时间：2023-06-08 11:17:15
一、机械工程基础课程特点及内容
机械工程基础是普及机械和机械工程的基本知识、基本概念和基本内容的课程。对文科类、管理类、计算机类、艺术设计类等专业具有开拓学生的视野、增加知识面、拓宽专业、提高学生的工程能力的作用;其任务是培养学生认识机械和机械工程的能力,是工科类非机械类专业具有工程特色,适应高新科学技术社会发展的需要。机械工程基础的内容选择是根据机械工程的基本内容确定的。主要讲授机械发展与人类社会进步的关系及机械工程发展的趋势,介绍工程力学、工程材料、工程制图的基本知识,简述机械的组成原理与工作原理、常用机械零件强度、刚度的概念、机械产品的制造技术、液压传动和气动技术的概念、现代设计方法等等内容。学生通过对各部分内容的学习,了解机械及其产品从设计、制造到使用过程中需要哪些知识及其在机械产品中的地位和作用。
二、机械工程基础实验内容分析
机械工程基础实验按照实验课教学体系分为设计与制造工艺、检测与分析、材料与性能三个部分。机械工程基础实验是一门独立的实验课程,所有实验都在机械基础课实验教学示范中心进行。本实验课与工程力学、工程制图、机械原理、机械设计、工程材料及成型技术基础、互换性与技术测量基础等课程的理论教学相衔接。
1. 实验理论
(1)韧、脆性材料在受拉、受压和扭转时力学性能测试的原理和方法;电测法基本原理,单向、平面应力状态的静态应变测量与应力计算的原理和方法;冲击动荷系数测定的原理和方法;现代光弹测量的基本概念。(2)组合体模型的测量和组合体视图及剖视图的绘制方法和尺寸标注方法,机械零件功能和结构分析方法以及机械零件测绘方法和步骤,部件功能和结构分析方法以及部件测绘方法和步骤。(3)机构运动简图测绘与结构分析,机械运动分析方法,渐开线齿轮范成加工原理,刚性转子的动平衡原理,机械动力学,典型机械零件状态测试,滑动轴承性能测试与分析的原理和方法,减速器结构分析方法和步骤,各种典型机构及典型机械的综合分析方法。(4)金相显微分析的原理和方法;试样制备方法,Fe-C状态图、C-曲线;表面强化原理和方法;焊接接头显微组织分析的原理和方法;力学性能(布氏硬度、洛氏硬度、显微硬度、摩擦性能)测试的原理和方法。(5)机械加工完成后零件的尺寸误差、形位误差、表面粗糙度、螺纹几何参数误差的基本原理和方法;零件互换性所进行的必要的精密技术测量的原理和方法;测量数据的处理技术的原理和方法。
2. 实验教学
着重讲授如何用科学的手段来完成理论的验证;如何组织实验、处理数据和分析实验现象;介绍常用设备和仪器的原理、构造和使用维护方法以及综合实验内容的思路和方案设计等。
3. 对学生能力培养的要求
(1)培养学生运用实验原理和方法进行科学实验的能力,即如何从实验目的出发,根据什么原理,选择何种实验方案,配套哪些仪器设备,确定实验程序从而获得准确的数据并得出正确的结论。(2)通过实验熟悉常用仪器、设备的基本原理、结构、性能;学会调试仪器和排除故障。同时,要培养学生分析问题和解决问题的能力,使学生的实验技能进一步得到训练和提高。(3)通过本课程的学习,加深对相关理论课程教学内容的理解,加固理论知识。(4)通过实验过程以及完成实验报告,培养学生严肃认真、实事求是的科学态度和一丝不苟的工作作风。
三、实验项目的设置
1. 机构运动参数测定与分析实验
基本教学要求:初步了解电测机构运动参数的基本原理,利用计算机对平面机构动态参数进行采集、处理、实测、仿真比较优化设计,分析机构参数对机构动态参数的影响。
2. 机构运动简图测绘与分析实验
基本教学要求:掌握根据机械实物模型绘制机构运动简图的技能;计算自由度、验证机构运动确定性;了解正确选择长度比例尺方法。
3. 轴系结构设计实验
基本教学要求:熟悉和掌握轴的结构与设计,轴上零件的常用定位与固定的技术方法,轴系结构设计的要求与常用轴系结构,为后续机械设计打下良好的基础。
4. 金相显微分析法实验(铁碳合金平衡组织显微分析)
一、趋势分析法
趋势分析法主要是通过对比两期或连续数期的成本数据，确定其增减变动的方向、数额或幅度，以掌握有关成本数据的变动趋势或发现异常的变动。一般有两种分析的方式：一是绝对数趋势分析，二是相对数趋势分析。
1、绝对数趋势分析
通过编制连续数期的报表，并将有关数字进行排列，比较相同指标的金额或数据变动幅度，以此来说明其发展变化。又分为纵向趋势分析和横向趋势分析。
（1）纵向趋势分析。表1为某医院2010―2014年某科室1月成本变动情况。
（2）横向趋势分析。表2为某医院2013年某科室成本变动情况。
从表2数据和图2可以看出，该医院成本不是很稳定，但是趋于下降趋势。经分析，1月成本数据最高是因为人力成本增加，由于临近春节发放年终绩效造成。
2、相对数趋势分析
相对数趋势分析法也就是趋势比率分析法，是指对某项经济指标不同时期数值进行对比，求出比率，分析其增减速度和发展趋势的一种分析方法。由于计算时采用的基数数值不同，又分为定基动态比率和环比动态比率。
（1）定基动态比率：即用某一期的数值作为固定的基期指标数值，将其他的各期数值与其对比来分析。其计算公式为：定基动态比率=分析期数据/固定基期数据？鄢100%。例如：以2012年为固定基期数据，分析2013、2014年成本增长比率，假设2012年为152万，2013年为181万，2014年为218万。则：
2013年定基动态比率=181/152？鄢100%=119%
2014年定基动态比率=218/152？鄢100%=143%
（2）环比动态比率：即以每一分析期的前期数值为基期数值而计算出来的动态比率，其计算公式为：环比动态比率=分析期数据/前期数据？鄢100%。仍以上例资料举例：
2013年环比动态比率=181/152？鄢100%=119%
2014年环比动态比率=218/119？鄢100%=183%
比率分析法的主要优点在于，通过比率计算，可以把某些不可比的医院变成可比的医院，便于外部或内部决策者选择投资方案是进行比较分析。但比率法也存在不足之处：第一，比率的数字只反映比值，不能说明其绝对值的变动；第二，无法说明指标变动的具体原因。
二、结构分析
结构分析是对成本中各组成部分及其对比关系变动规律的分析。它通常采用计算成本中各组成部分占总成本比率的方法，用以分析医院成本的内部结构特征和合理性。
其成本结构分析报表主要有成本构成总表、直接医疗成本构成表、医技科室成本构成表、医辅科室成本构成表、管理科室成本构成表。表3为某医院的各成本构成分析表。
数据分析：医疗成本占总成本比例为66.54%，药品成本占总成本比例为33.46%，门诊医疗成本占总医疗成本比例为28.7%，住院医疗成本占总医疗成本比例为71.3%，门诊药品成本占总药品成本比例为38.09%，住院药品成本占总医疗药品比例为61.91%。总体上说门诊成本低于住院成本，成本控制的重点是住院成本。
公摊费用成本占总成本比例为8.21%，管理科室成本占总成本比例为3.87%，医辅科室成本占总成本比例为3.27%，医技科室成本占总成本比例为24.11%，临床科室成本占总成本比例为60.54%。综合起来，直接医疗成本占84.65%，间接医疗成本占15.35%，此表能体现出该院按科室分类的构成比例。
规定成本占总成本比例为40.02%，变动成本占总成本比例为59.98%，固定成本比例偏高。效益好的医院固定成本只有20%左右。
人员成本占总成本比例为29.39%，离退休成本占总成本比例为3.89%，材料成本占总成本比例为19.83%，药品成本占总成本比例为33.45%，修购基金成本占总成本比例为5.62%，公用支出成本占总成本比例为8.22%，总体上说该院与同等规模医用相比，药品成本较低，人力成本和材料成本偏高，应当进行合理控制。
通过结构分析可以分析整个医院以及各个科室的人力成本、材料成本、药品成本、折旧成本、离退休人员成本、提取的风险基金等成本元素，为分析成本控制及管理提供依据。
三、本量利分析
本量利分析主要研究如何确定保本点和有关因素变动对保本点的影响。盈亏临界点是医院收入和成本相等的运营状态。
结余=收入-变动成本-固定成本
保本点业务量=固定成本/（单位收入-单位变动成本）
保本收入=固定成本/（1-变动成本率）
数据分析：该科室门诊收入1215809元，收益96669元，全年门诊人次6743人次，单位收入180元，单位变动成本100元。该科室住院收入2136199元，亏损259898元，全年住院人次264人次，单位收入8102元，单位变动成本5445元。
（南京邮电大学电子科学与工程学院，江苏 南京 210003）
【摘要】一阶电路的分析方法是《电路分析基础》课程中的重点和难点。本文通过介绍一阶电路的分析方法：三要素法，揭示了一阶电路分析方法对该课程学习的重要性，并详细阐述了三要素法具体的求解步骤。通过培养学生养成画等效电路图的习惯，提高学生的分析、解决问题的能力，激发学生的学习兴趣，改善电路分析基础的教学质量。
关键词 一阶电路；三要素法；等效电路图
作者简介：王德波（1983—），男，山东新泰人，东南大学博士生，南京邮电大学，讲师，曾获学院授课竞赛二等奖。
0引言
电路分析基础是电子类专业的技术基础课程，其教学任务是通过本课程的学习使学生掌握电路的基本概念、基本理论和电路分析的基本方法，为后续课程的学习提供必要的理论基础知识。由于该课程与后续专业课程如“模拟电子技术”“数字电子技术”等课程密切相关，具有基础课和专业课之间的桥梁作用，因此其教学有着十分重要的地位。
而一阶电路分析对于该课程的学习具有承前启后的作用，它是该课程由静态电路向动态电路学习的过渡。静态电路（电阻电路）的激励与响应的VCR关系为代数方程，响应仅由激励引起；动态电路（电容或电感电路）的激励与响应的VCR关系为微分方程，响应与激励的全部历史有关。因此，一阶电路分析方法的学习对于该课程的学习具有至关重要的地位。
1一阶电路分析方法
通常，基本的一阶电路有两种：RC串联电路（图1）和GL并联电路（图2）。无论是求零输入响应、零状态响应还是全响应，总是以电容电压或是电感电流为主要分析对象建立其微分方程（式1和式2）求解。
但实际上一阶电路千差万别，响应也各不相同。仅计算电容电压或是电感电流显然是不够的，而且是繁琐的。因此寻求一种能直接计算一阶电路任意响应的简便方法是十分有必要的，而三要素法正适合于求解恒定激励下一阶电路的响应。在恒定激励下，采用三要素法得到响应的一般表达式为：
其中，r(∞)为稳定值， r(0+)为初始值，为时间常数。
三要素法求直流激励下响应的一般步骤：
1）初始值r(0+)的计算（换路前电路已稳定）
（1）画t=0-图，求初始状态：电容电压uC(0-)或电感电流iL(0-)。
（2）由换路定则，确定电容电压或电感电流初始值，即uC(0+)=uC(0-)和iL(0+)=iL(0-)。
（3）画0+图，求其它初始值——用数值为uC(0+)的电压源替代电容或用iL(0+)的电流源替代电感，得电阻电路再计算。
2）稳态值r(∞)的计算(画稳定图)
根据t>0电路达到新的稳态，将电容用开路或电感用短路代替，得一个直流电阻电路，再从稳态图求稳态值r(∞)。
3）时间常数τ的计算(开关已动作)
根据输出电阻的等效电路图，先计算与电容或电感连接的电阻单口网络的输出电阻Ro，然后用公式τ=RoC 或τ=L/Ro计算出时间常数。
4）将r（∞），r（0+）和代入三要素公式得到响应的一般表达式。
基于以上的分析，不难得出结论，由三要素法求解一阶电路响应需要画4张等效电路图。其中画t=0-图与画稳定图类似，画0+图和画输出电阻的等效电路图是重点和难点。
2对本科教学的意义
在《电路分析基础》教学中，如果教师能够使学生对一阶电路的分析方法理解深刻，并能熟练的画出四张等效电路图。学生就可以既能回顾静态电路的基础知识，又可以加深对动态电路的理解。对后面的正弦稳态电路和耦合电路的学习具有积极有效的意义。
参考文献
［1］沈元隆，刘陈.电路分析基础[M].3版．北京：人民邮电出版社，2008．
[关键词]煤矿开采；地表移动；动态测量
中图分类号：TD325 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0351-01
作为我国主要的一次能源，煤在我国的需求量非常巨大，在这种背景下，我国的煤矿开采业发展很快，开采量和开采效率都日渐提高。但煤矿开采会掏空地层，引发一系列水平或竖向变形，进而导致地表移动，轻则损坏建筑，重则导致山体滑坡等大型灾害。为了有效预知、规避、控制这些现象，我们需要分析该原因导致的地表动态移动规律，以获取必要的参考依据。
一、煤矿开采导致地表移动概述
（一）水平变形导致的地表移动
水平移动会对外体现为地表的压缩和拉伸，根据实际工程经验可知，建筑物普遍抗压缩能力强而抗拉伸能力弱，所以一旦地表的拉伸作用在建筑物上体现出来，对建筑物的影响非常大，如果地表拉伸移动的部位正处于建筑物关键部分，建筑物甚至有直接倒塌的可能。需要注意的是，这种影响作用并不是单向的，煤矿开采中的建筑物在微量破坏不断发生的情况下会产生水平附加力不断叠加的现象，这种叠加作用会令地表的水平移动进一步加剧，形成一个双向影响的恶性循环。
（二）竖向变形导致的地表移动
与水平变形相比，竖向变形对地表移动的影响更大，因为竖向变形会令工作面地基整个受到不均匀的支反作用力，进而在工作面上施加非常明显的剪力与附加弯矩。需要注意的是，当竖向变形与水平压缩变形同时叠加在地表时有可能相互抵消，取消实际的移动作用。
（三）移动角与地表移动的关系
移动角对地表移动的影响可以分为两方面，一方面是移动角本身的影响，另一方面是移动角的移动范围产生的影响。移动角是两类特殊位置点的夹角，一个位置点位于移动盆地的主断面，属于临界变形点，另一个位置点位于采空区边界的水平连线上，属于相对位置点。
二、煤矿开采所致地表移动的分析方法
为了更有效地规避或抑制煤矿开采所致地表移动的危害与负面影响，有必要分析这种地表移动的规律特征，具体分析策略如下。
（一）地表移动分析的方法种类
由于煤矿开采导致的地表移动具有很强的动态性，所以其分析方法相当复杂而且技术要求很高，我国受限于技术条件，常用的分析方法只有以下三种，分别是负指数函数法、典型曲线法、概率积分法[1]。从本质上来看，这三种方法都是动态曲线的建立方式，所以在具体应用时还要与具体的煤矿开采情况与分析需求结合使用。在这三种方法中，概率积分法的应用程度最高，因为该方法对各种动态因素的涵盖率最高，可以将特殊地形的山坡因素、山坡整体滑移因素等都囊括进去，所以在分析上可以保证更高的精度和准确度。
（二）地表移动分析的动态曲线
如前文所述，分析地表移动的三种方法，其本质都在于建立动态曲线，而无论哪种方法，在建立动态曲线时都应遵循如下原则：其一，曲线中的地表特性系数在计算获取上要相对简单，获得的地表特性系数应能描述地表的土层结构、区域植被、基本类型等特征指标。其二，作为动态曲线基础之一的滑移函数要能描述煤矿开采导致的坡体下滑现象，以及与山区沉陷之间的关系[2]。其三，动态曲线应包括一些基本参数以描述滑移影响、工作面走向、影响范围等。
三、煤矿开采所致地表移动的动态测量
在实际的煤矿开采中，我们是使用动态测量手段获取必要的分析参数，再结合上述的分析计算方法获取地表移动规律的。动态测量手段的具体应用要点如下：
（一）以动态测量分析地表移动的必要参数
根据实际经验可知，在地表移动的分析中，动态测量需要获得的参数有六个：第一个参数是特定时刻的下沉参数，该参数通过计算动态测量值与首次测量值之差得到。第二个参数是特定时刻的平移参数，该参数通过计算动态测量坐标与首次测量坐标关系获得。第三个参数是相邻两测点的变形参数，包括了水平移动与倾斜。第四、第五个参数也均为相邻两测点参数，分别是曲率变形参数与水平变形参数。第六个参数则为一定时间内特定测点的下沉速度参数[3]。上述参数为动态测量的主要参数，但动态测量的参数不只局限于这些，还可以添加其他参数以提高测量精度。
（二）以动态测量分析地表移动的具体措施
由于煤矿开采区的地形、地质条件比较复杂，所以想通过传统的测绘方法测量和获取这些参数比较困难，而且由于传统测量法的测量时间较长，获取的参数动态性会下降。为了保证所获参数的动态性、稳定性、精确性，目前通常采用GPS技术进行动态测量。具体方法是在选定的各个观测点分别建立GPS测站，然后通过卫星回线将全部测站所获信息同步统合到计算机，这样就能建立涵盖整个矿区的GPS观测网。由于GPS测量可以连续长时进行，所以可以藉此实现动态参数的获得。
（三）以动态测量分析地表移动的应用优势
动态测量不同于静态测量，由于可以获得一定时期内的动态参数变化，所以不仅可以藉由这种变换探究地表移动的总体规律，而且可以有效去除部分测量错误导致的特异点或偏差点，提高地表移动的分析精度。此外，动态测量基本可以实现全时性分析，有效规避了静态测量常见的现象遗漏问题[4]。现代的动态测量在引入GPS技术以后进一步提高了测量能效，藉由该技术实现的三维化、全天候、长时性、自动化、短周期测量，极大地提升了地表移动分析所需的参数总量，分析精度得到了极大的提升。
结语
针对地表移动进行的动态测量具有较强的技术性和复杂性，虽然在煤矿开采中获得了一定程度的实际应用，但基本是作为一个独立的观测模块进行应用的，其测量、分析几乎与煤矿的日常开采工作完全分离，分析得到的结果在回馈给煤矿的开采设计方时也具有一定的滞后性，所以虽然提高了分析精度，但应用能效并不高。因此，未来该技术的进一步应用研究应集中在其与开采规划的动态连接上。
参考文献
[1] 路向平，袁泽东.GPS定位技术在崔庙煤矿地表移动观测中的应用[J].中州煤炭，2010（7）.
[2] 王秋衡，袁慧珍，刘美英等.矿山地质灾害的安全预报与预报研究[J].地下水，2005（4）.
【关键字】汽车驱动桥桥壳；有限元法；动力时程分析；疲劳寿命分析
有限元方法或有限元分析，是求取复杂微分方程近似解的一种非常有效的工具，是现代数字化科技的一种重要基础性原理。严格来说，有限元分析必须包含三个方面：（1）有限元方法的基本数学力学原理；（2）基于原理所形成的实用软件；（3）使用时的计算机硬件。
现代一般的个人计算机都能满足第（2） 、（3）方面的要求；因此，本人将着重讲解在计算机上进行的有限元分析的具体方法，将通过汽车后桥强度进行有限元分析的实例来阐述有限元分析的基本原理，并强调原理的工程背景和物理概念；基于软件SolidWorks平台来系统演示基于有限元原理的解析方法和过程；通过该平台来展示具体应用有限元方法的建模过程。
随着计算机技术的飞速发展，基于有限元方法原理的软件大量出现，并在实际工程中发挥了愈来愈重要的作用；本文只采用软件SolidWorks平台进行有限元分析。在计算机上进行有限元分析具有这几个特点：优点___容易组织，花费少，周期短，成功率高；缺点___分析过程较复杂，对计算机配置及分析人员要求高。下面就对有限元分析方法进行具体的讲解.
在实际的工程设计中往往需要进行多次的力学分析、优化修改才能完成；所以一个结构件的设计过程就主要包括：力学分析、状态诊断以及优化改进这几个方面。
对于不同的材料，由于它的承载破坏的机理不同，需要采用针对性的强度判断准则。下面给出常用的几种强度准则。一个问题具体应采用何种准则，应根据材料的受力状态、环境要求、设计要求，甚至还需要通过实验来确定。
（1）最大拉应力准则：若材料发生脆性断裂失效，其原因是材料内所承受的最大拉应力达到了所能承受的极限。
已知危险点的应力状态σij，首先通过斜面分解方法求出最大的拉应力σ1（实际上就是第一主应力）和所在面的主方向，然后进行应力失效校核和判断
理论解与有限元解对比，两者位移的相对误差为O.97%，速度的相对误差为1.5%。
本人在有限元法对后桥壳的动力学性能及疲劳寿命研究方面作了一定的工作，但由于时间、精力和认知水平的限制，尚有很多工作值得进一步研究。
参考文献：
[1]《浅析国内重型车桥的现状及发展趋势》.汪炼钢著
[2]《面向变型设计的汽车后桥计算机辅助分析与评估》.董益亮，徐宗俊著
[3]《有限元法概论》.龙驭球著
[4]《有限元分析的基本方法及工程应用》.周昌玉，贺小华著
[5]《杂交系统动力学分析的有限元法-汽车后桥有限元建模与分析》.余成龙，董益亮著
内容摘要:产业集群已经成为区域经济发展中新的亮点,然而,如何识别和选择产业集群仍然是困扰决策者和研究者的主要技术问题之一。鉴于此,本文在综合国内外相关研究的基础上,以河南省为例,尝试运用基于投入-产出模型的主成份分析法和聚类分析法进行了集群的动态识别和分类研究。
关键词:投入产出分析 主成份分析 聚类分析
产业集群识别问题研究概述
识别产业集群是产业集群理论研究和实际运用的基础,目前,国内外有关产业集群识别问题的研究主要集中于三个层面,即微观层面的产业集聚状态分析,中观层面的区域行业空间集聚和经济联系分析,宏观层面的国家产业集群竞争力分析。相应的研究方法主要有波特案例分析法、区位商法,望闻问切法以及基于投入产出理论的主成份分析法、多元聚类法、图论法和网络流法等。其中波特案例法比较适用宏观层面的分析;区位商法可用于微观层面的分析,将区位商法和基于投入产出表主成份分析法、多元聚类分析法和图论分析法结合可以用于中观层面的分析。
考虑到目前有关产业集群识别和分类的国内研究中定性分析多,定量研究较少;静态分析多,动态分析较少的研究现状。本文以河南省为例,把定性分析和定量研究结合起来,尝试采用动态识别和聚类分析相结合的分析方法对区域产业在空间上的集聚状态和产业间的关联进行研究。
产业集群动态识别
目前,区位商法是识别产业集群最常用的一种分析方法。但是由于该方法假设全国和区域两个层面上同一产业的劳动生产率是相同的,是一种静态的研究方法,因此不能用于新型或小型产业集群的识别。同时又由于产业集群具有动态关联的特征,因而用一种动态的分析方法来进行研究将更加合适,鉴于此本文选用了基于投入-产出模型的主成份分析法进行研究。
投入产出分析又称产业关联分析,是美国著名学者列昂惕夫首先提出来的一种数理分析方法。用投入产出分析法识别产业集群主要抓住了“产业集群内的各个企业存在紧密的产业联系”这一特征。1971年Czamanski在“投入―产出”模型的基础上应用主成份分析法对区域产业集聚状态进行了分析。该分析方法较好的显示了产业间的关联性,突出了产业间的互补性,比较适合区域范围内产业集群的识别和选择。其中,主成份分析的基本目的是简化数据和解释生产的因子。用此方法可以识别在直接消耗系数矩阵中不明显的产业关联,因此是识别产业集群的一种较好的方法。基于此,本文根据河南省2005年投入产出表构造了直接消耗系数矩阵。由于公共管理和社会组织业、废品废料行业与绝大多数行业相关系数为0,所以将其剔除,保留了40个部门,然后本文利用SPSS14.0统计软件进行主成份分析。具体步骤如下:
第一步,对数据进行标准化处理,通过KMO值(0.7205)检验证明国民经济中其他行业具有较好的相关性。第二步,按照累计方差贡献率大于80%(本文为84.07%)的原则提取了12个主成份。第三步,对确定的主成份进行因子正交旋转使每个因子负载最大化,便于各产业在集群间的分配。第四步,通过旋转后提取了12个主成份,每一个主成份都可以看做一个大的产业集群,然后根据相关系数矩阵中系数的大小把每一个特定的产业分配到不同的产业集群中。如表1所示:河南40个产业部门中有12个部门已经形成了产业集群。
产业集群分类研究
产业集群分类运用的是多元统计分析中的聚类分析法。聚类分析是依据样品之间的相似性进行分类的多元统计分析方法,本文采用分层聚类法,这是目前国内外使用较多的一种研究方法。其基本指导思想是先将n个样本各自看成一类,然后规定样本之间的距离和类与类之间的距离,选择距离最小的两类并成一新类,计算新类和其他类的距离,再将距离最近的两类合并,直至所有的样本都成一类为止。本文在上述主成份分析的基础上进行分层聚类,即把提取出来的12个主成份当做样本进行聚类,分层聚类后12个主成份可以分成四类大的集群。即:轻工业集群,包括主成份1、2和7;商业服务业集群,包括主成份4和5;重工业集群,包括主成份8、9、10、11和12;社会服务业集群,包括主成份3和6。如图1所示。
结论
结合主成份分析分析和聚类分析可知,河南目前存在四类大的产业集群,即:轻工业集群、重工业集群、商业服务业集群和社会服务业集群。其中,轻工业集群包括了服装皮革羽绒及其他纤维制品制造业集群、机械工业集群和邮政业集群。相关联的产业有农业、食品制造及烟草加工业、纺织、仪器仪表及文化办公机械制造业、交通运输设备制造业、电气机械及器材制造业、交通运输及仓储业、信息传输、计算机服务和软件业等。重工业集群包括建筑业集群、非金属矿采选业集群、煤气生产和供应业集群、金属冶炼及压延加工业集群和煤炭采选业集群。相关联的产业有交通运输及仓储业、信息传输、计算机服务和软件业、化学工业、电子及通信设备制造业、石油加工及炼焦业、金属矿采选业、金属制品业、电力及蒸汽热水生产和供应业等。商业服务业集群包括住宿和餐饮业集群以及文化、体育和娱乐业集群。相关联的产业有租赁和商务服务业、旅游业、其他社会服务业、造纸印刷及文教用品制造业等。社会服务业集群包括综合技术服务业集群以及自来水的生产和供应业集群。相关联的产业有科学研究事业、批发和零售贸易业、石油和天然气开采业、教育事业等。
综上所述,河南省尽管在四大部类、12个部门、36个产业中存在产业集群,但是很多产业集群都是依托于农村或小城镇发展而成,尚处于集群形成的初级阶段,规模较小,且多集中于一些技术含量不高的皮革、纺织、服装、社会服务业、旅游业等劳动密集型行业,进入壁垒非常低,在人才、资金、技术、创新能力和企业间关联等方面均存在极大不足,从而导致集群整体竞争力不强。因此,河南产业集群的未来发展必须做好以下几个方面的工作才能不断提高其整体竞争力。一是要依托核心城市进行产业集聚区的统筹规划,增强集群的区位优势和辐射能力。二是要建立健全为产业集群发展服务的基础设施和中介服务机构,为产业集群发展创造良好的环境。三是要建立健全技术创新体系,提高产业集群自主创新能力。四是要强化产业集群间的分工协作,完善产业链,促使产业集群专业化。五是要依托龙头企业,加强企业间联合,实施品牌战略增强河南产业集群的全国辐射力。
参考文献:
1.王今.产业集群的识别方法及实证研究[J].科学与科学技术管理,2004(11)
2.李广志,李同升等.产业集群的识别与选择分析―基于陕西省产业集群的研究[J].人文地理,2007(6)
3.王怡然.产业集群识别与分类[J].商业时代,2008(36)
4.张建华.产业集群的识别标准研究[J].中国软科学,2006(3)
5.刘爱雄,张高亮,朱斌.对产业集群竞争力来源的理论分析[J].科学学与科学技术管理,2006(1)
6.王丽敏.区域特色产业集群的培育和发展[J].企业活力,2007(11)
关键词：电工学；思维方法；教学引导
作者简介：吴显金（1971-），男，苗族，湖南凤凰人，中南大学信息科学与工程学院，讲师。（湖南 长沙 410083）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）14-0073-02
“电工学”是一门非电类专业的技术基础课程，它包含了电路分析、电器控制、模拟电子技术和数字电子技术四部分，有着内容多、知识面广、理论抽象等特点。[1]正因如此，学生在学习“电工学”课程时常常感觉知识点多，不容易理解，前后知识不能融会贯通，学习时缺乏激情与兴趣，考试后很快忘记，达不到教学培养的目标，更谈不上应用所学知识去解决生活中所碰到电学问题。出现这种现象的原因一方面是由于教学过程中往往只注重理论知识本身的分析与讲解，缺少实际应用与实践，从而使学生认为学无所用，缺乏学习激情；而更主要的原因则是在教学过程中教师往往只注重对定理、方法的讲解，忽视了对定理、定律产生背景的分析，更没有从方法论的角度去引导学生寻找一般规律。因此，学生在整个学习过程中容易感觉所学知识点前后孤立而无法将所学知识有机地联系在一起，只能为了应付考试而机械地背记知识内容，达不到对知识的深刻理解与掌握。
实际上，“电工学”课程内容中允满了许多科学的思维方法。非线性特性的线性化、分解与叠加、动态化为静态、对偶及等效变换是最常用的思维方法。如果教师在教学过程中能够对不同的思维方法进行概括和总结，并引导学生将这些思维方法贯穿于整个学习过程，则可以帮助学生理解所学理论的本质，使得学生能够自行归纳和总结知识点之间的内在联系与规律，从而增强对所学知识的记忆，将知识融会贯通，形成自己独有的认知结构。此外，思维方法的引导还可以进一步让学生掌握化复杂为简单的一般方法，从而能够创造性地利用已学方法去解决未知问题。
一、非线性特性的线性化方法
含有非线性元件的电路是非线性电路，对于非线性元件或非线性电路的分析都较为困难。而非线性特性的线性化方法是在某些特定条件下可以将非线性元件转化为线性元件，将非线性电路转化为线性电路，从而采用线性化的理论与方法来进行分析和计算。如二极管、双极型晶体管都是非线性元件，因此含有二极管和双极型晶体管的电路都是非线性电路。但在小信号条件下，由于小信号引起的二极管导通压降的变化量和流过电流的变化量的伏安关系可以看成是一小段直线，因此此时的二极管就可以看成是线性元件。同样，在小信号条件下，双极型晶体管可以用一个由电阻和受控电流源所组成的小信号模型来等效，此时双极型晶体管就变成了线性元件，含有双极型晶体管的基本放大电路也就变成了线性电路，因此可以用线性电路的分析方法对放大电路做静态分析和动态分析。动态分析中的微变等效电路法实质上就是小信号条件下非线性电路线性化后的一种动态分析方法。
二、分解与叠加的方法
分解与叠加的方法本质上是把复杂事物分解成简单事物的一种简化方法，其最典型的应用就是叠加定理。叠加定理对含有多个电源的复杂电路分解成单个电源或分组电源的简单电路，则求多个电源共同作用下复杂电路的响应就可转化为求单个电源或分组电源的简单电路响应，最后再将求得的量相加。
除此之外，分解与叠加的方法还分别运用在非正弦周期信号电路、动态电路、基本放大电路、运算放大电路等电路的分析中。[2]在非正弦周期信号电路中，先需要进行谐波分析，求出非正弦周期信号电源的直流分量和各次谐波分量，然后再求出直流分量和各次谐波分量分别单独作用时所产生的电压和电流，最后将属于同一支路的分量进行叠加得到实际的电压和电流。在一阶动态电路的分析中电路的全响应可以分解成零输入响应和零状态响应之和。基本放大电路则可以分解成直流通路和交流通路，电路中的电压或电流瞬时量则是直流分量与交流变化量之和。信号加法和减法等运算放大电路的分析与计算也可以看成是多个信号单独作用时电路输出相加的结果。
三、动态化为静态的方法
在电路分析与计算中对于随着时间变化而变化的物理量如何描述和计算是困难的。如果直接采用瞬时值来描述，由于其值不固定，因此通常没有任何意义；而采用变化量的瞬时值表达式，则计算时将会很麻烦。动态化为静态的方法是采用固定不变的恒定量来表示变化量，并用该恒定量的计算来代替变化量的计算。
动态化为静态的方法应用之一就是用有效值来描述交流电的大小，用相量来表示正弦量。对交流电有效值的定义的目的就是用一直流电的数值去计量交流电的大小。而对于按正弦规律变化的正弦量来说由于其三要素中的角频率在线性电路中基本不变，可以不用考虑，因此在表示正弦量时只需要幅度和初相位即可。如果一个复数的模等于某一正弦量的幅度并且复数的辐角等于该正弦量的初相位，则这个固定的复数就可以表示该变化的正弦量。
动态化为静态的方法应用之二就是交流电路的分析。相对于直流电路，交流电路的分析与计算是学生最难理解和最难掌握的内容之一。除了概念多外，对于交流电路分析方法难以掌握的主要原因还包括：一是电路中的电压和电流不仅是变化量，而且通常还存在相位差；二是电路中不仅有电阻，还有电感和电容，元件类型多，且具有不同的伏安关系。采用动态化为静态的方法则可以将交流电路的分析和计算转化为直流电路来进行。对于一个给定的交流电路，只要将电路中的正弦量用相量表示，电阻、电容和电感统一用阻抗来表示，则阻抗具有类似于直流电路中电阻的性质，得到交流电路的相量模型。对相量模型的分析和计算完全可以用直流电路学过的基尔霍夫定律、支路电流法、节点电压法、叠加定理、戴维宁定律等进行，并且分析、计算步骤完全与直流电路的分析与计算步骤相同，唯一不同的是此时的计算是相量和阻抗间的复数计算。
动态化为静态的方法另一个应用是一阶电路的暂态分析。对于一阶电路的暂态分析采用三要素法。三要素法的实质就是求初始值、稳态值和时间常数。对于电容电压和电感电流的初始值是根据换路定律用换路前一瞬间的电路求出，而其他响应的初始值则是用0+等效法用换路后一瞬间的电路求出。无论是换路前一瞬间的电路还是换路后一瞬间的电路实际都是电路处在稳态，因此求初始值的方法实际是直流电路的分析与计算方法。稳态值和时间常数则是电路换路后到达新的稳态时求出的值，其求法也仍然是直流电路的分析与计算方法。
四、对偶方法
非严格意义上的对偶是指两类变量在性质或结构上具有类似的形式。
电工学中许多变量、电路和定律都具有对偶的性质，[3]如短路与开路、电阻与电导、电感与电容、理想电流源与理想电压源、受控电流源与受控电压源、电阻串联与并联、基尔霍夫电流定律与基尔霍夫电压定律、支路电流法与结点电压法、戴维宁定理与诺顿定理、串联谐振与并联谐振、感性电路与容性电路、有功功率与无功功率、三相电源的星形接法与三角形接法、星形负载与三角形负载、零输入响应与零状态响应、NPN型晶体管与PNP型晶体管、数字电路中的数字逻辑公式等等。可见，利用对偶性可以帮助学生掌握记忆规律，减少记忆量。
五、等效方法
电工学中的等效方法是基于伏安特性的等效。现有电路1和电路2，如果这两个电路都能够向电路3提供相同的工作电压和工作电流，则对于电路3来说，电路1等效于电路2。
等效方法是电工学中电路分析的一种重要方法，其典型的应用是戴维宁定理。利用戴维宁定理可以将含有一个或多个电源的有源二端网络等效为一个电压源和一个电阻作串联，从而将复杂电路转化为简单电路，以便于计算和分析。而且戴维宁定理特别适合于工程上的应用，在实际应用时只需用万用表测量出二端网络的开路电压和无源时的等效电阻，就可以得到戴维宁的等效电源模型。
在电路分析时，还可以利用等效方法化简电路。如将戴维宁电源模型与诺顿电源模型相互转换，以便将电压源串联或电流源并联；对于电压源与其他元件的并联则可等效为电压源本身；电流原与其他元件串联可等效为电流源本身。
除此之外，还可以在三相电路分析中利用等效的方法在已知电路中添加外部电路以使电路看起来更加完整、清晰和明白。例如，在学习对称三相电路中对称三相负载性质时，要求出负载的线电压和相电压、线电流和相电流的关系。对于初次学习的同学来说，往往对只画出三相负载的电路看不习惯，而更习惯于看包含有三相电源的完整电路，因此经常纠缠于与三相负载所连接的三相电源究竟是星形连接还是三角形连接。事实上，从等效的概念可知，三相电源无论是星形连接还是三角形都可以，只要能够向三相负载提供相同的线电压就不会影响到分析结果。因此，如果三相负载为星形接法，则可以外补一个星形连接的三相电源；而三相负载为三角形接法则可以外补一个三角形连接的三相电源，以构成一个完整的电路，这样构成的电路十分便于选择合适的回路进行分析和计算。
六、结论
“电工学”教学中，教师不仅要讲解知识点本身，还应该对知识点所牵涉到的思维方法进行概括、总结和引导，使学生在理解定理、定律及方法本质的基础上能够自行归纳总结，掌握基本的分析规律与方法，对所学知识融会贯通，真正做到学得“活”，记得“牢”。
参考文献：
[1]唐介.电工学[M].北京:高等教育出版社,2005.
[2]焦阳,高玲.贯穿于电工学之中的叠加原理[J].现代教育科学,
摘要 各油田在生产油田数量规模剧增，油气开采难度不断加大，对油藏动态分析工作的质量和效率提出了更高的要求。目前，各油田油藏动态分析人员使用的方法、软件和标准不统一，成果数据不能充分共享，给油田管理工作带来了一定的难度。本文介绍了基于网络的油藏动态分析管理平台建设方案，通过信息化手段，实现油藏动态分析工作规范化、标准化。
关键词 油藏；动态分析；管理平台；集成
中图分类号TE33 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）61-0065-02
油藏动态分析的工作任务是研究油气藏开发过程中油、气、水的运动规律和驱替机理，拟定相应工程措施，以求合理地提高开采速度和采收率。早在20世纪40年代就形成了油、气、水在油层中的渗流理论。20世纪80年代初，国内诞生了油藏工程专业[1]，各类油藏研究技术和分析方法得到了飞速的发展。
随着各种油藏动态分析方法（包括经验统计法、渗流力学方法，数值模拟方法、物质平衡法等[2]）的日趋成熟，油藏动态分析逐步发展为油田开发的核心工作且贯穿于油田开发始终，产生了很多的油藏动态分析软件。这些软件分析重点不同，在各石油企业里得到了不同程度的应用。但因各类分析软件标准不统一，缺乏对各阶段油藏动态分析工作内容和分析成果的统一管理，使得油藏动态分析工作缺乏连续性，满足不了油藏精细化管理的要求。本文以中海油实际需求为背景，探讨如何构筑基于网络的油藏动态分析工作平台。
1 概述
经过多年的建设和优化，中海油开发生产数据库各种数据已趋完善，各种生产数据得到了及时的采集入库，为各种分析工作准备了完善的基础数据。国内外主要的分析油藏动态分析软件（例如：PEOffice、OFM、Eclipse）为不同分析目的得到了不同程度的应用。
这些软件的成果标准和数据格式差别较大且相互独立，为油藏动态分析工作带来了不便，急需一个基于网络的信息平台来整合和规范这些软件的使用，建立与开发生产数据库间数据通道，提高油藏动态分析工作效率，统一标准、实现协作与成果共享。
2 总体目标
以中海油现有开发生产信息系统为基础，结合现有油藏动态分析软件，建立一个基于网络的油藏动态分析管理平台，搭建开发生产数据库与各分析软件的数据桥梁，建立和完善基于网络的油藏动态分析规程，实现油藏动态分析的规范化、标准化管理，从而提高工作效率，加强动态分析成果的管理和共享，从而达到提高产量和最终采收率，并提高经济效益的目的。
3 系统设计
3.1 总体架构
根据油藏动态分析管理平台的目标和设计思想，本平台的主要任务是梳理岗位职责、完善制度、补充内容、统一动态分析规程。以现有的开发生产数据库为基础，为分析应用软件提供数据输出接口、成果集成接口，为油藏管理领导提供全面的决策数据，及时的保存动态分析成果，记录开发历程，分享专家经验，平台总台架构如图1所示。以开发生产数据库为基础，引入非结构化存储保存各种地质图件、图片等分析成果，实现分析规程（C/S）、专家支持（C/S）、成果订阅与（B/S）、协同工作环境（Web Service）等功能。
3.2 数据访问层
数据访问层使用Apache开源项目中的作为数据访问基础（如图2所示）。使用XML配置文件保存SQL语句，作为实体和数据表之间的映射配置。不同的数据库之间SQL存在差异，在编写时尽可能的使用标准SQL，对于差异比较大的SQL语句可以提供多个映射文件来解决。在数据库格式变动时使用视图屏蔽这种差异化。
3.3 应用服务层
服务层承载着访问数据库、非结构化存储的服务，为应用层提供数据服务。服务层的实现采用微软的WCF技术[3]，通信协议使用TCP，在对数据量比较大的部分将采用压缩机制或自定义系列化的方式，确保下载的数据量更小，下载的更快。服务层将以Windows Service的形式存在，在数据访问和应用之间添加了数据访问接口，通过保证接口的稳定性以减少开发生产数据库的变动对平台应用的影响。
3.4 应用层
3.4.1 分析规程
油藏动态分析平台建设主要目的之一是使油藏动态分析工作标准化、规范化，建立油藏动态分析规程是实现这一目的的主要手段。油藏动态分析规程就是要通过平台规范每个阶段的油藏动态分析工作的分析内容，指定各项分析工作采用的基础数据、分析工具，统一分析成果的质量要求和存储格式，保证不同人员，不同阶段的分析成果能够相互参考和对比。海上油气田油藏动态分析主要分为日常、月度、年度、阶段动态分析。
不同阶段及不同油气藏特征的动态分析内容和侧重点各不相同，且随着油藏分析技术的发展，各阶段油藏分析工作内容及要求也将随之改变。因此，在平台设计中应充分考虑规程的可配置性和可扩展性。 该平台采用插件式业务规程设计，油藏动态分析模块的以微软的Smart Client Software Factory（简称SCSF）为基础，SCSF提供独立插件和界面，并实现各独立模块之间的通信，这些插件被流程串在一起实现各种各样动态分析流程。
3.4.2 协同分析环境
图3 数据集成接口架构设计示意图
协同分析环境是要将各种油藏动态分析软件集成到油藏动态分析管理平台中，实现不同阶段分析分析工作能够在同一的平台上进行协作。由于不同的分析软件采用了不同的实现技术和体系结构，要向异构系统提供数据，集成各软件的成果就必须采用标准化的接口。
为了避免在分析应用软件发生变化时对整个平台造成不利影响，使用配置文件配置各软件所需的数据格式，并且制定数据提供的标准格式（如图3）。第三方软件直接向集成管理平台提供的接口发送数据请求，集成管理平台通过查询引擎从开发生产数据库获取数据，将数据压缩后通过标准的Web Service接口发送给第三方软件。
3.4.3 成果订阅与
油气田管理者通常只关注相关的油藏分析成果、指标等管理信息，且不同的管理者关注的信息不尽相同。因此平台提供成果订阅和门户，管理者可以根据需要进行成果订阅，平台自动相应的分析成果、指标并推送到相关管理人员桌面。
3.4.4 专家支持
本平台的一大特点是分析流程的可配置性，首先系统中可以根据一些专家的经验总结出一些流程包，提供给用户使用，但是实际的分析情况多种多样，预设的分析流程包可能不适合用户的实际情况，用户可以自行调整流程，未来可以对用户自行调整流程的动作进行日志记录，定期对日志进行数据的挖掘，提炼出更好、更优的流程，然后集成到系统中，为新员工提供专家支持，提高年轻的工程师分析问题的能力。
4前景与展望
随着平台不断的维护和完善，系统的流程化分析会越来越成熟，系统中积累的专家经验也更丰富，将一些易于量化的流程完全交给计算机来处理，做到智能化分析，逐步发展成为一个动态分析的专家系统。
参考文献
[1]丁长明，丁长辉.油藏工程学的发展现状及认识[J].海洋石油，2000(3)：43-44.
[2]张校，张云龙.油藏动态分析问题探讨[J].科技风，2009(23)：220-221.
[3]王慧斌，王建颖.信息系统集成与融合技术及其应用[M].北京：国防工业出版社，2006：15-27.
《动力学与控制学报》2014年第二期
1动载荷反演分析理论研究
20世纪70年代以来，广大学者在动载荷反演分析技术方面倾注了大量的心血，做出了卓有成效的工作，Stevens［1］、Dobson和Rider［2］、HirotsuguIn-noue等［3］、Nordstron和Nordberg［4］、许锋等［5］，对动载荷反演分析技术不同发展阶段进行了总结．动载荷反演分析理论，广义上可以分为频域法和时域法，从研究工况上可以划分为三类:一是载荷作用位置和载荷历程均未知，确定载荷作用位置和时间历程;二是载荷作用位置已知，确定动载荷作用时间历程或频域信息;最后是移动载荷反演，若载荷移动速度已知，隐含了已知的作用位置信息，可以归为第二类．下面详细阐述动载荷反演分析理论的发展历程．
1．1频域研究进展动载荷反演分析频域法是发展较早、比较成熟的反演分析方法．频域法分析的基本思想，将动力学系统在时域内输入与输出的卷积关系，转化为频域内输入与输出的乘积关系，在频域内建立系统的频率响应函数模型，再通过系统的输出估计系统输入．常用的频域直接求逆法的过程为，假定要反演的载荷数目为Ni，实测响应数目为N0，则在频域内，要反演的输入动载荷F(ω)与测量的输出响应X(ω)之间满足另外，结构动力学响应分析常用的模态坐标转换法［6－9］，也应用到动载荷反演频域分析中，在通过理论计算或模态试验方法获得结构模态参数的情况下，通过模态坐标转换得到频域下的输入载荷．在频域内，响应X(ω)在模态坐标和物理坐标下满足关系二十世纪七十年代末，Barlett和Flannelly采用频域法用加速度响应识别了直升机主轴的动态载荷［10］．1982年，Giansante等用上述方法识别出了AH－1G直升机飞行时主轴和尾桨所受的外载荷，解决了该理论在实际应用中的非线性问题［11］．1984年，Ewins等通过测量结构动应变，在频域内重构了作用于复杂压缩机叶片上的动载荷，对响应选取及对识别精度的影响进行了讨论，提高了低频段动载荷反演精度［12］．J．A．Fabunmi讨论了结构动载荷反演中模型约束问题等因素对反演结果的影响［13］．N．Okubo等用频响函数直接求逆法研究了三种不同实际结构(车床、汽车发动机和空调)的动载荷反演问题［14］．1984年，李万春等在频域内对武装直升机模型的载荷六要素进行反演，并在结构轻度非线性方面给出修正方案［15］．1987年，Stevens详细探讨了动载荷反演问题的发展前景及面临的困难，指出测量噪声、在固有频率附近频响函数的病态和频响函数的测量误差是动载荷反演分析技术发展不快的主要原因;同时，指出测量响应的数目超过待反演载荷数目在一定程度上能减轻频响函数病态和测量噪声产生的误差，频响函数矩阵的条件数、模态分辨率矩阵、数据分辨率矩阵是评价反演结果好坏的一种尺度［1］．随后针对动载荷反演频域分析法的研究，许多学者分析了频响函数矩阵的计算特性，发现在共振频率附近频响函数的条件数较大，直接用(2)或(3)式进行动载荷反演求解，得到的解是不稳定的［1，16］．针对这种现象，一些数学物理反演问题求解理论［17－20］应用于动载荷反演频域分析，将(2)式的求解形式修正为阻尼最小二乘的正则化求解形式，λ是正则参数，L是微分算子，一般情况下取单位矩阵．LiuYi等针对共振频率处频响函数矩阵求逆的不稳定性，以及测量噪声和频响函数矩阵含有测量噪声等问题，建立了基于(7)式的动载荷反演频域求解模型，并提出了基于Morozov广义偏差原理的正则化参数选取方法［21］，选择正则参数．对于随机动态载荷的反演，常用(3)式输入载荷谱的形式进行求解;近年来，根据林家浩教授提出的结构动力学正问题求解的虚拟激励法［22－24］，林家浩、智浩、郭杏林等又发展了随机动态载荷反演的拟虚拟激励法［25－29］，郭杏林等对逆虚拟激励法开展了试验研究［30－31］，李东升等针对逆虚拟激励法在动载荷反演中，共振频率附近频响函数矩阵秩亏现象，提出了动载荷功率谱反演的广义小量分解法［32］，其解的形式与方程(7)类似．至此，动载荷反演频域法研究，已经从理论上解决了在共振频率附近频响函数矩阵为病态，动载荷反演结果不稳定的问题．总的来说，动载荷反演频域分析方法，动态标定简单、便于实现，特别适合于稳态动载荷反演;而对一些短样本的冲击类型动载荷反演存在一定的局限性，这是由于频域分析法要保证频域内有足够的频率分辨率，要求采样数据具有足够的长度，而这类载荷提供的采样数据往往有限;另外，在反演精度方面，频域反演法中模态参数的确定和高阶模态参数的截断也会带来反演误差;另外，频域内反演结果不直观，难以做到实时反演，因此，近年来许多学者由频域法研究转向时域研究．
1．2时域研究进展与频域动载荷反演分析技术研究相比，时域法研究相对较晚，但时域反演结果直观、便于应用，对非平稳载荷、瞬态冲击类型载荷反演具有一定的工程应用价值，受到工程界的青睐，发展至今逐渐形成了以Duhamel积分离散展开为基础的动载荷反演模型［33－45］、基于状态空间形式的动载荷反演析模型［46－59］，另外，函数空间展开逼近方法［60－72］、和现代智能算法［73－76］等，在动载荷反演问题中也有广泛应用，下面对这些方法进行评述．动载荷反演进入时域研究初期，大多是以Du-hamel积分离散展开为基础，建立动载荷反演分析模型，它是建立在求解Volterra第一类积分方程的理论基础之上，下面简述已知位移反演动态输入载荷的计算过程．线性时不变系统的结构动力学方程可写为始条件qr(t0)、qr(t0)，并利用(10)至(11c)式可以求得广义力Qr(tj)，不断重复这一过程可以得到Qr(t)的时间序列．同理，利用广义速度、广义加速度，或三者的混合形式都可得到积分间隔内阶跃载荷的求解形式．针对积分时间间隔内载荷线性变化形式，张运良等推导了基于Duhamel形式的动载荷反演求解公式［40－41］．随着动载荷反演时域分析技术的深入研究，许多学者发现，这种递推迭代格式的动载荷反演分析方法，对初始条件敏感，随着积分步数的增加，存在误差累积．文献［36－38］将动力学求解方程，写为脉冲响应函数与输入动态载荷的卷积形式，建立动载荷的反演求解方程，并引入正则化求解来抑制测量噪声引起的干扰［39］．随着系统辨识技术、控制理论的发展，结构动力学方程的状态空间求解方法也发展起来，在状态空间建立动载荷反演分析模型，也引起了广大学者的兴趣．方程(8)所示的结构动力学方程，可写为如下所示的状态空间形式()+定义为矩阵伪逆，这就是基于逆结构滤波器(InverseStructuralFilter，ISF)载荷识别方程，从形式上建立了测量响应与输入载荷之间的递推求解格式，但矩阵A^往往是数值不稳定的，Steltzner和Kammer并没有直接使用(18a)式来反演输入动态载荷，而是利用(18a)建立了Markov参数的计算格式，进而反演输入动态载荷［50］．为解决矩阵A^的数值不稳定，Allen等对ISF进行改进，提出了DMISF(DelayedMulti－stepISF)［51］;Law等提出了状态空间形式的移动载荷识别方法，并利用动态规划法解决反演结果扰动过大的问题［52］;随后正则化技术、灵敏度分析法等优化求解方法，也应用于状态空间形式的动态载荷反演分析，进一步解决反演结果扰动太大的问题［53－56］．基于函数逼近的动态载荷反演分析，即将输入动态载荷表示为一系列函数或参数的形式，通过确定这些函数或参数，进而确定输入动态载荷［57－66］．最常见的是将结构输入动态载荷，时域上在傅立叶空间展开、空间域上在模态空间展开，通过确定傅立叶级数、或模态空间的系数，进而确定输入动态载荷［57－59］．然而，傅立叶空间展开存在高频截断，模态空间是整个结构全局的空间函数，反映的是整个结构的振动特性，输入载荷往往处于结构的局部位置，并且模态空间函数在结构约束边界处往往为零，这样使得动载荷在模态空间展开具有一定的局限性．Jiang等针对模态函数在结构约束边界为零的现象，将空间分布载荷在Legendre多项式空间展开，并成功应用于Euler梁上空间分布动态载荷［60］和作用于薄板上的空间分布载荷［61］．Liu等针对模态空间展开分布动态载荷的局限性，提出了一种改进的空间分布动态载荷反演方法，将空间局部位置的输入载荷表示为一系列空间正交基函数的形式，通过重构函数系数来确定空间分布动态载荷，并引入正则化技术来解决动载荷反演问题的病态特性［62］．张方等将空间分布动态载荷表示为广义多项式的形式，成功重构空间分布动态载荷［63］．另外，还有学者在时间域上，将输入动态载荷表示为基函数的形式，通过重构基函数的系数进而确定输入动态载荷［64－65］．随着数值仿真技术的发展，一些智能算法如遗传算法、神经网络、蚁群算法等逐渐发展起来，并应用到动载荷反演分析，丰富了输入动态载荷反演分析的求解方法［66］．
2动载荷反演分析技术工程应用及研究难点
动载荷反演分析问题，在理论方面已有许多研究成果，在实际工程中也有一些尝试性地应用［67］，但总的来说动载荷反演分析技术工程应用还不充分，目前还没有形成像结构动力学正问题分析一样被广泛应用的分析工具，为使动载荷反演分析技术在实际工程中得到充分应用，仍有一些难点问题值得我们努力．(1)建立考虑模型误差的动载荷反演分析理论．动载荷反演问题是继系统辨识技术之后，发展起来的结构动力学第二类反演问题．当前的动载荷反演分析理论，大多是建立在系统辨识模型具有较好精度的前提下，讨论测量响应误差，对动载荷反演分析结果的影响．在数值仿真过程中，这种影响可以完全忽略，但要应用于实际工程，不可避免地会碰到系统模型与实际工程存在差异的问题，特别是对一些复杂系统，这种问题会表现地更为突出．(2)发展结构与载荷互相耦合的非线性系统动载荷反演分析技术．当前的动载荷反演分析理论，大多是在线性系统的基础上发展起来的，在实际工程中许多结构系统是非线性的，甚至是与输入动载荷产生耦合．(3)发展在线实时反演技术．动载荷反演分析技术，除了为结构优化设计和结构疲劳寿命评估，提供有效地输入依据外，还可更好地为服务于结构系统实时辨识、结构健康监测、动力学控制等，而在线实时动载荷反演分析技术就显得尤为重要．(4)建立有效地动载荷反演分析结果评估准则．与数值仿真模型相比，在实际工程中，响应测点的数目是有限的，信息缺失造成的不适定问题会更为突出，对通过少量的测量响应反演得到的输入载荷进行正确地评估，也是动载荷反演分析过程中值得关注的研究内容．
3小结
动载荷反演分析技术的工程应用，受到结构系统辨识技术、数字信号处理技术、动态测试技术、反演分析理论等理论技术的发展相互制约．本文综述了动载荷反演分析技术近年来国内外的研究成果，并对后续动载荷反演分析技术应用于实际工程，需要开展的研究方向进行了展望．希望本文能为读者了解和掌握动载荷反演分析技术提供方便。
作者：毛玉明林剑锋刘靖华狄文斌单位：上海空间飞行器机构重点实验室上海宇航系统工程研究所
【关键词】技术经济；风险规避；决策阶段
1 电力工程技术经济特点概述
为了对决策阶段的技术经济进行分析，本文给出了如下6个电力工程技术经济特点：
①在决策阶段所呈现出来的技术经济文件，都是行业性标准化文件，有着自身的定额。
②电力工程有着技术专业性和工程条件的复杂性，正是这些工程复杂度，决定了各个工程的报价预算有自身特点，造成了参考性较低的特点。
③在最终方案评选过程中，通常以输变电工程整体为单位，进行综合经济评价比较。
④由于工程本体费用所占的比例逐年减少，造成外界因素对工程造价影响越来越严重。
⑤项目投资回收期长。
⑥通常参照历史类似规模工程相应的指标设立。研究指出，电力工程的可行性研究和经济技术分析，还要贯彻、执行国家的技术、产业的相关政策，严格执行有关法律、法规以及专业设计规程，在现行国家标准、电力行业标准的范畴内进行。
2 电力工程决策阶段及技术经济分析原理
2.1 电力工程投资决策分析
通常行业的投资决策，是由项目可行性研究和对可行性研究进行审计两个部分组成，前者的目的是进行方案的设计优化，后者的目的是根据审计结果提出决策。一般工程类投资决策过程，如图1所示。由图1中一般工程类投资决策流程可知，在电力工程投资决策阶段，工程造价管理的主要内容包括：①需要确定影响电力工程项目投资决策的主要因素②对电力工程决策阶段的投资进行估算。③针对电力工程项目决策阶段进行经济分析，分析内容包括基本要求和财务评价，在基本要求中，用到的技术经济方法有动态分析、定量分析、全过程分析、宏观效益分析、价值分析和预测分析；在财务评价中，可能用
到的技术经济方法有盈利能力分析、外汇效果分析和偿债能力分析等。④对所研究的电力工程项目的社会效益和国民经济进行评价。⑤对电力工程项目决策阶段的风险管理提出预案。
2.2 技术经济分析原理
在电力工程决策阶段的投资估算中，需要运用技术经济的方法进行分析，其估算项目从筹建施工到建成投产所需要全部建设的资金总额。工程项目的投资估算内容，主要有固定资产估算和铺底流动资金估算，而固定资金又由静态部分和动态部分两个环节构成，其中，静态部分包括设备和工具的购置费、基本预备费和工程建筑的其他费用；动态部分包括在电力工程项目建设过程中的涨价预备费和贷款利息。铺底流动资金的计算如下：流动资金=流动资产-流动负债（1）式（1）中，流动资产等于应收账款、存货、现金和预付账款的总和，流动资金本年增加额等于本年流动资金与上年流动资金的差值，各项流动资金平均占用额等于周转额与周转次数的比值。固定资产的动态部分相对静态部分是一个较小的量，因此，在电力工程决策阶段的固定资产估算中，主要针对静态部分进行估算，通常采用单位生产能力估算法和生产能力指数法：
（2）
其中，单位生产能力估算法主要用于新建项目或装置的估算，而生产能力指数法适用于只了解工艺流程及规模时未知详细的工程设计资料，通常承包商采用生产能力指数法，进行固定资产静态部分的估算。对于流动资金的投资估算方法，主要有分项详细估算法和扩大指标估算法，其中，分项详细估算法在式（1）已经做了解释，扩大指标估算法如下：年流动资金额=年费用基数×各类流动资金率（3）财务评价的基本步骤：①进行财务基础资料预测，编辑财务评价的辅助报表。②编辑和评估财务评价的基本报表。③计算财务评价的各项指标，分析项目的财务可行性。
3 电力工程可研决策阶段投资风险分析及基本策略
3.1 投资风险分析
随着我国电力体制的改革，电力行业对政府的依赖性逐渐减弱，市场将会发挥越来越大的作用，对投资人来说，是机遇与风险并存的。因此，需要投资人对电力工程项目的投资更加理性，在考虑效益的基础上，还要考虑到风险亏损，而在风险亏损的分析中，离不开技术经济理论的支持，运用该理论可以有效避免不必要的亏损，为其所代表的企业竞争力和抗风险能力的提升做出贡献。为了对电力工程可研决策提供合理的风险规避措施，首先，需要了解风险因素，本节针对内部风险和外部风险进行分析，以期为规避措施的提出奠定基础。①内部风险：该类风险主要包括工程建设、产品购买者的信用、运行维护和合作伙伴的信用等，若想避免这些风险，投资人可自行搞好工程建设与运行维护，选择信用好的合作伙伴并注重开发信用好的购买客户，因此，该类风险是可控制与转移的风险大类别。②外部风险：该类风险包括的内容主要是汇率变动、产品销售、融资成本、财务结构燃料供应、法律变更和环境保护等，由于这些风险是项目外部的类别，即市场风险，在实际的决策分析中，某些市场风险是可以通过商务合同转移的，也有一些风险是难以规避的。因此，为了在全新的市场竞争中获得成功，需要对风险进行技术经济分析，在分析结果的基础上规避风险，以期为电力工程项目的获利做出积极响应。
3.2 基本策略
由于在电力工程可研决策阶段的技术分析中，存在如表1的五类常见错误，需要对其进行基本策略的约束，为电力工程提供更为规范和准确的依据。误，为做好电力工程可研决策，需要遵循一定的基本策略：①严格招投标程序，确保选出优秀的承包商。②从观念上提高对技术经济分析的重视程度。③建立电力工程数据库和信息网络平台。
4 结语
通过本文的论述，得出技术经济在电力工程的可研决策阶段，有着重要的应用价值，可以通过量化的方式，为工程决策的风险规避提供积极的建议。
参考文献：
[1]陈阿丹.电力工程在可研决策阶段的技术经济分析[J].中国高新技术企业，2013，（19）：120-121.
[2]王婷，华志武.基于全生命周期造价管理的电力工程项目造价管理[J].中国管理信息化，2009，12（7）：80-81.
[3]印玺.电力工程造价控制方法研究[J].现代商贸工业，2011，（18）：183-184.
[4]刘刚，王学申.电力技术及电力系统规划探究―――以智能电网为例[J].中国科技信息，2011，（9）：60，69.
0引言 伴随着软件行业的飞速发展，软件项目越来越庞大，其开发团队需要越来越多的人参与其中。软件行业人员的高度流动性以及国内软件项目管理的混乱，造成了代码和文档的不一致，使得程序的可重用性、可维护性比较差，软件维护费用开销太大。在这种情况下急需设计出一些好的程序分析工具进行程序剖析，例如自动给源程序生成注释或规格说明来帮助人们理解程序，并保持基线管理的一致性［1］。合约式设计的思想根植于正规的（也就是数学形式的）软件构造分析方法。合约是由断言所组成的，这些条件被用来描述前置条件、后置条件和不变量。一般情况下，软件系统有4种合约类型。它们分别是语法合约、数据行为合约、控制合约和服务质量合约。语法合约是控制性合约，而与语法合约不同的是，其他3种高层合约都不是强制性的，即使没有数据行为合约、控制行为合约或服务质量合约，软件系统也能够运行。但是不能保证良性运行。为了避免程序漏洞带来的危害，提高程序的质量，人们已进行了许多研究［2］。其中，基于合约的程序设计［3］（DesignByContract，DBC）就是一种十分重要且得到广泛应用的技术。从而，基于合约的程序动态分析也成为软件质量保证的一个重要途径。 1合约的概念 从程序员的角度上讲，程序就是为了解决某一实际问题的，用某种语言表示的一个有限指令序列；从逻辑的角度上理解，具体的一种计算机语言，就是符号逻辑中的一阶语言，计算机语言中的语法规则就是一阶语言中Lt的具体体现；语句就是一阶语言中的公式，程序就是定义于此一阶语言的一个结构［4］。规范是软件所需要满足的需求和目的的体现，它是一种易于理解的精确而形式的陈述。以便恰当地体现需求。规范由2部分组成，第一，性质规范是属性的形式陈述。一般属性涉及安全性、可靠性、健全性和有效性，它定义了程序对所有可能的执行必须具备的特征。第二，功能规范是功能需求的形式陈述。功能需求描述程序的需求行为。一般地，程序规范描述程序要达到“什么”，而不描述“如何”达到。也就是说规范以结果的形式描述行为。合约实际上就是一个程序必须满足的规范，主要是由断言组成的一个程序行为的约束集合，并对这些约束条件进行核查。简化的讲，合约就是“规范和核查”。所谓断言［3］就是必须为真的假设，只有这些假设为真，程序才能做到正确无误，从而确保高质量软件系统的出现。合约式设计的主要断言包括前置条件（Pre－condi－tion）、后置条件（Post－condition）和程序不变量（Invari－ant）［2－4］。前置条件（Pre－condition）是针对面向对象程序设计的方法，它规定了在调用该方法之前必须为真的条件。后置条件（Post－condition）主要是针对方法而言的，它规定了方法顺利执行完毕之后必须满足的条件。程序不变量（ProgramInvariant）也可以叫作程序不变式，是指在程序的某个位置（例如Java的类中某方法的入口点或出口点）可见的，所有变元之间用公式的形式描绘出来的关系（包括变元本身的变化情况）。它是针对整个类而言的，规定了该类任何实例用任何方法时都必须为真的条件。举个简单的例子：对某个类的方法m入口点的分析得出结论：x＝2＊y＋3＊z，也就是说不管使用什么样的测试程序实例化这个类，变元x，y，z在方法m的入口点，始终满足x＝2＊y＋3＊z。那么，表达式x＝2＊y＋3＊z对于该类来讲就是一个程序不变量［5］。 2合约式程序设计 合约式设计（DesignByContract，DBC）的思想是由合约式设计之父BertrandMeyer提出的。合约式设计本意是比较简单的，就是在设计和编码阶段向面向对象程序中加入断言。断言应使用某种编程语言嵌入到程序中（而不是仅仅通过文档加以声明），只有这样对于程序员来讲才有意义，更好地支持测试和调试工作［4］。合约式设计，为编程者或者测试者提供了一个不同于传统模式的观测程序的视角维度，并且是一个特别重要的维度。但是，不是说原来的设计维度不要了，而是提醒设计者，还存在一个维度即合约的维度。合约式设计的思想与当前主流设计思想是相辅相成的。合约式设计对于软件开发来讲意义是重大的，主要体现在下面3个方面。 2．1合约式设计有助于提高软件质量 合约式设计对编程过程中出现的“错误”进行了明确的处理，这种清晰的思路，对于提高产品的可靠性和正确性，作用是巨大的。合约本身是对于程序前提和功能的一种规范，而在编写这些规范的时候，程序员看待程序的角度是不一样的。特别是当软件规模达到一定程度，复杂到一定程度的时候，已经没有任何方法来确保软件完全正确。但是如果开发者能够以一个不同的角度来审视自己的程序，那么相当于用两道不同的工序来确保产品质量，可靠性大幅度提高。 2．2合约式设计有助于得到优秀的设计 在合约式设计的过程中，可以很清晰地划分软件模块的权利和义务，这个划分过程本身对于系统整体设计的帮助是特别大的。从而进一步可以对软件模块接口的设计及理解更加透彻，所以能够使程序更加趋于完美。 2．3合约式设计有助于提高文档与代码的协同性 作为一个程序设计者，面临的主要矛盾是要创造出“好”的设计。一个设计只有满足简单、清晰、强壮、灵活、高效才能算是“好”的设计。所谓简单，就是避免无谓的复杂化；清晰，就是要让设计紧凑明确，容易理解；强壮，就是设计质量要高，错误少，易实现，便于测试；灵活，就是让设计方案保持弹性，随时变化，应对需求变更；高效，就是要避免无谓的效率损失，尽可能提高系统性能。上述几点，合约式设计都能满足，从而使文档与代码的协同性得到充分提高［6］。 3基于合约的程序动态分析#p#分页标题#e# 关于程序行为描述的生成方法已经有了大量的研究，这方面的工作主要可以分为2种类型———静态分析和动态分析。静态分析方法通过检查程序代码等文档，发现系统隐含的性质，从而产生相应的形式化规格说明，也就是合约。在一定的条件下静态分析方法确实能够发现程序中所隐含的重要性质，但是这类技术通常只能成功应用于小规模的程序。近来研究发现，通过程序的实际（重复）运行，发现其行为合约的动态分析方法才是更适合的方法。其实动态分析和静态分析是相辅相成的。一般情况下动态分析产生“程序不变量”，即通过几组数据集的执行获得某些属性是真的信息；静态分析可以帮助确定这些不变量是不是真的不变量。当静态分析与动态分析不一致时有2种情况，即动态检测过程错误，以及由于静态分析没有分析所有可能路径而得出偏激结果。 3．1静态分析 静态分析是检验确认软件系统的一种方法。它的主要特点是无需运行软件系统本身，而对需求分析、设计和编码阶段得到的文件进行检验，以保证软件质量。主要有3种检验方法：针对需求说明的静态分析、针对设计文件的静态分析、针对源程序的静态分析。其中对程序做静态分析有2种做法，即程序特性信息分析和程序正确性分析。 3．2动态分析 现在把程序动态分析技术分为2种方式： 3．2．1传统方式的程序动态分析 对被测程序进行动态分析是要在运行被测程序的条件下，取得程序的动态特性信息。传统的动态分析通常要经历的过程是：（1）针对需求说明书的程序动态分析。典型方法是功能测试（即黑盒测试）。（2）针对设计文件的程序动态分析。根据设计过程中所涉及到的计算公式、算法、模块功能及接口等设计环节，提出测试数据，进行动态测试［6］。（3）针对源程序的动态测试。根据程序结构，包括程序中的语句、分支、路径或根据数据流、表达式、设计测试数据所完成的动态测试，常用的是分支测试和路径测试［3］。 3．2．2合约式的程序动态分析 提到合约式的程序动态分析［4］，一般都会想到合约和合约式程序设计的概念。那么什么是合约式的程序动态分析呢，首先它是一种程序动态分析方法，其次这种方法运用了合约式程序设计的基本思想，它建立在传统程序动态分析技术基础之上。主要分为针对设计文件的合约式程序动态分析和针对源程序的合约式程序动态测试。这两者在实际过程中应该是结合在一起的。 无论是一般程序设计还是在合约式程序设计过程中，必然要对整体程序中的模块、接口、类、变量等进行详尽分析。那么，它们之间肯定满足某些特定关系，这些所谓的特定关系就是程序无论如何运行，无论采用什么样的测试用例运行都要满足。合约式的程序动态分析方法就是，通过向待测程序中插入断言，然后编译运行，从而达到检测这些所谓的特定关系是否真正满足的目的。确定问题的所在。下面介绍一下具体过程。进行合约式的程序动态分析对设计文件的动态分析是必不可少的，在这个基础上分析出了类与类之间、变量之间、接口与类之间等等应该满足的必要条件。这些属性是保证软件正常运行的必要条件，在函数的入口处或者在类的开始位置，以断言的方式把所有属性写入源程序中，形成一个和原来程序同名的程序，然后运行该程序，如果出现异常，那么可以精确定位到出错位置，否则认为软件是合格的。概要流程如图1所示。由图1中可以看出，要进行合约式程序动态分析的一个必要条件是需要一个支持合约的程序编译器，例如，现有的Eiffel，JML编译器等。 目前，基于合约的程序动态分析做的比较好的是麻省理工学院计算机和人工智能研究所，他们开发了以发掘程序动态不变量为主要任务的动态不变量检测工具Daikon。Daikon是美国MIT程序分析组自1998年开始研究的，用Java语言开发的不变量检测工具，用于分析程序数据结构、动态分析程序不变量［7］。Daikon的主要依据是基于合约的程序动态分析理论，对程序进行动态检测，从而达到精确发现不变量的目的。ISEInc的Eiffelsoftware是一款支持合约式程序设计的软件，它的内嵌编译器同样支持合约式的程序编译，那么程序动态分析可以借助于Eiffel的编译器进程程序的分析检测［6，8］。现在的主要任务是针对任何语言开发一款支持所有语言的合约式程序分析编译器，如果这样就可以对任何程序进行合约式程序动态分析。当然现在已经出现了针对个体语言的合约式编译器，例如针对Java语言的JML编译器、iContract编译器等［1，9］。 4结语 无论静态分析还是动态分析，它们最终目标都是为了保证软件质量。如果能开发出新一代的编程语言，它能够把合约式的编程理念融入到其中，使编程者把合约断言等都写入编程代码中，并支持合约式程序的动态分析，那么这势必是21世纪计算机行业的一项重大突破。
由于地震的多发性,对体型复杂的超高层建筑,抗震设计也变得更加重要。世界范围内最高的一批建筑物的设计和分析超出了规范中的传统设计方法,如按常规设计有可能作出偏弱和不经济的结构设计。因此基于性态的设计原理在工程设计中来越得到重视,基于性态的方法要求设计者对建筑物在地震作用下可能形成的性态反应做出评价。对于超高层的建筑则必须采用基于性态的方法以证实该建筑满足抗震性能,且其设计必须经专家组审查[1]。
1性态准则
基于性态的设计包括:1)选择多个重现期水准;2)以选定的性态水准相对应的界限值为标准,对构件和建筑物的变形进行评价;3)计算与这些重现期对应的地震地面运动下的结构反应;4)利用"能力设计原理"对构件进行评价,保证不出现非延性失效方式。
分析方法、模型化方法与结构性态本身的随机性会在预测建筑物反应的过程中引入不确定性。基于性态的设计考虑以下三个因素:1)对输入的地震地面运动进行组合;2)经分析预测结构的反应;3)建筑物的真实性态之间所作的协调将会取得阶段性的持续改进。相对于传统的规范方法,高层建筑的性态设计方法是一个重要改进,能使设计者和业主更深入了解建筑物在地面运动下可能形成的反应[2]。
2设计目标及建议
高层建筑基于性态的设计应突破传统规范设计方法,除满足“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设防目标时,尚应考察两个评价水准,即:1)正常使用水准评价:在重现期约为50a的地震下只出现可忽略的损伤。要求结构基本处于弹性反应状态。2)倒塌水准评价:在重现期接近2500a的地震水准预计会发生的最大地震振动下防止倒塌。并能证实:a·所有延性结构构件中的非弹性变形需求均小于其变形能力;b·在具有非延性破坏模式的部件中,力的需求不小于其名义强度。同时对超高建筑物和复杂建筑物可能要求设计者证实起控制作用的构件在中等地震振动下仍保持弹性。
经济地完成高层建筑结构设计是一项复杂的技术,包括在风和地震作用下的侧向刚度要求、变形要求和强度要求,且每项要求中都混合有施工可行性等问题。
3场地反应
对于硬、软岩石场地,基岩运动的场地放大效应通常较小,在危险性评价中可忽略不计。对于密实土和软土场地,确定地震需求的更完善的方法是完成一项场地反应考察。其中,基岩振动靠竖向传播的剪切波经非线性土层向上传递。当前,正在形成模拟从断裂到场地的整个波动传播过程的精细全面的三维方法。
对于建在较软土层上的具有深埋实体基础或基础结构的高层建筑设计,关键是在给出地震动在地基层中随深度的变化规律后,找出更适合用于建筑物的设计的地震动。另外“基础地震动”有可能明显不同于地震危险性评价所预测的自由场地地面运动。场地反应研究还应识别边坡的稳定性、土壤液化的可能性及其它地震地质危险等[3]。
4地基及基础效应
场地的土层和建筑物的基础形式能通过不同途径影响建筑物的地震反应和性态,包括:1)改变在自由场地处或某深度处预测的对建筑物的地震输入;2)对土-基础-建筑物体系形成附加柔度和阻尼,这将延长建筑物的周期并减弱地震需求。这些效应在软土场地上更加明显。
此外,由于建筑物下面土层中总存在不确定因素。因此在评价土壤性能时总要考虑变异的影响。对一幢高层建筑而言,地基变形对上部结构反应具有显著作用。建筑物在一次地震中的侧向挠度会比其基础的平移大很多,故基础体系的水平变形常可忽略不计。但是,因土壤-基础的可变形性在建筑物基底形成的较小转动,却能导致建筑物顶端的显著侧移。故在分析和设计中应考虑这种可变形性。
土-结构相互作用用来描述基础和土层对结构性能的影响。一般来说,这种影响包括三个方面:1)土壤-基础体系在滑动和转动中具有一定的质量和可变形性;2)地震能量经地基基础传入上部结构,同时结构中的震动能量会传入地基,并由地基以及从基础经应力波的形式外幅射而耗散;3)传入建筑物的地震地面运动受基础的埋深和刚度的影响。在结构抗震实践中,有时土壤的非线性性能有时会成为一个起控制作用的因素,并应考虑到土壤在大应变下的应变软化和附加滞回阻尼。
对于高层建筑,基础通常是实体的,并具有相当大的埋深,而且在主塔建筑的基础和周围裙房基础还可能设在不同的深度,此时经基础传至上部结构的地震动可能会存在比较大的差异。在某些层状土中,这种特点有可能会对传入建筑物的地震运动产生明显影响。因此建筑物被这种环境下的基础运动所激励,应恰当估计结构不同基础下的地面运动。当表层土不佳且软时,基底运动和自由场地运动的差异将最为突出。由于土的离散性比较大,以及在定义土壤参数和如何把它们与模型化假定等问题上存在很大不确定性,故结构工程师应谨慎考虑土-结相互作用,采用正确的土-结构相互作用分析模型[4]。
5基于变形的设计原理
在基于性态的抗震设计中,变形是起控制作用的参数。由于性态以损伤程度为标志,损伤又与构件和体系的变形程度相关,必须提供足够的强度来防止过度的非弹性变形。另外,那些在达到最大强度时不具备屈服后变形能力的构件则不允许经历非弹性变形。因此对这类构件应使用基于力的验算方法。
建筑物的总位移只能对建筑物的性态作定性评价。层间位移角是在一个给定的时间步长内两个相邻楼盖的相对水平位移角,但在高层建筑中是把每层的这些相对运动看作刚移和剪切变形角引起的分量来评价。同时应弹性层间位移角限值与弹塑性层间位移角限值的要求。
非弹性的构件变形是评价延性构件的结构性损伤及结构性倒塌趋势的基础。评价一般是通过在一个时点比较逐个单一部件的变形需求与容许值来完成的。而容许值应以所提供的结构性构造以及并存的构件力为依据。
6结构分析及模型化方法
在此引入高层建筑结构构件模型化的基本原理,对每一类构件的分析都要建立一个三维有限元模型,以便表征结构的平动和扭转效应。建筑物的数值模型应细化到足够的程度,以考虑影响建筑物反应的结构性构件和非结构性构件的交互作用。此外,对“正常使用水准评价”和“倒塌水准评价”可以建立不同的模型。
在建筑物的数学模型中,应包括其刚度和质量对建筑物的动力反应作出贡献的所有结构性构件和非结构性构件。对只承担重力荷载的结构体系,特别是在钢筋混凝土结构中,将明显影响高层建筑的抗震性态,也应包括在数学模型中。设计者应在"抗震设计基本资料"中记录下分析中使用的构件模型的基本技术信息。并应能重现构件在相关物理试验中的力-变形关系。
7弹性分析及非线性分析
7·1弹性分析
振型分解反应谱法和时程分析法是高层建筑常用的两种弹性分析方法。弹性分析适用于每个结构构件的需求都小于它的名义强度。弹性分析通常用于“正常使用水准评价”。
使用反应谱法分析时,必须有足够多的振型参与,以便至少让地震动沿每个主轴输入建筑物的总质量的90%参与进来。地震荷载的方向效应通过以下两种分析方法之一来考虑:1)沿建筑物的每个主轴同时使用最大值谱(或最小值谱)和最小值谱(或最大值谱);2)沿建筑物的每个主轴同时作用最大值谱(或30%最大值谱)和30%最大值谱(或最大值谱)。通过以上分析方法所得的最大(最不利)需求,对结构构件逐个构件进行评价来完成性态评价。
反应时程分析时,构件应验算保证在分析的每个时间步长内,从未乘系数的重力荷载和地震荷载效应获得的需求都小于名义抗力。在一个时间步长内对于一个给定的作用计算名义抗力时应考虑同时存在的其它作用。
7·2非线性反应时程分析及评价
反应谱法不是完全的动力法,地震动对结构的作用是一个随时间变化的过程,反应谱法求出的只是变化过程中的最大值,同时只能用于线弹性结构分析,不适用于非线性结构分析。地震作用产生的强烈响应,往往会使结构进入弹塑性状态,需要采用非线性分析,对于倒塌水准一般是非线性分析。非线性分析对于倒塌水准评价是必要的。分析中应考虑二阶效应,不需要考虑偶然性扭转。采用非线性时程分析时,在地震地面运动作用前就必须先行引入建筑物承重结构在重力荷载下的初始应力状态。
在分析的每个时间步长内,应通过验算保证构件从不乘系数的重力效应和地震荷载效应得到的需求均小于对应的抗力。延性作用的抗力用构件的变形表达;非延性作用的抗力用力的形式表达。不论哪一类作用,在给定时间步长内对一个给定作用(例如弯曲)计算抗力时,都应考虑在该时间步长内同时存在的作用(例如轴力与剪力)。
8评审专家审查及性态监控
在中、高地震危险性地区,越来越需要针对某个工程项目建筑物设计的专家组审查。高度明显偏大的建筑物要经过专家组或者有抗震性态控制和高层建筑分析、设计经验的咨询公司的仔细审查。专家队伍须包括高层建筑物设计、基于性态的地震工程、非线性动力分析、各种材料、构件和体系的非弹性性能、岩土工程以及地震危险性分析等方面的专家。对于高层和超高层建筑的分析与设计,应强制性通过专家或独立的评审专家组。
此外,鼓励装设量测仪器对建筑物的风效应和地震反应进行监控。这种监控为业主和结构工程师提供有价值的数据,以便在地震后立即评价可能形成的损伤,并为设计界提供有价值的数据来校准和进一步改进设计方法。
