文学与艺术的碰撞范文第1篇

关键词：铝合金；碰撞横梁；优化设计；挤压；仿真

中图分类号：TG379文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.06.01

Abstract：The lightweight design of steel front bumper beam for one kind of vehicle was conducted based on the performance parameters in static pressure experiments. The shape and size of cross-section of the aluminum front bumper beam were designed by FEM optimization， and the mechanical properties of the beam were determined. The aluminum profile extrusion divergent die and the extrusion process were designed， and the extrusion process was simulated based on the commercial extrusion simulation software. The simulation results agree well with the experimental results.The optimized bumper beam weighs 1.3kg， achieving a weight savings of 2.1kg and a weight reduction by 61%. The simulation results greatly help guide the mold design and the optimization of extrusion process.

Keywords：aluminium alloy； bumper beam； optimization design； extrusion； simulation

铝合金型材在汽车结构件应用中的需求越来越大，这意味着在进行方案设计时需要考虑零部件的结构和功能，对于合金的状态也需要精心设计和控制。汽车工程师在进行产品设计时，需要解决各种各样的工程问题，如轻量化的要求、合适材料的选择等等，这也有利于铝合金挤压型材生产者改善工艺，提高产品质量，从而为汽车工程应用提供有效的解决方案[1-4]。

本文针对某款车型钢制碰撞横梁进行全新轻量化设计，以仿真分析得到的性能参数为依据，设计目标车铝合金碰撞横梁的截面尺寸，并确定生产该铝合金碰撞横梁需要的材料性能。

对防撞横梁进行优化设计时采用三点静压的方法进行，由于其加载工况相对简单，采用有限元软件的优化功能对其进行优化，以确定防撞横梁的截面形状和尺寸。

1 碰撞横梁截面优化设计

拓扑优化是指在满足有关应力、位移、平衡等约束条件下，通过拓扑形式对所设计的结构件孔洞的有无、数量、位置以及相互联接方式进行优化，使结构达到某种性能指标最优。拓扑优化常以寻求材料最合理的分布为基本的设计思想，这也符合部件轻量化开发的要求。因此拓扑优化是部件轻量化开发概念设计阶段的一个重要设计手段。

汽车碰撞横梁的一个重要作用是在碰撞发生时使碰撞力尽可能沿吸能盒均匀地向后传递，所以汽车碰撞横梁必须满足一定的强度指标。

采用三点静压试验和仿真分析相结合的方法对碰撞横梁刚度进行分析。为了便于进行优化设计，采用等效静态载荷法来近似处理静压过程的压头载荷，并对横梁进行拓扑优化设计，原碰撞横梁三点静压试验其峰值支反力为9.0 kN，重量为3.4 kg。

取汽车碰撞横梁的1/2模型作为研究对象，模型整体作为设计空间，在横梁对称面上约束z向自由度，同时约束x、y向自由度，施加弯曲方向的挤压约束，在达到静压峰值载荷时碰撞横梁的应力小于材料屈服应力280 MPa，碰撞横梁质量最小为优化目标。

根据优化得到防撞横梁的截面形式，以口字型作为横梁的基本截面形式，最终确定了目标车碰撞横梁的截面形状，如图2所示，各板厚度取3 mm，材料屈服强度为280 MPa。在有限元分析软件中建立目标车碰撞横梁三点静压仿真模型，如图3所示，对其进行壁厚优化计算分析。

图4为当型材壁厚为1.8 mm时，铝合金碰撞横梁三点静压支反力-位移曲线。其变化趋势和峰值大小与目标车钢制碰撞横梁吻合，而且壁厚为1.8 mm时基本达到该类型铝合金挤压件的可挤压下限，因此将目标车碰撞横梁截面厚度定为1.8 mm，其截面尺寸如图5所示。优化设计后铝合金碰撞横梁的重量为1.3 kg，减重2.1 kg，减重百分比为61%。

2 碰撞横梁挤压模具设计及模型的建立

本文根据优化设计后的铝型材截面，借助有限元分析软件，设计出平面分流组合挤压模具，并设计挤压工艺方案，对该铝型材挤压过程进行数值模拟分析，最后按照模拟方法进行试验验证。

2.1 挤压模具

该横梁截面为空心截面，需要选用平面分流组合模具进行挤压生产，根据碰撞横梁截面尺寸进行挤压机大小选型及配备的模套尺寸选型。由下模、上模、联接螺钉及定位销四部分组成平面分流组合模具。根据所设计的型材断面尺寸，结合平面分流组合模具设计规范，设计出平面分流挤压模具（如图6所示，模拟计算中定位销及联接螺钉可先不考虑）。模具材料为H13模具钢，模具外形尺寸按照与1350T卧式挤压机配套的模座设计，上模和下模外形尺寸均为D230 mm×75 mm。1350T挤压机上使用的挤压筒内径为162 mm，选用挤压棒料规格为D160 mm×420 mm，铝材料牌号为AL6061。

2.2 挤压模拟模型

本文采用有限体积法进行挤压仿真分析，该方法采用Euler网格技术，可以避免网格重划分[5-6]。在挤压过程中，根据材料流在挤压过程中的流经位置，分区域进行仿真模型的建立，然后划分合适的网格单元。为保证单元质量，提高计算效率，去除模型中不必要的细微特征[7-9]（如较小的倒角、圆角及小孔等），将模型进行几何清理，改善几何模型的拓扑关系。碰撞横梁的挤压仿真模型如图7所示。

2.3 材料模型

材料本构关系是有限元模拟铝合金塑性成形加工的重要前提条件。本文选择有限元软件材料库中的Al6061合金，其具体力学性能为：密度2.71 g/cm3，泊松比0.33，坯料与模具间的热传递系数为3 000

W/（m・K），热传导率为198 W/（m・K），弹性模量为68.94 GPa，应力应变关系（Mpa）。

2.4 摩擦模型

铝合金材料在挤压变形过程中，铝合金与模具之间接触的边界存在摩擦力，其受多种因素的综合影响，如温度、、边界压力和材料等。在处理挤压成形问题中一般采用库仑摩擦模型和剪切摩擦模型。库仑摩擦模型为，式中，为模具和坯料之间的接触法向应力，为摩擦因数；剪切摩擦模型为，式中k为剪切屈服应力，m为摩擦因子。本研究进行如下设置：工作带与坯料间采用库仑摩擦模型，摩擦因子设为0.4；坯料与挤压筒、模具之间采用材料剪切摩擦模型，摩擦因子设为0.9[7]。

2.5 挤压工艺参数

为得到高质量的铝合金挤压型材，需要对挤压速度和挤压温度进行合理的控制。本文所采用的挤压工艺参数见表1。

3 挤压模拟结果分析

3.1 碰撞横梁速度场、温度场分布

将建立完成的仿真模型提交计算，得到计算结果，并对结果进行分析。图8为型材出口流速分布图，结果显示出口流速均匀，根据出口流速（2 mm/s）和挤压比（51.01）与入口流速之间的关系可知，出口流速理想值为102 mm/s。图中所示流速在100 mm/s左右，型材下方流速稍慢于上部，可将出口往上移动少许位置。由图8～10可知，在各个区域的铝合金流速分布情况，可以观察到铝合金材料在流入工作带时，其流速快速增大，在四边形上边拐角处铝合金流速较大，但从型材截面整体流速来看，其出口流速比较均匀，不会出现由于截面过大的流速差使型材变形，甚至开裂的现象。

影响铝合金流动的一个重要因素是挤压变形过程中坯料温度的变化。铝合金在挤压过程中发生大的塑性变形，其塑性变形功将转化为热能，因此铝合金坯料在挤压过程中会有明显的温升。铝合金坯料在挤压过程中的温度变化如果不均匀还会影响其在挤压模具中的流动，甚至会影响空心型材焊缝处的焊合质量，因此，对于挤压过程中铝合金坯料温度的变化及分布的了解和控制非常重要。挤压型材缺陷最容易产生的区域在挤压模具出工作带处，该处铝合金材料温升最为明显，温度最高。图11为铝合金挤压型材的温度场分布，由于型材在工作带处的摩擦较大使温升较高，所以该处温度最高。从图8所示的铝合金速度场分析可知，此区域的流速也较快。在挤压过程中，最高温度不宜超过合金的过烧温度，可通过调整挤压速度、初始温度等输入条件，来得到合理的挤压工艺参数。

4 挤压试验研究

按照所设计的平面分流组合模具试制该模具，使用和仿真一致的挤压工艺参数，在1350T的卧式挤压机上进行挤压试制，得到挤压型材初始料头，如图12所示，仿真结果如图13所示。对比可知，试制结果与仿真结果吻合度较高，型材底面流速较慢，流速变化较小，没有出现料头开裂现象。

通过有限元软件可以模拟型材挤压成形过程，能够准确地反映挤压过程中材料的流动规律，仿真结果与试制结果吻合度较高。同时，上述结果实现了模具设计的虚拟试模，证明了该模具设计的正确性。

选用6061铝合金作为生产汽车铝合金碰撞横梁组件的材料。为了达到所需的力学性能要求，需要对挤出型材进行热处理[10]，在完成挤压过程后对挤出的铝合金碰撞横梁进行T6热处理，热处理工艺为160℃+ 4 h。，热处理后对型材进行了拉伸力学性能试验，其性能参数测量值与设计值的对比结果见表2。由表2可知，型材实际力学性能与设计性能吻合较好，采用的挤压工艺能制备出满足铝合金碰撞横梁要求的挤压型材，可为铝合金碰撞横梁的工业化生产提供技术支持。

5 结论

（1）针对某车型钢制碰撞横梁进行轻量化设计，得到了优化的铝合金碰撞横梁截面尺寸，优化后重量为1.3 kg，减重2.1 kg，减重百分比为61%。

（2）采用数值模拟方法，获得了铝合金碰撞横梁挤压过程的铝合金流动速度场和温度场分布图，模拟挤压料头与挤压试验料头吻合较好，数值模拟结果对模具设计和挤压工艺的制订与优化有直接指导意义。

（3）采用的挤压工艺能制备出满足铝合金碰撞横梁要求的挤压型材。

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文学与艺术的碰撞范文第2篇

摘要：模具是制约汽车开发与生产的瓶颈，新型快速模具不但能显著缩短制作周期、降低成本，还能提高制件的品质与生产效率，其中最适合汽车研发的是硅橡胶模。本文介绍了快速模具的类型、应用状况，以及制作大型、复杂、精密硅橡胶模的关键技术。汽车的修理和维护是大家头痛的问题。 如果平时不知好好保养爱车，或者驾车习惯不好，一旦车子得进厂大修特修，不单得付 出一笔可观的费用，时间的浪费和精神上的折磨，更是难以数计。

关键字：汽车 模具 快速成形 快速制造

1 快速模具制造及其应用的重要性

随着社会的进步与经济的发展，市场竞争愈来愈剧烈，迫使制造业在不断改善产品的性能与品质的前提下，最大限度地缩短新产品的开发周期、降低成本，以便快速响应用户最新的需求。这种趋势在汽车、摩托车、电子产品、家电产品、玩具等制造业显得尤其突出。例如，电子产品的开发周期已降至不到一年，在玩具制造业，常常是第一季度开发，第三季度大批量生产，第四季度销售。著名的HP（惠普）公司80%以上的利润来源于年龄不满2 年的产品。所以，快速、高效地开发新产品是竞争取胜的一个关键因素。实现新产品的快速、高效开发涉及多种领域的先进技术，例如，计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助制造（CAM）、新材料，以及产品与相应工艺装备的快速成形、制造等，其别是有关模具的设计与制作技术。

2 加快汽车制造与磨具开发与创新

汽车是最复杂、最有影响的一种消费品，由于用户与竞争者的压力，迫使汽车工业必须优化其产品开发过程，迅速地提高产品的品质并将其推向市场，还要最大限度地满足用户的要求。10 年前，开发一辆新汽车的时间大约为60 个月，而现在仅18 个月。众所周知，汽车的开发、生产离不开模具，尤其是铸造、锻压、注塑等工艺所需的模具。试制原型件常常需要模具，汽车的生产更需要模具。然而，模具的开发、制作时间与成本，又往往是整个汽车开发时间与成本的主要部分，既费时又费钱。通常，25%的汽车开发时间与大部分的成本用于原型与模具的制作。例如，一付大型、复杂的模具的开发一般需要6 个月以上的时间与几十万至几百万元以上的费用，一付小型、中等复杂的模具的开发一般也需3 个月以上的时间与几万元至几十万元以上的的费用。根据美国汽车工业统计，其平均67%以上的投资与模具有关。在我国，由于试制新车的能力比较差，因此，在试制阶段不得不高价从国外进口试制件，以进口装饰件为例，60 种（每种15 件）就需300 多万元。

因此，模具是制约汽车开发与生产的瓶颈，要缩短汽车的开发与生产周期、降低成本，必须首先缩短模具的开发与生产周期，降低模具的成本，使模具更结实、耐用。

通常，模具由锻造钢坯或铝坯经传统机械加工而成，砂型铸造模型虽然可用木材制作，但仍需机械加工。由于模具上常常有一些复杂的特征与自由表面，精度与光洁度要求比较高，所以加工周期长，成本高。

3 汽车发动机在汽车当中的重要作用

发动机是车辆的重要组成部分，关系到车辆的使用性能和行驶安全。在汽车的运行过程中，要特别预防发动机的早期磨损，防止发动机的不正常损坏，正确合理的使用发动机，可以有效的延长发动机的使用寿命。但是，由于操作使用不当和保养检修不及时，将导致发动机的损伤，直接影响汽车的技术性能和经济性。因此对于发动机的维护和维修我们应该重视。 工程机械 发动机 维护保养 发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。其功用是将液体或气体的化学能通过燃烧后转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。汽车的动力来自于发电机。

发动机是汽车的心脏，为汽车的行走提供动力，汽车的动力性、经济性、环保性。简单讲发动机就是一个能量转换机构，即将汽油（柴油）的热能，通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀时，推动活塞作功，转变为机械能，这是发动机最基本原理。发动机所有结构都是为能量转换服务的，虽然发动机伴随着汽车走过了100 多年的历史，无论是在设计上、制造上、工艺上还是在性能上、控制上都有很大的提高，其基本原理仍然未变，这是一个富于创造的时代，那些发动机设计者们，不断地将最新科技与发动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完善的程度，各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点。

4 汽车安全气囊作用概述

为了说明安全带和安全气囊在保护乘员方面的重要性，首先说明造成乘员伤害的原因。

当汽车和障碍物之间发生碰撞事故时，汽车和障碍物之间的碰撞称为一次碰撞。一次碰撞的结果导致汽车速度急剧下降。例如，如果一辆汽车以50km/h的速度与一个固定不动的障碍物正面相撞，则汽车至完全停止所需时间大约0.1s。在这短暂的时间内，可发生的事情却相当多：在碰撞的瞬间，前护杠停止运动，但汽车的其他部分仍以50km/h的速度前进。随着车辆前部逐渐损坏，汽车即开始吸收动能并减速；在碰撞过程中，当开始减速慢下来时，内部乘员则仍以原来的速度向前移动。于是就发生了乘员和方向盘、仪表板、风挡玻璃等之间的碰撞，造成了乘员的伤害。这种乘员和汽车内部结构之间的碰撞称为二次碰撞

1、被动安全装置：用来减轻事故导致的伤害程度的装置，如安全气囊、安全带、护膝垫、两节或三节式转向柱。

2、主动安全装置：车轮制动器、防抱死制动系统、刮水器与洗涤器、雷达车距控制与报警系统等。

3、一次碰撞：汽车发生碰撞时，汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞。

4、二次碰撞：一次碰撞后，汽车速度将急剧变化，驾驶员和乘员就会受到惯性力的作用而向前运动，并与车内的转向盘、挡风玻璃或仪表台等构件发生碰撞，这种碰撞称为二次碰撞。在车辆事故中，导致驾驶员和乘员遭受伤害的主要原因是二次碰撞。

参考文献：

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文学与艺术的碰撞范文第3篇

“涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术“是根据王绍文教授提出的多相流动物系反应控制惯性效应理论，结合给水工程初中，经近十年的研究而发明的。该技术涉及了给水处理中混合、絮凝反应、沉淀三大主要工艺。

理论上，首次从湍流微结构的尺度即亚微观尺度对混凝的动力学问题进行了深入的研究，提出了“惯性效应“是絮凝的动力学致因，湍流剪切力是絮凝反应中决定性的动力学因素，并建立了絮凝的动力相似准则；首次指出扩散过程应分为宏观扩散与亚微观扩散两个不同的物理过程，而亚微观扩散的动力学致因是惯性效应，特别是湍流微涡旋的离心惯性效应。由于新理论克服了现有传统给水处理技术理论上的缺陷和实践上的不足，因而导致了在给水处理技术上的重大突破。

实践中，发明了串联圆管初级混凝设备、小网格反应设备、小间距斜板沉淀设备等三项专利。目前这项新技术已在大庆市、宾县、海伦市、抚顺市、清原县、秦皇岛市等地自来水公司成功地推广使用，取得了明显的经济效益和社会效益。工程实践证明：此项技术用于新建水厂，构筑物基建投资可节约20－30％；用于旧水厂技术改造，可使处理水量增加75％－100％，而其改造投资仅为与净增水量同等规模新建水厂投资的30％－50％。采用此项技术可使沉淀池出水浊度低于3度，滤后水接近0度，可节省滤池反冲洗水量50％，节省药剂投加量30％，大大降低了运行费用和制水成本。

这项技术适应广泛，不仅对低温低浊、汛期高浊水处理效果好，同时，对微污染原水具有较好的处理效果。可利用最小投资，取得最大效益，充分发挥现有供水设施的潜力，在短时间内缓解城市供水短缺状况，促进城市的经济发展。

二、“涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术“的工作机理

（一）混合

混合是反应第一关，也是非常重要的一关，在这个过程中应使混凝剂水解产物迅速地扩散到水体中的每一个细部，使所有胶体颗粒几乎在同一瞬间脱稳并凝聚，这样才能得到好的絮凝效果。因为在混合过程中同时产生胶体颗粒脱与凝聚，可以把这个过程称为初级混凝过程，但这个过程的主要作用是混合，因此都称为混合过程。

混合问题的实质是混凝剂水解产物在水中的扩散问题，使水中胶体颗粒同时脱稳产生凝聚，是取得好的絮凝效果的先决条件，也是节省投药量的关键。传统的机械搅拌混合与孔室混合效果较差。近几年，国内外采用管式静态混合器使混合效果有了比较明显地提高，但由于人们对于多相物系反应中亚微观传质以及湍流微结构在胶体颗粒初始凝聚时的作用认识不清，故也防碍了混凝效果的进一步提高。混凝剂水解产物在混合设备中的扩散应分为两类：（1）宏观扩散，即使混凝剂水解产物扩散到水体各个宏观部位，其扩散系数很大，这部分扩散是由大涡旋的动力作用导致的，因而宏观扩散可以短时间内完成；（2）亚微观扩散，即浊凝剂水解产物在极邻近部位的扩散，这部分扩散系数比宏观扩散小几个数量级。亚微观扩散的实质是层流扩散。因此使混凝剂水解产物扩散到水体第一个细部是很困难的。在水处理反应中亚微观扩散是起决定性作用的动力学因素。

例如高浊水的处理中，混凝剂水解产物的亚微观扩散成为控制处理效果的决定性因素。由于混凝剂的水解产物向极邻近部扩散的速度非常慢，在高浊期水中胶体颗粒数量非常多，因此没等混凝剂水解产物在极邻近部位扩散，就被更靠近它的胶体颗粒接触与捕捉。这样就形成高浊时期有些地方混凝剂水解产物局部集中的地方矾花迅速长大，形成松散的矾花颗粒，遇到强的剪切力吸附桥则被剪断，出现了局部过反应现象。药剂没扩散到的地方胶体颗粒尚未脱稳，这部分絮凝反应势必不完善。这一方面是因为它们跟不上已脱稳胶体颗粒的反应速度，另一方面是因为混凝剂集中区域矾花迅速不合理长大，也使未脱稳的胶体颗粒失去了反应碰撞条件。这样就导致了高浊时期污泥沉淀性能很差，水厂出水水质不能保证。按传统工艺建造的水厂，在特大高浊时都需大幅度降低其处理能力，以保证出水水质。这是由于过去工程界的人们对亚微风传质现象不认识，对其传质的动力学致因也不认识，因此传统的混合设备无能力解决高浊时混合不均问题，这不仅使水厂在特大高浊时大幅度降低处理能力，而且造成药剂的亚重浪费和造成出水的PH值过低。

亚微观扩散究其实质是层流扩散，其扩散规律与用蜚克定律描写的宏观扩散规律完全不同。当研究尺度接近湍流微结构尺度时，物质扩散过程不一定是从浓度高的地方往低的地方扩散。在湍流水流中亚微观传质主要是由惯性效应导致的物质迁移造成的，特别是湍流微涡旋的离心惯性效应。我们发明的串联管式初级混凝设备和管式微涡初级混凝设备，就是利用高比例高强度微涡旋的离心惯性效应来克服亚微观传质阻力，增加亚微观速率。生产使用证明这两种设备在高浊时混合效果良好，不仅比传统的静态混合器可大幅度增加处理能力，也大大地节省了投药量。

（二）反应

絮凝是给水处理的最重要的工艺环节，滤池出水水质主要由絮凝效果决定的。传统廊道反应、回转孔室反应以及回转组合式隔板反应的絮凝工艺，水在设备中停留20－30分钟，水中尚有很多絮凝不完善的小颗粒。近年来，国内出现了普通网板反应；国外推出了折板式与波形板反应设备，使絮凝效果有了比较明显地改善。但由于人们对絮凝的动力学本质认认不清楚，也就防碍了絮凝效果的进一步提高。

1、絮凝的动力学致因

絮凝长大过程是微小颗粒接触与碰撞的过程。絮凝效果的好坏取决于下面两个因素：一是混凝剂水解后产生的高分子络合物形成吸附架桥的联结能力，这是由混凝剂的性质决定的；二是微小颗粒碰撞的几率和如何控制它们进行合理的有效碰撞，这是由设备的动力学条件所决定的。导致水流中微小颗粒碰撞的动力学致因是什么，人们一直未搞清楚。水处理工程学科认为速度梯度是水中微小颗粒碰撞的动力学致因。按照这一理论，要想增加碰撞几率就必须增加速度梯度，增加速度梯度就必须增加水体的能耗，也就是增加絮凝池的流速，但是絮凝过程是速度受限过程，随着矾花的长大，水流速度应不断减少。而在工程实践中，网络反应池在网格后面一定距离处水流近似处于均匀各向同性湍流状态，即在这个区域中不同的空间点上水流时平均速度都是相同的，速度梯度为零。按照速度梯度理论，速度梯度越大，颗粒碰撞次数越多，网格絮凝反应池速度梯度为零，其反应效率应效果却优于其它传统反应设备。这一实例充分说明了速度梯度理论远未揭示絮凝的动力学本质。

絮凝的动力学致因究竟是什么？是惯性效应。因为水是连续介质。水中的速度分布是连续的，没有任何跳跃，水中两个质点相距越近其速度差越小，当两个质点相距为无究不时，其速度差亦为无穷小，即无速度差。水中的颗粒尺度非常小，比重又与水相近，故此在水流中的跟随性很好。如果这些颗粒随水流同步运动，由于没有速度差就不会发生碰撞。由此可见要想使水流中颗粒相互碰撞，就必须使其与水流产生相对运动，这样水流就会颗粒运动产生水力阻力。由于不同尺度颗粒所受水力阻力不同，所以不同尺度颗粒之间就产生了速度差。这一速度差为相邻不同尺度颗粒的碰撞提供了条件。如何让水中颗粒与水流产生相对运动呢？最好的办法是改变水流的速度。因不水的惯性（密度）与颗粒的惯性（密度）不同，当水流速度变化时它们的速度变化（加速度）也不同，这就使得水与其中固体颗粒产生了相对运动。为相邻不同尺度颗粒碰撞提供了条件。这就是惯性效应的基本理论。

改变速度方法有两种：一是改变水流时平均速度大小。水力脉冲澄清池、波形板反应池、孔室反应池以及滤池的微絮凝主要就是利用水流时平均速度变化形成惯性效应来进行絮凝；二是改变水流方向。因为湍流中充满着大大小小的涡旋，因此水流质点在运动时不断地在改变自己的运动方向。当水流作涡旋运动时在离心惯性力作用下固体颗粒沿径向与水流产生相对运动，为不同尺度颗粒沿湍流涡旋的径向碰撞提供了条件。不同尺度颗粒在湍流涡旋中单位质量所受离心惯性力是不同的，这个作用将增加不同尺度颗粒在湍流涡旋径向碰撞的几率。涡旋越小，其惯性力越强，惯性效应越强絮凝作用就越好。由此可见湍流中的微小涡旋的离心惯性效应是絮凝的重要的动力学致因。由此可看出，如果能在絮凝池中大幅度地增加湍流微涡旋的比例，就可以大幅度地增国颗粒碰撞次数，有效地改善絮凝效果。这可以在絮凝池的流动通道上增设多层小孔眼格网的办法来实现。由于过网水流的惯性作用，使过网水流的大涡旋变成小涡旋，小涡旋变成更小的涡旋。不设网格的絮凝池湍流的最大涡旋尺度与絮凝池通道尺度同一数量级。当增设格网之后，最大涡旋尺度与网眼尺度同一数量级。增设小孔眼格网这后有如下作用：（1）水流通过格网的区段是速度激烈变化的区段，也是惯性效应最强、颗粒碰撞几率最高的区段；（2）小孔眼格网之后湍流的涡旋尺度大幅度减少，微涡旋比例增强，涡旋的离心惯性效应增加，有效地增加了颗粒碰撞次数；（3）由于过网水流的惯性作用，矾花产生强烈的变形，使矾花中处于吸咐能级低的部分，由于其变形揉动作用达到高吸能级的部位，这样就使得通过网格之后矾花变得更密实。

2、矾花的合理的有效碰撞

要达到好的絮凝效果除了要有颗粒大量碰撞之外，还需要控制颗粒合理的有效碰撞。使颗粒凝聚起来的碰撞称之为有效碰撞。一方面，如果在絮凝中颗粒凝聚长大得过快会出现两个问题：（1）矾花长得过快其强度则减弱，在流动过程中遇到强的剪切就会使吸附架桥被剪断，被剪断的吸附架桥很难再连续起来，这种现象称之为过反应现象，应该被绝对禁止；（2）一些矾花过快的长大会使水中矾花比表面积急剧减少，一些反应不完善的小颗粒失去了反应条件，这些小颗粒与大颗粒碰掸几率急剧减少，很难再长大起来，这些颗粒不仅不能为沉淀池所截留，也很难为滤池截留。另一方面，絮凝池中矾花颗粒也不能长得过慢，矾花长得过慢虽然密实，但当其达到沉淀池时，还有很多颗粒没有长到沉淀尺度，出水水质也不会好。此由看到在絮凝池设计中应控制矾花颗粒的合理长大。

矾花的颗粒尺度与其密实度取决两方面因素：其一是混凝水解产物形成的吸附架桥的联结能力；其二是湍流剪切力。正是这两个力的对比关系决定了矾花颗粒尺度与其密实度。吸附架桥的联结能力是由混凝剂性质决定的，而湍流的剪切力是由构筑物创造的流动条件所决定的。如果在絮凝池的设计中能有效的控制湍流剪切力，就能很好的保证絮凝效果。

多相流动物系反应控制理论的提出，真正建立起水处理工艺中的动力相似。使我们认识到湍流剪切力是絮凝过程中的控制动力学因素，如果在大小两个不同的絮凝工艺中，其湍流剪切力相等，那么具有同样联结强度的矾花颗粒可以在两个不同尺度的絮凝过程中同时存在，这在某种意义上也就实现了两个絮凝过程絮凝效果的相似。弗罗德数可以作为相似准则数，可以表明湍流剪切力的大小，两个尺度不同的絮凝过程当其弗罗德数相等时，其湍流剪切力就近似相等，絮凝效果就基本相似。但只控制湍流剪切力相等并不能完全控制絮凝效果的相似，因为湍流剪切力相等时两个不同的絮凝过程的矾花联结强度相等，但矾花的密实度与沉淀性能却不一定相同。矾花的密实程度可用湍动度来控制，湍动度值越大表明在固定时间内流过固定空间点的涡旋数量越多，涡旋强度越大，矾花也越密实。在实际工程中是不可能测定湍动度的。庆幸的是当湍流剪切力相等时，尺度越大的絮凝池其水流速度也越高，因此矾花的碰撞强度越大，形成的矾花越密实，这已为试验与生产实践所证实。这样就可以保证把小尺度的试验结果按照弗罗德数相等来放大，放大后的絮凝效果会更好、更可靠。因而我们也可以通过科学地布设多层网格，通过弗罗德数这个相似准则，来控制絮凝过程中水流的剪切力和湍动度，形成易于沉淀的密实矾花。

（三）沉淀

沉淀设备是水处理工艺中泥水分离的重要环节，其运行状况直接影响出水水质。

传统的平流沉淀池优点是构造简单，工作安全可靠；缺点是占地面积大，处理效率低，要想降低滤前水的浊度就要较大地加大沉淀池的长度。浅池理论的出现使沉淀技术有了长足的进步。七十年代以后，我国各地水厂普遍使用了斜管沉淀池，沉淀效率得到了大幅度提高。但经过几十年应用其可靠性远不如平流沉淀池，特别是高浊时期、低温低浊时期以及投药不正常时期。

传统沉淀理论认为斜板、斜管沉淀池中水流处于层流状态。其实不然，实际上在斜管沉淀池中水流是有脉动的，这是因为当斜管中大的矾花颗粒在沉淀中与水产生相对运动，会在矾花颗粒后面产生小旋涡，这些旋涡的产生与运动造成了水流的脉动。这些脉动对于大的矾花颗粒的沉淀无什么影响，对于反应不完全小颗粒的沉淀起到顶托作用，故此此也就影响了出水水质。为了克服这一现象，抑制水流的脉动，我们推出了小间距斜板沉淀设备。这一设备还有下面一些优点：（1）由于间距明显减少，矾花沉淀距离也明显减少，使更多小颗粒可以沉淀下来；（2）由于间距减少，水力阻力增大，使之占水流在沉淀池中水力阻力的主要部分，这样沉淀池中流量分布均匀，与斜管相比明显地改善了沉淀条件；（3）这种设备由于下面几个原因其排泥性能远优于其他形式的浅池沉淀池；（a）这种设备基本无侧向约束；（b）这种设备沉淀面积与排泥面积相等；对普通斜管来说排泥面积只占其沉淀面积的一半，在特殊时期如高浊期，低温浊期或加药失误时期污泥沉降性能、特别是排泥性能明显变坏，在斜管排泥面的边缘处由于沉积数量与斜面上滑落下来的污泥数量大于排走的数量，造成了污泥的堆积。所以一旦在斜管的角落处产生污泥的堆积，所以一旦在斜管角落处产生污泥的堆积，就产生了污泥堆积的恶性循环。这种作用开始时由于斜管上升流速的增加，沉淀效果变坏，沉后水浊度增高，当污泥堆积到一定程度时，由于上升流速的提高，可以把已积沉在斜管上的污泥卷起，使水质严重恶化。正是这一原因才使得南方很多地区又由斜管沉淀池改为平流沉淀池。而小间距斜板沉淀池其排泥面积是普通斜管的4倍多，单位面积排泥负荷尚不到斜管的1／4，故在任何时期排泥均无障碍。

三、“涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术“的工艺特点

（一）处理效率高、占地面积小、经济效益显著。

由于混合迅速（3－30秒），反应时间短（5－10分钟），沉淀池上升流速高（2．5－3．5mm/s），因此可大为缩短水在处理构筑物中的停留时间，大幅度提高处理效率，因而也就节省了构筑物的基建投资。工程实践证实：与传统工艺相比，采用新技术对旧水厂挖潜改造，在构筑物容积不增加 的情况下，可使处理水量净增75－100％，而改造投资仅相当于新建一座同等规模新水厂投资的30－50％；用于新建水厂，主体工艺构筑物可节省投资20－30％，并可大幅度减少主体构筑物占地面积。与平流沉淀池比较可节省80％，与斜管沉淀池比较可节省40％。

（二）处理水质优，社会效益好，水质效益可观。

几年运行实践证明，这项工艺可使沉后水浊度稳定在3度以下，滤后水接近0度，这就形成了一个很高的水质效益。水质效益一方面就是社会效益，另一方面是潜在的经济效益。

我国现行饮用水水质标准为浊度不超过3度，而发达国家标准是不超过1度。随着人民生活水平的提高，我国也将进一步提高生活用水标准。如果其标准提高到1度，那么大部分城市现有处理设备和工艺是难以达到的，只有通过大幅度投资扩建新水厂，才能解决水质和水量的矛盾。而采用此工艺可稳定保持出厂水浊度低于1度。由此可见，其潜在的水质效益是相当可观的。

（三）抗冲击能力强，适用水质广泛。

实践证明，此项技术抗冲击的能力较强，当原水浊度、进水流量，投加药量发生一些变化时，沉淀池出水浊度不象传统工艺那样敏感。其原因是，这项工艺的沉淀池上升流速按3．5mm/s设计时尚有很大潜力。运行实践表明。这项工艺对低温低浊、汛期高浊以及微污染等特殊原水水质的处理均非常有效。

低温低浊水中固体颗粒少，颗粒尺度小，有机物含量相对高，比重小。从颗粒级配来看也相对均匀，加之低温时药剂吸附架桥能力下降，这些都给絮凝与沉降带来困难。新技术采用的小孔眼格网絮凝设备，可大幅度增加颗粒碰撞几率，克服了固体颗粒少、难于相互碰撞的缺点，形成比较密实的矾花，在小间距斜板上有效的沉淀下来。

对高浊水来说，颗粒碰撞已不成问题，但在这种情况下混凝剂的亚微观传质在混合设备中完成。也就是说，有一部分地方会出现过反应情况，而这些地方反应不足，致使絮凝效果恶化，以致于矾花沉降性能变坏；再加上斜管沉淀池本身结构导致排泥不畅的缺点，使得高浊水处理成为难题。新技术由于 能在各种情况下迅速完成药剂的亚微观扩散，同时小间距斜板克服了普通斜管排泥不畅的缺点，故此对高浊水处理十分有效。

我国目前普遍采用强氧化剂预氧化或生物预处理措施去除微污染。然而，无论何种预处理方法，都要通过反应使水中的有机物析出，使它们达到胶体颗粒尺度，最终通过絮凝、沉淀、过滤的方法与水中的其他颗粒一起去除。因此，高效能的絮凝与沉淀设备是去除微污染更有效的设备。大庆市八百垧水厂改造实践证明，这项新技术在去除水中有机污染方面同样行之有效。

（四）制水成本降低。

1、由于新技术采用先进的混合及反应设备，可节省投药量30％；

2、由于新技术沉后水浊度在3度以下，减轻了滤池负担，因此滤池反冲洗水可节省50％左右，并可延长滤料更换周期；

3、对旧水厂改造，水量增加而管理人员无需增加，运行管理费用大为降低；

4、基建费用的大幅度节省，可较大程度降低投资折旧率。

从以上四个方面来看，新技术的使用可使制水成本显著降低。

（五）工期短、见效快。

此项技术用于旧水厂挖潜改造，从设计到安装调试只需2－3个月，可以在短时间内解决城市供水不足的状况。

文学与艺术的碰撞范文第4篇

关键词：自动控制；掘进机；防碰撞结构

中图分类号：TM92 文献标识码：A

1 系统概述

本发明涉及掘进机自动控制领域中防止截割臂和铲板发生碰撞的一种防碰撞结构。横轴自动截割掘进机是一种新概念掘进机，较传统的掘进机相比，从操作人员安全方面和截割速度方面都有了本质的变化。控制工艺也非常复杂，这种新工艺的出现解决了普通掘进机截割速度慢，需手动修形，操作人员危险等问题。以前在我们普通的掘进机截割过程中，各家工艺也都基本一样，都是人为手动控制，无自动切割修形。这样就造成了巷道形状不规则，效率低，掘进速度慢。进而我们拓展思维采用了新的控制工艺，改善截割效率，提高性能参数从而达到安全、高效开掘巷道的掘进工作。因此，研制开发一种采用自动修型的横轴掘进机一直是急待解决的新课题，而在自动控制中防止截割臂和铲板发生碰撞又是其中的重要课题。

2.系统结构及目的

目的在于研发一种掘进机自动控制过程中的防碰撞结构，用于防止自动工作状态下截割臂和铲板发生碰撞，该防碰撞结构针对自动控制掘进机，可以提高掘进过程中的效率、操作人员的安全，避免因误动作造成截割臂和铲板发生碰撞，节省了维修的费用，同时也延长了整机的使用寿命。

目的是这样实现的：通过矿内变压器给开关箱供电，再由开关箱内控制变压器变成相应的电压等级，主要由交流220V电源电压和直流24V驱动电压组成。当整机采用自动截割控制后，由位移传感器检测到截割臂和铲板的工作位置，将位置信号以模拟量的型式反馈到主控制器中，由主控制器计算，通过比例放大器驱动电磁阀，控制截割臂和铲板的液压缸的伸出或缩回，从而形成闭环控制系统，防止截割臂和铲板碰撞。

3 原理概述

其工作原理及操作方法是：通过矿内变压器给开关箱供电，再由开关箱内控制变压器变成相应的电压等级，主要由交流220V电源电压和直流24V驱动电压组成。当整机采用自动截割控制后，由位移传感器检测到截割臂和铲板的工作位置，将位置信号以模拟量的型式反馈到主控制器中，由主控制器计算，通过比例放大器驱动电磁阀，控制截割臂和铲板的液压缸的伸出或缩回，从而形成闭环控制系统，防止截割臂和铲板碰撞。

采用防碰撞的新型横轴掘进机电气控制功能与现有技术相比，实时监测液压缸的位置，通过比例电磁阀可以调节液压缸的动作速度，提高动作的精确度和截割的效率。进行巷道断面切割成形时，铲板和截割臂的动作采用自动控制，即自动抬起截割臂、自动升起铲板。根据切割工艺的要求，进行下一次的进刀，同时落下铲板和调整好截割臂的位置。当铲板和截割臂出现相向运动的时候，主控制器将会根据实时监测的位置信号控制比例电磁阀防止铲板和截割臂碰撞的优点，将广泛的应用于掘进机采煤机械电控领域中。

（1）防碰撞结构，由控制变压器、直流24V电源、直流24V本安电源、主控制器、隔离式安全栅、位移传感器、比例放大板和比例电磁阀等硬件组成，其特征在于位移传感器装在油缸中，位移传感器信号和隔离安全栅、本安电源连接，此连接是达到本安要求。

（2）根据权利要求1所述的横轴掘进机防碰撞结构，其特征在于：所述结构的工作原理及操作方法是，截割臂在断面上的运行轨迹为“S”型，铲板的运行轨迹为上下往复运动，截割臂升降液压缸的行程为760mm，铲板升降液压缸的行程为150mm，均由液压缸驱动，做伸缩运动，得到截割臂和铲板之间构成的不同角度的夹角，根据主控制器算法，防止截割臂和铲板发生碰撞。

（3）根据权利要求1所述的横轴掘进机防碰撞结构，其特征在于：所述结构的控制系统算法是，控制系统连锁，无论截割臂还是铲板在动作之前都要监测另一机构相应的位置； 动作过程中要监测两个机构之间的夹角并且在角度小于10度时要根据运动的方向降低其中一个机构的速度，如：同时向上运动应该降低铲板的速度，同时向下运动应该降低截割臂的速度，相向运动时应同时降低两个机构的速度。

根据三角形余弦公式可以得到：

（1）

其中AO是截割臂的长度为已知参数，BO是铲板的长度为已知参数，AM是截割头到地面的距离为可变参数，BN是铲板前端到地面的距离为可变参数，θ1是截割臂与地面的夹角，θ2是铲板与地面的夹角，两个夹角θ1、θ2在地面以上为正，地面以下为负，θ1-θ2是截割臂与铲板之间的夹角；θ1-θ2当的值大于0度时截割臂和铲板不会发生平碰撞。

由于截割臂、铲板距离地面的长度可以通过安装在油缸内部的位移传感器检测到的位置信号反馈给主控制器，通过主控制器的模拟量数值转换实时监测，其中截割臂距离地面的长度AM和铲板距离地面的长度BN可由图2和图3以及通过公式（2）和公式（3）的算法获得，

AM=8.3L1+5950（2）

BN=4.0L2+400（3）

其中L1、L2分别为截割臂液压缸、铲板液压缸中位移传感器检测的位置数值。

4 系统优点

本发明的优点在于结构简单，效果显著，成本低廉，工作稳定、可靠。应用在煤矿自动控制掘进机上可提高操作的安全性、截割的效率。

参考文献

[1]金江.我国煤矿掘进机电气控制的发展趋势[A]，2007.

文学与艺术的碰撞范文第5篇

关键词：有意味的形式；装置艺术；展示设计；趣味性

中图分类号：J05 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2012）35-0053-01

“有意味的形式”是艺术理论家贝尔的一个理论假设，但他没有解释清楚“意味”的来源。而作者用物质实践解释艺术形式的起源，用生活积淀来解释“意味”的产生，从而对艺术的超越性做了合理的解释。他从宏观鸟瞰角度对中国数千年的艺术、文学作了概括描述和美学把握。提出了诸如原始远古艺术的“龙飞凤舞”，殷周青铜器艺术的“狞厉的美”，先秦理性精神的“儒道互补”，楚辞、汉赋、汉画像石之“浪漫主义”，“人的觉醒”的魏晋风度，六朝、唐、宁佛像雕塑，宋元山水绘画以及诗、词、曲各具审美三品类，明清时期小说、戏曲由浪漫而感伤而现实之变迁等重要观念，多发前人之所未发，对于研究中国古代哲学美学思想具有深刻意义。

艺术设计即是艺术的一种表现手段和形式，因而研究美学能够更好的理解艺术设计，将中国悠久的历史文化沉淀的“大美”运用到现代设计，更好的创造美的生活，美的意境。这种有意味的形式与展览中形式的象征性意义其实都是对主题的诠释。装置艺术作为现代艺术中的一种，它的创作过程概念是围绕意念展开的，通过意念表达自己的主观的感受。展示设计与与装置设计就是用某种艺术创作将主题内容表现出来，给观者传达各自不同的表现主题。

2010年，参观上海世博会时，通过自身参与互动性的装置设计发现在以多媒体装置艺术形式表现的展项中，观众高度参与，在与展项互动的过程中获得乐趣，并在这种互动中接受所传达的信息。这种艺术形式比传统的只能看不能触摸的方式更具有吸引力。这种趣味性的装置艺术将在继承传统的基础上，找到新的突破口和新的生命力。提出“碰撞之美”这一概念，笔者的理解是装置艺术本身作为一种空间装置设计，观众的介入和参与是装置艺术中不可或缺的一部分这与展示设计中的互动性如出一辙。这种共同性，实际上在各自表现形式上却又产生了一种冲击。因而，两者之间的碰撞、结合必然是一种艺术、一种美。

随着时代的发展，人们需求的改变，观众对展示设计呈现的效果自然也迈进了一个台阶，互动性、高度参与性、新奇感、创意理念、视觉冲击力、主题易解读性、绿色环保，都成为观众对艺术设计的空间的要求。在展览中，互动性最为强烈的是当下多媒体技术的发展，这种技术是人和物、观众和空间、商品形成了碰撞，也只有产生了这种碰撞，观众才能对此印象深刻。从这角度来说，这是多媒体互动装置艺术成功的构建了优良的展示载体和媒介。装置艺术与展示设计中意境的营造并非一个固定的范畴，每一个领域都有不同的解释和表达方法。但是最终的目的都是相同的，都是期望获取观者心灵上的契合与共鸣，从而传达出作者或者设计者的思想意识。这种主题的营造是由多种因素决定的，在“意”和“境”上着墨，最后取得两者之间深刻的契合，才能达到最好的展示效果，使要表达的主题通过意境创造的氛围焕发生机，从而调动观者的情绪，以产生共鸣。

“瀑布不是让人震撼的，而是让你享受的。”

印尼馆的建筑师林新生这样说。水，在这里并不只是一种装饰，它具有象征性意义。“生态化、多样性城市”，这是印尼馆的主题。而在展馆的中心设置这样巨幅的瀑布，则是建筑师非常大胆的一笔。“水”成为建筑不可分割的一部分。建筑师利用水的装置艺术更好的诠释主题。随着科学技术和社会文明的进步，现在的展示不再是单纯摆出来只让人们观看，而更多是形成一种装置艺术，使人们参与进来，形成一种互动。现代展示设计正需要围绕这种意念展开，使空间内的互动与艺术完美结合。使观众产生更深刻的体验，以达到更好的展示效果。

装置艺术创造的所创造的环境中，能够促使甚至于迫使人们从被动的感受到主动的接受，这种感受的过程除了人们的思维和肢体的介入之外，包括所有的感官。相对地，在一个流动的展示空间内，作为活动的主体―人，则需要在特定的环境中与展示的商品达成一张互动。无论是装置还是展示空间的设计都离不开一个主题，那就是走一条情感路线给空间编造一个主题，营造一种意境，使这种人为的艺术设计营造的氛围胜于形象，使人们能够因境见景生情从而影响人们的心理情绪。一旦展示设计在成功的完成了主题的构建，并传达了主题之后，观众就会产生相应合适的情感就证明展示设计的空间意境已经产生并向观众传达了。

在展示领域日益追求高科技和耳目一新展示效果的时代，国内外的很多艺术家开始涉足于展示设计领域，并以艺术语言结合高科技手法解读展示主题。展示空间设计不仅需要设计师的深厚功底，也需要瞬间的灵感迸发。一个优秀的展示空间，完全可以当作一场造型或行为艺术来欣赏。设计与艺术从来就是不可分割的两个部分，互动与艺术的结合，是这种展示的方式更趋向于一种装置艺术，以各种姿态展开而来。