自适应构件（精选三篇）
自适应构件 篇1
随着信息技术的高速发展和网络的全球化普及,现代社会越来越重视信息资源的保护,权限管理已成为各类信息管理系统不可或缺的重要组成部分。然而,对于每开发一个系统时,都需要重复设计与开发权限管理这一必不可少的部分。随着构件化技术的日益成熟,信息管理系统的构件化开发也已成为势不可挡的发展趋势[1]。对于权限管理作为其中重要的一部分,设计并开发一种可复用其具有自适应性的系统级权限构件是非常有必要的。对于权限管理中使用的最重要的访问控制技术,国内外学术界已做了大量的理论研究,提出了多种模型。目前,RBAC(role-based access control)模型是当前使用最流行的方法。它通过将权限控制赋予角色,再将角色赋予用户的方式实现对权限的授予与认证。但在实际应用中,RBAC模型并不能满足复杂情况和灵活多变的需求。因此,本文提出了一种改进的RBAC模型,在对角色授权的基础上加入了对用户的直接授权和可屏蔽部分角色权限。基于此改进模型,设计并实现了一个具有自适应性的系统级权限构件,该构件具有较高的自适应性、通用性、灵活性和可扩展性,可方便的集成到不同的系统中,从而很大程度上提高了系统开发的效率。
2 RBAC模型及改进
2.1 RBAC模型
RBAC[2](role-based access control)即基于角色的访问控制,是于上世纪九十年代初由N I S T组织的Ferraiolo等提出的。RBAC的基本思想[3,4]是把整个访问控制过程分成访问权限与角色相关联,角色再与用户相关联,用角色来充当用户行使权限的中介。一个用户可被赋予多个角色,一个角色也可被赋予给多个用户,用户与角色之间是多对多的关系;一个角色可具有多个权限,一个权限也可被赋予给多个角色,角色与权限之间也是多对多的关系。1996年,乔治麻省大学的Sandhu教授提出了RBAC96模型,它是一个完全体现RBAC思想的4层参考模型,层次依次为R B A C 0、R B A C 1、RBAC2和RBAC3。其中,RBAC0是基本模型,RBAC3是对前三个模型的综合[5]。在RBAC中,包含用户、角色、资源、操作、许可、会话、约束7个基本元素[6,7],RBAC基本模型结构图如图1所示。
2.2 改进的RBAC模型
但在实际应用中,系统中的用户由于工作职责的需要,各自权限可能随之发生变化,且用户由于业务需求的灵活多变,系统功能可能不断增加或更新,权限也会发生相应变化。角色通常随业务和时间而调整,而且多个角色的权限往往互相重叠。若某个用户U由于业务要求只需暂时拥有某个权限P,假如根据角色而增加角色的权限,则必然会使被赋予该角色的所有用户都增加了这项权限P,显然系统安全性得到了破坏;若仅仅为了该用户U的临时需求新增加一个角色R,当撤销该权限P时,还必须删除角色R的定义,不仅操作繁琐,若经常出现此情况的话,角色的数量也会很臃肿。同样,若暂时只让用户U拥有某个角色R的一部分权限,则角色R的部分权限不能授予用户U。此时若新建一个角色R2赋予用户U,也显得繁琐且没有必要。因此有必要改进仅仅通过角色来对权限进行访问控制的RBAC模型,使权限管理更加灵活,更易满足复杂变化情况的需要。
针对这些问题,本文提出了一种改进的R B A C模型,增加了对用户直接的权限授予,既可以将权限授予角色,也可以授予用户。用户可以全部继承角色,也可以根据需求继承部分角色的权限,即屏蔽角色的某些权限。此外,对于用户与角色的约束关系,提供了根据角色优先级的解决方法。改进的RBAC模型如图2所示。
其中,约束是指用户与角色之间建立的约束关系,例如角色A不允许访问权限P,而角色B允许访问权限P,则A和B是两个具有互斥关系的角色。在传统RBAC模型中,A和B是不允许被授予同一个用户的。为了解决具有互斥关系的两个角色不能同时赋予同一个用户的问题,提出了在对用户分配角色的同时,定义角色的优先级,若角色间存在互斥关系,则根据优先级高的来决定是允许还是不允许,其余不互斥的权限根据并集来提供其权限集合。对于用户直接授权,用户可根据实际的需求,临时增加一些权限,也可屏蔽其被分配角色的某些权限。在不需要时,只需在用户授权界面中取消对应的不继承角色权限的选项,即可恢复用户原有的权限分配,不仅不用造成角色的频繁增加、修改、删除,降低了系统角色的冗余度,在实际应中中而且大大提高权限管理的灵活性、可维护性、适应性和通用性。
3 基于改进RBAC模型的自适应权限构件的设计
3.1 自适应构件的总体设计
软件行业如何走向工业化一直是众多专家学者研究的问题,而软件复用被广泛认为是解决这一问题的关键,由此构件也应运而生[8]。构件就是在开发其他系统时可直接复用的模块[9],本文设计了一个具有自适应性的权限构件,可以提高软件开发的效率。在开发设计此构件时,也采用了一定构件技术的思想,可使开发速度提高,开发出的权限构件具有自适应性。根据开发的权限子系统级构件需要有自适应性和层次及功能性,采用一种类似于层次化多级正交软件体系结构[10]。这种结构的思想是把应用系统的结构按功能的正交相关性垂直分割成多个线索,每个线索又分割成几个层次,每个线索由多个具有不同层次功能和抽象水平的原子构件构成,正交性要求线索间和层次间是相互独立不存在任何调用。线索在本文里指的就是待开发的权限子系统级构件。由于完全正交结构不能很好的适应开发,因此本设计放宽了对结构正交性的要求,允许在线索和层次间有适当的相互调用。将权限构件的开发从横向上分为表示层、控制层、业务逻辑层、数据访问层四个层次;纵向(线索)上分为机构管理、人员管理、模块管理、角色管理、用户管理五个模块(子线索)。将每个子线索再分割成更小的功能模块,各个功能模块由各层次的不同功能的原子构件组装而成。权限构件开发结构模型如图3所示。
3.2 权限构件的数据库设计
在自适应权限构件设计中,数据库中表的设计起着举足轻重的作用。根据本文提出的改进RBAC模型,在数据库表中共设计了七个实体:机构表、人员表、模块表、角色表、用户表、用户角色表、权限表。
机构表:采用的是一种树形结构,即允许父机构下面有若干子机构。它是人员表的外键,可明确表明企业人员隶属于哪个机构,便于管理。
人员表:即记录企业的人员信息。为了保证系统的安全性,要求使用的用户是企业的所属人员。因此人员表的主键是用户表的外键,保证每个用户必须是企业的员工。
模块表:模块就是RBAC模型中所谓的资源。它也采用树形结构,即允许父模块下面有子模块。通过定义模块(资源),方便对资源的管理与操作。
角色表:是传统RBAC模型中根据业务要求和管理要求设置的客观实体,用于记录角色的定义。
用户表:用于存储对系统进行操作访问和管理的用户记录。
用户角色表:通过此表建立角色与用户之间的联系。一个用户可以拥有多个角色,一个角色又可以被分配给多个用户。并根据改进的RBAC模型中约束的改进,增加了一个表示优先级的字段,用于解决具有互斥关系的两个角色不能同时赋予同一个用户的问题。
权限表:权限表的设计是整个权限构件数据库的设计核心。它将角色、用户、资源和对资源的操作有机的联系在一起,并为权限的授权与认证提供了存储和实现的机制。根据改进的RBAC模型,需要有主体类型、主体标识、资源标识、授权状态、继承状态五个关键字段。主体类型分为角色和用户两种,通过主体类型、主体标识、资源标识就可唯一确定一个权限。授权状态采用整型类型,用其后四位表示对资源的增加、读取、修改、删除四种操作,还可根据具体的需要,进行对资源操作的进一步扩展,增强了可扩展性和适应性。继承状态用0表示用户不继承其分配的角色权限,即屏蔽角色拥有的部分权限,1表示用户的权限继承自其被分配的角色权限。
3.3 基于改进RBAC模型的关键模块设计
在权限管理设计中最关键的两部分就是授权与认证。授权模块中,基于改进的RBAC模型思想,在权限表中根据主体类型(角色或用户)、主体标识和资源标识(模块)获取一条唯一的权限实例,若存在这条实例则更新这条实例的授权;若不存在,则创建这条实例,并设置这条实例的授权。
认证模块中,根据改进的RBAC模型思想,在用户登录系统时不仅完成用户身份的确认,还根据登录用户信息,按角色优先级从低到高查找授予用户拥有的角色的所有权限列表。再查找直接授予用户的权限列表,即所有不继承的权限,将这些授权依次合并,其中优先级高的授权将覆盖优先级低的授权。这样可以得到用户的授权资源(模块)列表,删除那些没有读取权限的授权,得到最终的资源(模块)列表,以导航菜单的形式返回到页面上。导航菜单就是根据用户具有的访问权限,动态生成的在系统首页具有导航作用的功能菜单(功能模块),菜单中的每个节点对应着可读的功能模块。当用户通过节点链接来访问对应功能模块的具体数据和操作时,权限管理会对用户的权限进行即时认证,其即时认证过程的设计方法如下:首先根据用户标识和资源标识查找权限实例,若有该权限实例,则判断权限授权情况,若有确定授权则返回授权情况;若查找不到权限实例或判断的权限情况是不确定授权(即根据角色取得权限),则查找用户拥有的角色列表,按角色优先级从高到低进行排序,根据角色标识和资源标识查找权限实例,若有该授权则直接返回授权,没有授权则继续查找下一个角色的授权,直至找到为止。
4 基于改进RBAC模型的自适应权限构件的实现
根据以上的设计思想与方法,本文开发出了一个基于改进RBAC模型的自适应权限构件,以实现权限管理在信息管理系统中,作为一个独立灵活的、可复用的具有自适应性的系统级权限构件,从而达到系统级的复用。根据自适应构件的总体设计,采用Java语言中现今比较流行的Spring+Hibernate+Struts三级架构进行编程实现,从而达到可移植、易继承、可扩展的特点。
4.1 权限授权的实现
在权限管理控制的实现中,其核心就是权限的授权与认证的实现,这是权限中需要解决的核心问题。根据改进的RBAC模型的思想,用Java语言描述的授权实现算法如下:
4.2 权限认证的实现
权限认证的实现分为两部分。一部分是在用户登录时,根据用户拥有的权限列表在首页显示对应权限的导航菜单;另一部分是在用户使用过程中进行的对资源操作的即时认证。返回对应权限导航菜单的算法用自然语言描述如下:
(1)定义一临时变量,按优先级从低到高查找用户的角色。
(2)依次循环角色,根据角色获得角色拥有的授权列表,把授权放入(1)中定义的临时变量中。
(3)查找直接授权用户的授权列表,也把这些授权放入(1)中定义的临时变量中,现已获得包括直接授予用户自身以及其包含的角色的所有授权。
(4)如果没有读取权限,则在临时变量中删除这些需要删除的授权;若授权列表是空的,则返回0长度的集合。
(5)返回已获得用户拥有读取权限的授权,即是导航菜单的列表。
用户使用过程中进行的对资源操作的即时认证的算法用自然语言描述如下:
(1)查找直接授予用户的授权,如果是确定的授权,则返回;否则继续查找用户的角色授权。
(2)依照角色优先级依次查找其授权,一旦发现有操作授权即可返回结果,否则返回不可操作。
4.3 权限构件的使用过程
本文所设计并实现的构件主要由机构管理、人员管理、模块管理、角色管理、用户管理五个部分组成。这五部分在实现的的过程中并不是将功能都固化在系统程序中,而是使用户可根据实际需求自定义管理的内容,提供了较大的灵活性和适应性。机构管理、人员管理和模块管理部分,系统管理者可根据实际情况添加、更改、删除相应的管理对象。角色管理中,系统管理员可添加角色,对添加的角色进行权限的授权与回收,可删除角色。用户管理中,为了保证每个用户必须是企业的员工,防止随便添加用户导致安全性出现问题,刚进入用户管理中时,列出的就是企业人员的列表,针对企业现有人员进行添加、修改和删除用户的管理;在用户管理中,给用户进行角色的分配,定义角色优先级;还可直接对用户进行权限分配,屏蔽其拥有角色的部分权限。
在使用此构件的过程中,其基本运作步骤如下:首先将具体的应用系统同该权限构件集成到一起。然后通过机构管理、人员管理、模块管理中的接口把具体应用系统中涉及到的机构、人员和模块(资源)信息添加到对应的数据库中。在角色管理中,根据系统的具体要求自定义所具有的角色,并为定义好的角色进行权限授权。最后在用户管理中,为相关领域的人员进行用户分配,并对分配的用户分配角色或可根据具体需求直接对用户的某些权限进行授权。此构件现已在某项目中得到了成功的应用,实现了系统级权限构件的复用,使构件具有更好的适应性、灵活性和可维护性。在提高开发效率的同时,增强了系统的开放性。在应用中界面如图4所示。
5 结束语
本文通过综合分析权限领域的访问控制知识,在原有RBAC模型的基础上,提出了一种改进的RBAC模型,并给出了该模型模型定义及相关规则。并基于该改进模型,设计并实现了一个具有自适应性的通用权限构件,它能够很好的支持角色访问控制机制和对用户特殊权限的控制,实现了权限构件的系统级复用,为以后的软件开发提高了开发效率的同时,也满足了系统在运行中的复杂情况和灵活多变的需求,即该构件具有自适应性。使得机构、人员、用户、角色和权限条理清晰,大大减轻和降低管理人员的维护负担和开发人员的开发速度。该自适应权限构件的开发是我们研究的初步阶段,如何使开发人员都能以统一的协议标准来开发其他可复用的系统级构件,从而实现真正意义上的软件工业化,仍是接下来我们继续值得研究的问题。
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数据有增加 图表自适应 篇2
如需利用柱形图展示员工的工作业绩，当员工人数增加或减少时，柱形图的个数实现自动进行相应的变化，即增加或减少（图1）。在一般操作中，实例中柱形图的数值系列的数据源是由手动选取的B2：B9，水平（分类）轴标签的数据源也是手动选取的A2：A9，这些数据源都是固定不变的。要想实现上述效果，需要将这两个数据源更改为可变的表达式。
用Excel 2013打开数据表，点击“公式→定义名称”，在弹出窗口的名称处输入“分类轴”，引用位置处输入“=OFFSET（$A$2，，，COUNTA（$A：$A）-1，1）”；以同样的方式再定义一个名称为“数值轴”的名称，引用位置处输入“=OFFSET（$B$2，，，COUNTA（$A：$A）-1，1）”（图2）。
数据源名称定义完成后，就该修改柱形图的两个数据源了。
右击柱形图，选择“选择数据”，在弹出的窗口中点击“图例项（系列）”下的“编辑”按钮，在弹出的窗口系列值处输入“Sheet1！数值轴”（ Sheet1这要根据数据表的名称而定）；点击“水平（分类）轴标签”下的“编辑”按钮，在弹出的窗口中输入“=Sheet1！分类轴”（图3）。
自适应构件 篇3
钢管混凝土结构因具有较高的承载力、良好的塑性和优良的抗震性能,使其在工程实践中得到了广泛应用[1,2,3]。但普通钢管混凝土在浇筑初期,核心混凝土容易发生干缩变形,导致核心混凝土与钢管之间产生缝隙,进而削弱钢管对混凝土的套箍约束作用。随着混凝土技术的发展,自应力混凝土逐渐应用于钢管混凝土中。将自应力混凝土灌入钢管形成钢管自应力混凝土,在改善自应力混凝土脆性的同时可以补偿钢管中混凝土的收缩与徐变,有效减小了钢管和混凝土之间的间隙,提高了钢管对混凝土的约束效果,具有较高的工程实用价值。
钢管自应力混凝土与普通钢管混凝土除力学性能有所区别外,自应力混凝土的配合比和施工与普通混凝土也不同。因此,有必要进一步研究钢管自应力混凝土的力学性能。目前,对钢管自应力混凝土抗弯性能研究主要以试验为主[4,5],理论研究相对较少。本文利用ABAQUS软件对钢管自应力混凝土纯弯构件的受力全过程进行数值模拟,在分析钢管自应力混凝土纯弯构件工作机理的基础上,进一步探讨了钢管与混凝土在外力作用下的应力应变变化,最后分析了自应力对钢管自应力混凝土纯弯构件抗弯力学性能的影响。
1 有限元分析模型
1.1 材料本构关系
钢管自应力混凝土受弯过程中,可将钢材视为理想弹塑性材料,采用Von-Mises屈服准则,流动准则采用相关流动,单轴应力-应变关系曲线采用五阶段模型[6]。
对于核心混凝土材料,由于钢管的约束作用使其不再处于一维受力状态,并且初始自应力对核心混凝土强度有所提高,因此,传统的混凝土一维本构关系不再适用。基于此,对于受压区混凝土,采用文献[1]中的应力-应变关系模型:
对于受拉区混凝土,应该采用式(2)应力-应变关系[7]:
式(1)、式(2)中参数的确定方法参见文献[9]。
1.2 模型建立
建模时,在单元类型的选取上,钢管与钢垫板、核心混凝土应采用不同的单元类型,其中,钢垫板和核心混凝土采用C3D8R单元(八节点减缩积分单元),而出于计算效率的考虑,钢管采用S4R单元(四节点减缩积分单元)。在本构模型的选取上,钢管采用理想弹塑性模型,核心混凝土模型采用CDP(Concrete Damaged Plasticity)模型。钢管和混凝土模型参数取值与相关试验参数一致。
钢管与核心混凝土的接触主要由接触面垂直于法线方向和径向方向的黏结滑移组成[6,10],由于钢管对核心混凝土的约束作用,故分析时采用硬接触模型。在忽略混凝土收缩、徐变等因素的基础上,考虑钢管与混凝土间的剪应力。当剪应力值达到临界值时,钢管与混凝土之间会出现相对滑动,且在整个滑动过程中,剪应力一直维持临界值不变[10]。加载分两步进行,首先提高核心混凝土的相对温度,产生受热膨胀,使其在钢管的约束下产生自应力,自应力值与试验所测值保持一致;然后对构件进行位移加载。图1为自应力值随温度变化趋势图。
1.3 模型验证
为了验证所采用的有限元模型的正确性,本文将有限元计算结果与11组钢管自应力混凝土试验结果[5]进行了对比分析。表1给出了有限元计算结果与试验实测结果的对比情况,由表1可以知道,Mc/Mue平均值为1.032,均方差为0.050,计算值与试验值吻合较好。图2分别给出了部分试件弯矩-挠度曲线的有限元计算结果和试验结果。从图2可以看出,计算曲线与试验曲线在弹性段基本重合,弹塑性阶段和破坏阶段略有差别,二者总体上吻合良好。由表1和图2可知,有限元计算结果与试验结果吻合良好,从而验证了本文模型的正确性。
2 工作机理分析
在有限元计算模型得到试验验证的基础上,本节将对钢管自应力混凝土纯弯构件工作机理进行分析,深入认识构件受力全过程中的弯矩-挠度关系以及钢管和混凝土的应力应变分布规律。典型试件的计算条件为:D=165mm,t=3.5mm,L=1500mm,fy=359.5MPa,fcu=49MPa,自应力为3.03MPa。图3为典型试件的跨中弯矩-挠度全过程关系曲线,从图3中可以看出,钢管自应力混凝土受弯构件受力过程大致可以分为弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和强化阶段三个阶段。为便于分析,在图中选取了3个特征点:A点为受拉区钢管达到比例极限;B点为受拉区钢管最外缘纤维应变达到0.01时的点,该点对应的弯矩为试件的极限承载力;C点为跨中挠度达到L/30对应的点。
(1)弹性阶段(OA段):在受力初期,钢管和混凝土变形均为弹性变形,跨中弯矩-挠度曲线基本呈线性关系,跨中截面挠度增加不大,如图4和图5所示,钢管和核心混凝土拉压区纤维应变均较小,拉区混凝土处于即将开裂状态,钢管与核心混凝土相互作用较小。
(2)弹塑性阶段(AB段):钢管受拉区纵向应力超过其比例极限,可认为构件即进入弹塑性变形阶段,由图4可知,随着荷载的增加,截面有效受压区高度减小,受压区混凝土纵向应力显著增加,塑形特征表现得越来越明显。此时,构件弯矩增长速度明显快于挠度增长速度,钢管与核心混凝土之间的相互作用增强,使得混凝土强度增加,在B点,截面受压区最大纵向应力值超过了混凝土抗压强度,这一阶段,受压区混凝土横向变形增长的速度较受拉区混凝土快,使得钢管与受压区混凝土的相互作用比受拉区混凝土要大。
(3)强化阶段(BC段):试件进入强化阶段后,由图5可知,钢管应力仍能继续增加,在纯弯区段内,钢管应力沿构件长度方向分布比较均匀。构件截面发生内力重分布,塑性特征表现得更为充分,由图4可知,中和轴继续上移,核心混凝土受压区高度进一步减小,C点时受压区混凝土最外缘纤维纵向应变与B点相比迅速增加,此时构件受压区混凝土最大纵向应力达到1.77fcu,然而受拉区附近的混凝土纵向应力却增长较少。这说明在钢管约束作用下,核心混凝土处于显著的三向受力状态。由于这种约束作用的存在,极大地提高了混凝土强度。跨中弯矩-挠度曲线近似呈水平直线,挠度急剧增加,弯矩仍能继续增加但增加缓慢,曲线未见下降段,说明试件具有良好的塑性性能。
3 自应力对纯弯构件力学性能影响
以钢管自应力混凝土纯弯试件为例,分析了初始自应力对钢管自应力混凝土纯弯构件力学性能的影响,试件尺寸与典型试件一致。初始自应力p分别为0MPa、3.03MPa、3.92MPa、4.90MPa、5.88MPa、6.86MPa、7.84MPa,自应力水平(初始自应力与自应力混凝土强度的比值)分别为0、0.06、0.08、0.1、0.12、0.14、0.16。
图6为构件达到承载力时,不同初始自应力构件跨中截面混凝土纵向应力分布图。由图6可知,钢管自应力混凝土纵向应力分布更加均匀,受压区最大纵向应力显著大于普通钢管混凝土,说明自应力的存在能够提高核心混凝土的强度。随着自应力值的提高,核心混凝土的强度逐渐增加。
图7为自应力影响下的跨中弯矩-挠度曲线。由图7可知,初始自应力的存在使得受弯构件弹性工作阶段增加,核心混凝土在受力之前以及受力之中都会受到径向压力的作用,压应力的存在一定程度上延缓了核心混凝土裂缝的开展,使其弹性阶段比普通钢管混凝土略长,同时,初始自应力的存在使得钢管对核心混凝土套箍作用增强,提高了混凝土强度,进而提高了构件的抗弯承载力,从图中可以看出,钢管自应力混凝土的抗弯承载力要高于普通钢管混凝土,与同条件下的普通混凝土相比,初始自应力值从3.03增加7.84时,构件承载力分别增加了1.5%,2.9%、3.5%、3.8%、3.2%、2.5%,当自应力值超过5.88后,提高幅度有所降低。
图8为不同自应力水平下的抗弯承载力对比图,由图8可知,当自应力水平达到0.12时,抗弯承载力最大,当自应力水平超过了0.12后,抗弯承载力不仅没有进一步提高,反而有一定程度的下降。这可能是由于初始自应力过大,在加载前钢管中存在一个初始拉应力的作用,所以在加载过程中钢管会提前进入到屈服阶段,进而钢管对混凝土的约束作用减弱,承载力略有下降。为了同时保证核心混凝土强度的提高和钢管约束能力的减弱,自应力值不宜过大或过小,即存在一个最佳自应力水平。因此,在设计钢管自应力混凝土构件时,要尽量使自应力水平保持在最佳水平附近。
4 结论
(1)采用ABAQUS有限元软件对钢管自应力混凝土纯弯构件的力学性能进行了建模计算,计算结果得到了试验结果的验证。
(2)在分析纯弯状态下钢管自应力混凝土的弯矩-挠度曲线的基础上,进一步探讨了各材料的应力应变分布规律,结果表明,钢管自应力混凝土纯弯构件具有良好的抗弯能力和变形能力。
(3)分析了在初始自应力作用下,钢管自应力混凝土受弯构件力学性能的变化,结果表明,相对于普通钢管混凝土,钢管自应力混凝土受压区最大纵向应力显著增大,弹性工作阶段有所增长,抗弯承载力也有一定程度提高,但是,当自应力水平达到某一最佳水平后,抗弯承载力有一定程度的降低。
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