用,且UA占用了B网络的信道进行通信。此时若有用户UB呼叫请求到达,那么UA必须终止正在进行的通信,释放该信道,产生掉话。同理,用户UB发生掉话的情况与UA类似。

5)当A网络中信道全部被用户UA占用,且B网络中也检测不到空闲信道可以使用,那么此时用户UA将发生呼叫阻塞。同理,用户UB发生阻塞的情况与UA类似。

2.2 接入模型

假设UA的呼叫请求到达率服从参数为λA的泊松分布,服务时间服从参数为μA的负指数分布;UB的呼叫请求到达率服从参数为λB的泊松分布,服务时间服从参数为UB的负指数分布。假设A网络中可用信道总数为m个,B网络中可用信道总数为n个。用整数对(i,j)表示系统中用户UA,UB的数量;p(i,j)表示系统中UA,UB的数量分别为i个和j个的状态概率。其中状态空间(i,j)满足下式

A网络中m个可用信道,B网络中n个可用信道的动静态频谱联合接入的Markov转移模型如图1所示。

图1中两条虚线包裹的正方形区域表示系统用户静态接入的部分。此时,不管是用户UA还是UB,都能接入到自身的网络。虚线包裹的右三角形区域表示网络A的频谱已被UA用户占用完,剩下的部分UA用户还动态占用了B网络的频谱。倘若此时有UA用户从A网络中离开,那么动态占用B网络的UA将立刻切换到该静态信道,这个过程同样是以非随机的方式进行的。同理,虚线包裹的下三角形区域对于UB同样如此。

图1中,斜虚线的上半部分,状态集i+j=m+n。对于UA来说,表明系统已经没有信道可用;所以,新来的UA将被拒绝,发生阻塞,阻塞率用pblock,A表示。对于新来的UB用户,用户UA将会发生强制中断,强制中断概率用pforced,A表示,因为在B频谱中,UA的优先级要低于UB。同理,图1斜虚线的下半部分,状态集i+j=m+n。对于UB来说,表明系统已经没有信道可用;所以,新来的UB将被拒绝,发生阻塞,阻塞率用pblock,B表示。新来的UA用户,将会迫使UB用户发生强制中断,中断率用pforced,B表示。

3 接纳控制机制

为改善用户UA和UB的接入性能,本文设计了一种基于动静态频谱联合的接纳控制方案。动静态频谱联合接入过程中用户的性能参数主要体现在阻塞率和强制中断概率,此方案主要是针对能对这两个参数进行研究的。为了确保接纳控制的有效性,对影响用户的性能参数(阻塞率和强制中断概率)进行了综合的考虑。本文为用户UA和UB定义了联合接纳控制因子βA和βB,其线性表达式如

βA(βB)为UA(UB)的联合接纳控制因子,代表用户的Qo S要求;pblock,A(pblock,B)和pforced,A(pforced,B)分别为用户UA动静态联合接入的阻塞率和强制中断概率,τA(τB)和1-τA(1-τB)分别为用户UA(UB)的阻塞率和强制中断概率的加权系数,其中0≤τA(τB)≤1。不同的业务请求类型对阻塞率与强制中断概率的要求不一样,可以通过调整τA的取值来控制联合接纳控制因子的值。

在定义联合接纳控制因子的基础之上,本文设计的接纳控制方案的主要思想是:假设系统接纳了新的用户呼叫请求后,获得系统相关运行性能参数(阻塞率、强制中断概率以及联合接纳控制因子)。具体的做法是:根据第2章中动静态频谱相结合的Markov转移模型得到用户UA和UB的阻塞率与强制中断概率,根据式(2)、式(3)分别计算出接纳控制因子,再计算出M/M/m即时拒绝系统的系统负载η,最后得到关于系统负载η、用户的阻塞率、强制中断概率以及联合接纳控制因子的接纳控制性能表。由于不同的业务对服务质量有着不同的需求,用户UA和UB可以根据自身的服务质量需求选取合适的联合接纳控制因子β的门限值βthreshold,然后依据接纳控制性能关系表查找到βthreshold对应的系统负载η的门限值ηthreshold。用系统负载门限值ηthreshold来控制用户UA和UB的接入量,从而改善用户UA和UB的接入性能。ηthreshold也就是用户所能忍受的最坏的Qo S,通过采用接纳控制算法,只要用户的接纳控制因子能够有一定的改善,不至于很差即可,具体的接纳控制过程如下。

对于UA来说,系统根据业务的需求设定联合接纳控制因子的门限值βthreshold,A,然后在接纳控制性能关系表中找到βthreshold,A对应的系统负载的门限值ηthreshold,A。当ηA<ηthreshold,A时,表明系统的资源能够满足用户的服务需求,不需要启动接纳控制算法,此时允许UA进入系统进行服务,不需要对其进行接纳控制。当ηA>ηthreshold,A时,说明如果假设用户UA接入系统后,对应的联合接纳控制因子βA已经超过了其门限值βthreshold,A。此时系统已经不能很好地满足用户的服务要求了,需要对用户的服务请求进行接纳控制,限制用户UA接入量,从而使其阻塞率、强制中断概率得到一定地改善。具体地控制方法是,当系统负载η>ηthreshold,A时,以概率pallow,A控制用户UA进入接入系统,pallow,A的定义如下

当ηA>ηthreshold,A时,接入概率pallow,A<1,随着ηA的增大,对应的pallow,A值越小。系统负载越大,UA可用的资源也就越少,那么UA就以越小的概率pallow,A接入到系统;这也就从一定程度上控制了UA的接入量,达到了本文接纳控制的目的。那么,与UA相关的阻塞率、强制中断概率以及联合接纳控制因子都会有一定的改善。UB同样如此。

4 接纳控制仿真分析

采用联合接纳控制方案之后,主要从阻塞率、强制中断概率和联合接纳控制因子来考虑用户的接入性能是否得到改变。仿真中设置初始值A、B两个网络的可用信道数m=5,n=3;到达率λA=0.3,λB=0.2;服务率μA=0.3,μB=0.2;τA=τB=0.5。排队系统M/M/m的系统负载η亦即窗口占用率是k/m

式中:。则动静态频谱联合接入系统的到达率λ=λA+λB,服务率μ=μA+μB。

4.1 接纳控制前后对比分析

图2中的三角曲线表示的是接纳控制前用户阻塞率的变化情况,圆圈曲线表示的是接纳控制后的用户阻塞率的变化情况。两条曲线重合部分为未启动接纳控制算法,不重合的分割点表示启动接纳控制算法的起始点。可以看出在没有启动接纳控制的时候,随着系统负载的增大,阻塞率几乎呈现一直加剧的状态;在启动接纳控制算法之后,用户的阻塞率较没有控制之前有了一定的降低,而且随着系统负载的增大,阻塞率增大到一定程度是就维持在一个相对稳定的状态,这也表明了本文接纳控制方案的有效性。

图3中的三角曲线表示控制前的强制中断概率的变化情况,圆圈曲线表示接纳控制后强制中断概率的变化情况。同理,可以明显的看出,当η大于某个值时,也就是启动接纳控制算法之后,圆圈曲线较三角曲线有明显的下降,即改善了用户的接入性能。因为强制中断概率只存在于动态频谱接入的情况下,所以当系统负载η小于该值时,用户主要以静态频谱接入为主,强制中断概率基本上为零。当η大于该值时,用户将要使用动态频谱资源,因为UA/UB的优先级低于授权用户。当有授权用户出现时,UA/UB就可能被强制中断,所以随着系统负载的增加,强制中断概率也就随之增大。

从图4可以看出,当系统负载小于某个值时,系统没有启动接纳控制算法,两条线是重合的;当大于该值时,系统启动了接纳控制算法,用户的联合接纳控制因子有了一定的下降。进一步说明,在综合考虑用户的接入性能参数的情况下,本文提出的接纳控制方案的有效性。

4.2 与CAEC[11]接纳控制方案对比分析

本文中,所提出的接纳控制方案最主要目的是提高系统的吞吐量,这也是衡量接纳控制方案的一个重要指标,下面将对此参数进行对比分析。在文献[11]中,作者提出了一种接纳控制———CAEC(eviction control of secondary users)。在CAEC方案中,重点考虑时延这一影响参数,对用户的强制中断条件进行相关的研究。当主用户信道到来时,其信道若被此用户占用,此时并不是马上将此用户强制中断,而是有条件地进行中断控制。本文所提出的接纳控制方案(重点考虑阻塞率和强制中断概率,把本文方案称作BF方案)和CAEC方案在系统吞吐量方面的对比如图5所示。

图5表示BF接纳控制方案和CAEC接纳控制方案下λA=0.3,λB=0.2时网络A、B的吞吐量随到达率的变化情况。从图中可以看出,在用户到达率比较小时,二者的用户吞吐量差别不大,这是因为在用户比较少的时候,自身的授权信道能够满足用户自身的需求。随着用户到达率的增加,BF接纳控制方案的吞吐量要明显高于和CAEC接纳控制方案的吞吐量。这是因为CAEC方案更关注用户的时延,而BF方案综合考虑了系统的阻塞率和中断概率,保证了网络的高效利用,进而增加网络的吞吐量。

5 小结

接纳控制机制是在动静态频谱相结合的接入模型基础之上提出的,是一种基于系统负载的接纳控制算法。该算法先假设系统接纳新的呼叫,然后分析出整个网络的性能参数,建立用户动静态频谱接入性能表。根据用户业务需求的不同,系统设定启动接纳控制算法的联合接纳控制因子的门限值,在动静态频谱接入性能表中找到其对应的系统负载的门限值。启动接纳控制算法后,系统则以概率来接纳新的呼叫请求。通过仿真表明,用户和在使用了接纳控制算法之后,其阻塞率、强制中断概率和联合接纳控制因子都得到了一定的改善,证明了本文所提出的接纳控制方案的有效性。当网络负载比较大的时候,如果不对新的呼叫请求进行接纳控制,即使用户进入系统也不会得到满意的通信体验,同时也增加了系统的开销,所以引入接纳控制算法是非常有意义的。

摘要：在不同频段频谱共存的情况下,针对动静态频谱资源相结合的接入策略和接纳控制机制进行了研究。提出了一种支持动静态频谱资源相结合的非随机接入机制,利用排队论建立了相应的马尔可夫转移模型,定义了联合接纳控制因子,根据用户的需求不同设定了不同的控制因子门限值。启动接纳控制算法,以相应的概率来接纳新的呼叫请求。仿真结果表明,启动接纳控制算法后,用户的阻塞率、强制中断概率、联合接纳控制因子都得到了一定的改善。

关键词：动静态频谱,排队论,马尔科夫转移模型,接入策略,控制因子,接纳控制

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动静态分析 篇7

宝钢生产的B410LA冷轧高强度钢板,是通过在低碳钢中添加少量的铌或钛等合金元素,使其与碳、氮等元素形成碳化物、氮化物并在铁素体基体上析出,从而提高钢的强度。该钢种在汽车车身上有着广泛的应用。对于一些常用的钢材已经有学者对其动静态力学性能进行过研究[1,2],本文通过对该牌号的钢板进行准静态和动态拉伸实验得到其主要的力学性能参数,并采用幂指强化模型来描述该材料的本构关系,通过拟合得到模型中的材料常数。

2 准静态拉伸实验及本构关系拟合

试样的准静态拉伸实验所采用的应变率为0.001/s,实验设备为CMT5305微机控制电子万能材料试验机。按照《金属拉伸试验方法》GB228-87和《金属拉伸试验试样》GB6397-86中短比例试样的标准,制备了两个试样。图1中的实线为拉伸实验得到的应力—应变曲线,从图中可知两个试样的屈服强度分别为478.7MPa和501.64MPa,抗拉强度分别为720MPa和779.37MPa。应力—应变曲线上有明显的屈服平台,两次实验结果吻合良好。

幂指强化本构模型的表达式为[3]:

式中:A、B和n——三个待定系数;

σ——等效应力;

ε——等效塑性应变。

通过曲线拟合得到:A=294MPa,B=724MPa,n=0.2968。因此,材料的本构关系为:

采用此模型得到的应力-应变关系曲线如图1中的虚线所示。从图中可以看出拟合效果良好,证明该模型可以较好的表达B410LA的应力—应变关系。

3 动态拉伸实验

3.1 动态拉伸实验装置与试样

本试验采用的由湖南大学土木学院自主研发的直接拉伸Hopkinson拉杆,如图2所示。实验中采用的套筒子弹直接打击入射杆端面产生拉伸入射应力波,不同于常用的反射式拉伸。由于该方法加载的入射波为直接拉伸波,加载波长及幅值相对容易控制。在加载波长及幅值较大的情况下,可以直接将钣金试样拉断,从而使得测量得到的动态应力—应变曲线更完整,也能得到试样的动态最大拉伸强度。实验装置的主要尺寸为:拉杆直径为16mm,系统采用两根2m长的拉杆拼接成一根4m长的入射杆,透射杆长为1.5m,加载的套筒子弹内径16mm,外径37mm,长200mm。在离入射杆装试样端面约1.7m处串联对称贴2片应变片,放大采用桥式超动态应变仪(动态频响1MHz),数据采集采用Tek4034示波器,采样率设定为5M/s。

试样的尺寸及动态拉伸后的试样照片如图3所示,采用如图4所示的夹具进行夹持和锁紧。

3.2 实验结果及讨论

采用如上所述的动态拉伸实验方案进行了两次拉伸实验,得到的应力—应变曲线如图5所示,应变率分别为996/s和1005/s,动态拉伸强度分别为888MPa和900MPa,两次实验结果吻合良好。与准静态拉伸实验得到的抗拉强度相比,动态拉伸的抗拉强度提高了19.5%,这说明材料的强度随着应变率的增加而提高。同时,从动态拉伸应力—应变曲线可看出:在动态拉伸过程中不存在明显的屈服平台,材料的弹性变形向塑性变形的过渡平滑。

4 结论

通过准静态拉伸和动态拉伸实验得到了B410LA材料的静态和动态应力—应变曲线,采用幂指强化模型并进行曲线拟合得到B410LA的本构关系表达式。通过对静态和动态拉伸实验结果的比较可知:B410LA材料的强度随着应变率的增加而提高,动态拉伸应力-应变曲线不存在明显的屈服平台。

摘要：B410LA是汽车车身中常用的一种高强度钢板,通过准静态和动态拉伸实验,得到了B410LA在不同应变率下的应力-应变曲线。实验结果说明B410LA材料的强度随着应变率的增加而提高。通过对应力-应变曲线拟合得到了B410LA的本构关系,为有限元模拟提供了可靠的材料参数。

关键词：材料实验,拉伸,钢板,汽车,B410LA

参考文献

[1]胡昌明,贺红亮,胡时胜.45号钢的动态力学性能研究.爆炸与冲击,2003,23(2):189-194.

[2]范志强,高德平,覃志贤,等.20号钢的冲击拉伸力学性能试验研究.燃气涡轮试验与研究,2006,19(2):35-39.

动静态分析 篇8

关键词：有限元分析,机床,结构优化

1 引言

优化设计是一门新兴的科学, 它是根据设计要求, 合理选择方案, 确定各种参数, 以期达到最佳的设计目标, 如重量轻、材料省、成本低、性能好、承载能力高等。结构优化设计包括结构参数优化设计、拓扑优化设计和几何优化设计[1]。对于机床床身这样复杂的机械结构系统, 用参数优化设计自动地进行结构优化设计通常是非常困难的。

机床结构动静态性能的优化设计, 就是在结构质量一定的条件下, 使所设计的机床具有更好的动静态性能, 或在保证机床具有一定动静态性能的条件下, 使所设计的结构质量最小。本文对机床床身部件的动静态性能优化采用结构动力修改的办法, 进行结构的优选。

2 床身部件的静力学分析

2.1 床身部件有限元静力学模型

利用SolidWorks建立的床身虚拟模型在建立有限元分析前, 必须对结构特性做出工程技术判断。因为复杂结构的有限元模型涉及重要的工程技术与计算机资源, 建立有限元模型可以在不影响全局的情况下对模型进行适当简化。简化过程中, 可以把床身部件中不影响整体力学性能的小零部件去掉。同时, 对床身和工作台的结构也做一些合理简化, 去掉不影响刚度的小倒角、小圆弧、小凸台等结构。在结合面的处理上, 由于三段床身和两段工作台之间都是通过多个螺栓和定位销固定的, 结合面可以定为刚性联结, 导轨和滑块之间接触类型定义为无穿透, 并设定摩擦系数0.02。根据床身、工作台和导轨的不同的材料分别定义材料, 材料的定义情况如表1所示。

选取实体网格对床身部件划分网格。精度是模型设计的关键, 并且与设计经验有关。一般来说, 增加单元数可提高精度。对复杂的零件应力集中部位, 可以通过局部细划网格来实现精度要求。本文分析的加工中心床身部件, 由于在最为重要的加工阶段, 工件和工作台位于床身中段上方, 所以床身中段和工作台的刚度特性加工精度的保证最为重要, 为了得到精确的分析结果, 利用COSMOSWorks的网格局部加密技术, 对床身中段和工作台的网格局部加密, 其他零部件的网格划分则可以粗糙一些。床身部件共划分为129299个实体单元。床身部件的有限元模型和网格划分情况如图1所示。

这里静力学分析的工作状况为最为重要的加工阶段, 即铣削555mm×1000mm×2000mm、重10t的45钢工件的工作状况。按照前面计算的结果加载, 用COSMOSWorks的远程载荷加载, 可以很方便地把切削力加载到工件与工作台的接触面上, 无需复杂的力学计算[4]。床身底面地脚螺钉固定面设为固定约束。床身部件的约束和载荷情况如图2所示。

2.2 静力分析的结果

对该工作状况下的有限元模型进行求解, 得到床身部件的位移云图如图3, 应力云图如图4。各方向的最大位移和最大应力如表2所示, 可以看出, 工作台上工件安装部位变形最大, 安装部位下方床身及工作台内部筋板应力较集中, 是由于工件的重量和切削力传递到该面导致。应力和变形主要集中在Y方向, 而其他方向变形很小, 说明工件和部件自身的重力对变形影响最大, 合位移最大22.09μm, 合应力最大8.902MPa, 变形的形状为工作台向下塌陷, 床身中段弯曲。分析结果表明, 在工作状态下, 工件正下方工作台和床身Y方向存在比较大的弯曲变形, 可能对加工精度产生较大的影响。本床身设计方案无法满足加工中心对床身部件的静态刚度要求, 应该设法进一步提高床身部件的静刚度。

3 床身部件的动力学模态分析

采用和静力学分析相同的有限元模型, 可以求出床身部件约束模态的固有频率。第一阶至第四阶固有频率如表3所示, 经夸张放大的各阶模态主振型如图3 (a) ～ (d) 所示。

从以上分析结果可以看出, 床身部件的前两阶频率比较低, 有床身和工作台的左右摆动, 对加工精度可能产生一定的影响, 应该尽量避免。总体来说, 床身部件有较好的动力学性能, 能够满足设计要求。

在一般情况下, 部件工作时作用力传递回路内的各个零件, 相当于由串联与并联组成的弹簧系统。载荷作用下系统的总柔度等于各弹簧柔度代数和:

其中Kmin为部件最小刚度, Kimin为第i个零件的最小刚度。

上式表示第一和第二个零件是并联, 第三和第四个零件是串联。从上式可知, 部件的总柔度比部件柔度最大的零件要大, 即系统的总刚度比系统刚度最小的零件要小。由以上分析可知, 要提高床身部件的刚度, 可以从床身部件各零件入手, 下面分析床身部件主要大件的前四果如表4所示。

从各大件的前四阶固有频率来看, 由于设计铸件前经过了变量化的元结构模态分析, 各大件的动力学性能相当, 无明显的薄弱环节。工作台的固有频率相对低一些, 如要提高部件的固有频率, 可从提高工作台的固有频率入手。

4 床身部件的结构优化

4.1 结构优化设计

从床身部件的动静态有限元分析的结果来看, 床身部件的动态性能较好而静态性能较差。结构优化的目标是在有限增加部件总质量以及不降低部件动态性能的条件下, 增加部件的静刚度[7]。

从部件的工作状态来看, 工件及工作台在床身前后两段及床身中段的一部分上运行时, 加工中心的工作状态为空载阶段。此时, 即使部件存在一定的静变形, 也不会对加工精度产生太多的影响。而加工中心处于加工阶段的时候, 工件及工作台在床身中段上方运行, 为了提高部件在工作状态下的静刚度, 可以对床身中段的局部筋板进一步加密, 这样可以在有限增加总质量的情况下提高部件工作状态下的静态刚度, 局部加密的床身中段筋板布置情况如图4所示。

此外, 根据上面的分析可知, 工作台的刚度同样对加工精度影响较大, 适当加厚工作台的筋板厚度, 可以提高其刚度。这里, 把工作台横向筋板厚度由25mm加厚到30mm, 如图5所示。

为了更有效地避免应力集中, 所有大件的内部筋板应加大。这里把所有大件的内部筋板的过渡圆角半径由15mm调整到20mm。

4.2 结构优化后床身部件的性能分析

建立优化后的床身部件有限元模型, 在与之前的分析相同的条件下对优化后的床身部件进行有限元静力学分析, 得到的结果如表5所示, 部件的位移云图如图6所示。

从以上结果与原设计比较我们可以看出, 结构优化后床身部件各方向的刚度均有不同程度的提高, 特别是变形最为严重的Y方向提高最为明显, 比原设计提高了39.7%, 总位移比原设计降低了39.8%。结构优化后, 部件的静态性能有了显著的改善。

对优化后的床身部件进行有限元动力学模态分析, 得到部件的前四阶固有频率和主振形。主振形和优化前相同, 前四阶固有频率如表6所示。

从结果可以看出, 床身部件的前四阶固有频率有了不同程度的提高, 幅度从3.2%～6.3%不等, 这是由于部件中动态性能最差的大件工作台的刚度有了提高, 从而提高了整个部件的动态性能。对于大型而复杂的机械系统而言, 上述动态特性改观已经比较可观了。

5 结语

动静态分析 篇9

关键词：SQL,动静态数据库,运行,维护

1. 引言

数据库是可以为了统一的目的将一些相互之间有关联的数据和结构有机整理成一个集合, 是计算机的主要部分。SQL Serve语言是一种计算机数据库标准数据查询的常用语言。这种语言具有非常强的统一性、公共性, 可以跨多个存储文件, 应用范围非常广泛。基于SQL的动静态数据库操作较为简单, 运行方便快捷, 已经成为当前计算机数据库的基本形式, 对我国计算机数据库的发展具有非常好的促进效果。

2. 基于SQL的动静态数据库的运行

2.1 基于SQL的动静态数据库运行操作

常见的数据库主要包括动态数据和静态数据两方面。因为动态数据运行维护周期较短, 所以在检索过程中一般使用月检索, 而静态数据恰恰相反, 常使用季检索。基于SQL的动静态数据库的运行操作主要包括:数据的定义、数据的操控、数据的控制、嵌入式SOL语言的使用。

在对基于SQL的动静态数据库运行操作进行研究的过程中, 相关人员要保证及时对系统杀毒软件进行安装、更新, 防止基于SQL的动静态数据库运行出现异常, 保证计算机安全性。计算机是数据库运行的主要媒介, 其安全性直接影响着数据库的运行效果。因此, 对基于SQL的动静态数据库运行中的计算机系统要进行高效防毒查杀, 增强系统可靠性。

除此之外, 相关人员还要在计算机系统及数据库受到危害时及时对系统进行修复。在修复过程中, 操作人员要对系统进行备份, 对可能误删的数据通过一键还原或系统还原。要对注册表进行备份, 防止出现系统运行问题。

2.2 基于SQL的动静态数据库运行要点

2.2.1 游标的使用

在对基于SQL的动静态数据库设计的过程中, 操作人员应不使用游标, 确保增强基于SQL的动静态数据库运行的效果。游标是一种较为简单舒适的编程方式, 但在一定程度上影响数据库的运行性能。这种方式很容易在执行命令的过程中造成每执行一次FETCH就相当于执行一次SELECT命令, 导致执行效率大幅降低。

2.2.2 数据类型的使用

基于SQL的动静态数据库一般尽量减少对text数据类型的使用。Text类型文件查询速度较慢, 占据存储空间较大, 查询效果不尽如人意。Varchar能够有效地对数据进行处理, 而table数据类型可以将在遇到临时列表时选取子查询进行替代。

2.2.3 查询的使用

使用参数查询可以有效增强基于SQL的动静态数据库的查询效果, 加快查询速度, 对查询结果进行分析可以有效降低查询难度。基于SQL的动静态数据库查询完成后, 操作人员可以通过SQL Server对查询和索引对数据库性能的影响进行分析。

3. 基于SQL的动静态数据库的维护

3.1 基于SQL的动静态数据库完整性维护

第一, 要对实现基于SQL的动静态数据库视图进行控制。视图主要指通过select语句从若干数据表中导出的虚拟表, 主要是由视图查询的语言进行确定。在对SQL Server视图进行处理的过程中操作人员首先要对数据库对视图的定义进行全面分析, 将视图查询的语句转化为对基表的查询, 实现对视图查询语句的执行操作。

第二, 要通过约束完成对基于SQL的动静态数据库完整性的维护。常见的约束方式主要包括:unique约束、check约束、foreign key约束。Unique约束主要是对执行列集值的唯一性进行约束, 对两行存在的相同非空值进行制约。Check约束主要是对运行列中的输入布尔搜索条件进行约束, 实现对非true值的拒绝。而foreign key约束主要是对标志表之间的约束, 因此又被称为主约束。

第三, 要对基于SQL的动静态数据库触发器完整性进行维护。触发器主要是对update、insert、delete等语句在视图中的执行效果进行控制, 实现级联的更新和删除, 对计算机运行效果具有非常密切的关系。常见的触发器主要包括update触发器、insert触发器、delete触发器。

3.2 基于SQL的动静态数据库事务日志维护

当前基于SQL的动静态数据库主要包括数据文件和事务日志文件两大类。事务日志主要是保证基于SQL的动静态数据库安全运行的关键方式, 该部分通过对数据库的操作进行记录, 实现对数据库状态的分析。通过对基于SQL的动静态数据库事务日志维护可以有效对数据库的原有期望状态进行恢复。

在进行数据库事务日志维护的过程中, 操作人员要对事务日志和数据分别进行存储, 对系统输入和输出性能、备份等效果进行加强。要对事务日志文件大小进行合理设置, 方便进行自动拓展, 增强基于SQL的动静态数据库维护效果。对事务日志进行适当缩减, 定时对事务日志进行维护, 加强对事务日志的监控。

3.3 基于SQL的动静态数据库维护教育

基于SQL的动静态数据库维护的教育主要包括对管理人员的教育和用户的教育两方面。在进行基于SQL动静态数据库维护的过程中, 单位企业要加强对数据库管理人员的培养, 确保提高维护知识技能, 从本质上增强维护效果。要对数据库用户的操作水利进行提高, 及时对用户进行基于SQL的动静态数据库教育和宣传, 编制使用手册等。

4. 结语

基于SQL的动静态数据库有效降低了设计处理资源消耗, 提高了系统人员的工作效率, 对我国数据库的发展具有至关重要的作用。在基于SQL的动静态数据库运行的过程中, 操作人员要对动静态数据库、计算机的杀毒、修复进行处理, 掌握技术要点, 从本质上增强运行控制效果。在对基于SQL的动静态数据库完整性维护的过程中操作人员使用SQL Server实现对数据的处理、约束, 保证数据库正常运行。

参考文献