機(jī)械原理的研究對(duì)象

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機(jī)械原理的研究對(duì)象范文第1篇

關(guān)鍵詞：功能原理；保守力；勢(shì)能

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）03-0070-02

一、問題提出

文獻(xiàn)[1][2]對(duì)功能原理的描述是：質(zhì)點(diǎn)系機(jī)械能的增量等于一切外力和一切內(nèi)非保守力所做功的代數(shù)和，稱作質(zhì)點(diǎn)系的功能原理，即

∑A外＋∑A內(nèi)非＝∑（EK+EP）-∑（EK0-EP0）?搖?搖?搖?搖?搖（1）

而文獻(xiàn)[3]對(duì)功能原理的描述是：質(zhì)點(diǎn)系總機(jī)械能的增量等于一切外力非保守力和一切內(nèi)非保守力所做功的代數(shù)和，稱作質(zhì)點(diǎn)系的功能原理，即

∑A外非＋∑A內(nèi)非＝∑（EK+EP）-∑（EK0-EP0）?搖?搖?搖?搖?搖（2）

比較（1）（2）可知，兩表達(dá)式左方不同，應(yīng)是∑A外+∑A內(nèi)非還是∑A外非+∑A內(nèi)非呢？也就是在功能原理中外力的功可否分為外保守力的功和外非保守力的功呢？內(nèi)力存在保守力和非保守力，而外力是否也存在保守力和非保守力？只有把這些問題弄清楚，才能正確理解功能原理。從而也能正確理解好相關(guān)的物理概念。

二、探究分析

功能原理是力學(xué)中的基本原理之一，是由動(dòng)能定理導(dǎo)出的。經(jīng)典力學(xué)中的動(dòng)能定理一般表述為∑A外+∑A內(nèi)=∑EK-∑EK0即諸外力所作之功和諸內(nèi)力所作之功的代數(shù)和等于系統(tǒng)（質(zhì)點(diǎn)組）總動(dòng)能的改變量。而功能原理它與動(dòng)能定理并無本質(zhì)的不同，它們的區(qū)別僅在于功能原理中引入了勢(shì)能，從而說明質(zhì)點(diǎn)系機(jī)械能的變化規(guī)律的。然而不同文獻(xiàn)[1][2][3]對(duì)其描述形式又不一樣，應(yīng)如何理解呢？

因?yàn)楣κ菣C(jī)械能變化的量度，所以機(jī)械能的變化需要通過做功來實(shí)現(xiàn)，∑A外反映系統(tǒng)和外界的能量轉(zhuǎn)換，這里視乎應(yīng)該包含兩部分∑A外保和∑A外非。而∑A外保就應(yīng)該和外勢(shì)能（系統(tǒng)和外界共有的勢(shì)能）相關(guān)，即∑A外保=-E外P。∑A內(nèi)非反映系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)械能和其他形式能量的轉(zhuǎn)換；如系統(tǒng)內(nèi)有滑動(dòng)摩擦力時(shí)，∑A內(nèi)非為負(fù)值，表明系統(tǒng)的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)換成了系統(tǒng)的內(nèi)能。這樣功能原理就應(yīng)該寫成文獻(xiàn)[3]的形式，并且等號(hào)右側(cè)勢(shì)能部分還蘊(yùn)涵著外勢(shì)能。

勢(shì)能概念是在保守力概念的基礎(chǔ)上提出的，勢(shì)能屬于相互作用的物體構(gòu)成的系統(tǒng)的。只有物體之間的相互作用力的性質(zhì)滿足力對(duì)物體做功與移動(dòng)路徑無關(guān)，只與物體的相對(duì)位置有關(guān)這一特點(diǎn)，系統(tǒng)才會(huì)具有與之相關(guān)的勢(shì)能。如重力――重力勢(shì)能，電場力――電勢(shì)能，分子力――分子勢(shì)能，等等，所以功能原理的應(yīng)用對(duì)象應(yīng)是系統(tǒng)。在運(yùn)用功能原理時(shí)應(yīng)注意：如在考慮機(jī)械能時(shí)引入了重力勢(shì)能，由于勢(shì)能屬于物體與地球共有，因此物體所受重力即為內(nèi)力（保守力），在計(jì)算合外力做功時(shí)應(yīng)剔除重力做功；同樣如引入彈性勢(shì)能，彈簧彈性勢(shì)能屬于彈簧和相連質(zhì)點(diǎn)所共有，因此彈簧的彈力即為內(nèi)力（保守力），計(jì)算合外力做功時(shí)就不應(yīng)再考慮彈簧的彈力做功。

如果存在外勢(shì)能，就一定存在A外保，而有保守力做功時(shí)，一定有勢(shì)能參與轉(zhuǎn)化，研究的對(duì)象應(yīng)是相互作用物體的全體構(gòu)成的系統(tǒng)。這時(shí)保守力又視為內(nèi)力了，如果這樣考慮，文獻(xiàn)[1][2]和文獻(xiàn)[3]也就統(tǒng)一了，其實(shí)文獻(xiàn)[1][2]中的∑A外和文獻(xiàn)[3]中的∑A外非是相等的。

三、實(shí)例闡述

例如，物體在水平面上移動(dòng)如圖1所示。可以把物體看成是研究對(duì)象，此時(shí)物體所受的重力可以視為外力，而此時(shí)∑A外保一定是零，所∑A外也就和∑A外非保相等了，這樣文獻(xiàn)[1][2]和文獻(xiàn)[3]就相同了。

再如圖2所示，起重機(jī)將貨物向上拉起，貨物因此而獲得動(dòng)能和重力勢(shì)能，這重力勢(shì)能實(shí)質(zhì)是貨物和地球共同具有的重力勢(shì)能。應(yīng)用功能原理時(shí)，研究對(duì)象就是貨物和地球組成的系統(tǒng)，貨物受到的重力即為內(nèi)力（保守力），而不是外力。此時(shí)外力一定不包含保守力，即，∑A外也是和∑A外非保相等的。

四、結(jié)束語

基于以上分析，我們認(rèn)為不僅存在內(nèi)保守力和內(nèi)非保守力，也存在外保守力和外非保守力。但對(duì)于分析一個(gè)物理問題時(shí)，最重要的是一定要明確研究的對(duì)象。對(duì)功能原理文獻(xiàn)[1][2]和文獻(xiàn)[3]雖然形式不同，但表達(dá)的物理含義是相同的，但我們認(rèn)為，文獻(xiàn)[3]表述的更準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn)：

[1]漆安慎，杜嬋英.普通物理學(xué)教程力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2]程守洙，江之水.普通物理學(xué)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3]漆安慎，杜嬋英.普通物理學(xué)教程力學(xué)（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2005.

通訊作者：譚振江（1965-），男，教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師。

機(jī)械原理的研究對(duì)象范文第2篇

關(guān)鍵詞：3D打印 SLM 機(jī)械 自動(dòng)化 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP334.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2015）04-0107-01

隨著3D技術(shù)的日趨成熟，對(duì)機(jī)械自動(dòng)化加工技術(shù)帶來了深遠(yuǎn)影響。3D打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)，逐漸在機(jī)械自動(dòng)化制造業(yè)得到了應(yīng)用。

1 金屬零件3D打印技術(shù)的分類

金屬零件3D打印技術(shù)是先進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。金屬3D打印技術(shù)分為三類：

（1）使用激光照射預(yù)先鋪展好的金屬粉末。包括激光選區(qū)熔化（SLM）以及直接金屬激光燒結(jié)成型（DMLS）等。其中激光選區(qū)熔化技術(shù)目前技術(shù)相對(duì)成熟，其對(duì)于任意形狀的零件幾乎都可以直接加工成型，致密度可達(dá)到近乎100%。（2）使用激光照射噴嘴輸送的粉末流，激光與輸送粉末同時(shí)工作（LENS）。該方法目前在國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛。（3）采用電子束熔化預(yù)先鋪展好的金屬粉末（EBM），此方法與第1類原理基本相似，其別在于采用的熱源不相同。

2 本文的研究對(duì)象

目前SLM的研究和開發(fā)是國內(nèi)外快速成型領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。本文以SLM為研究對(duì)象，簡要闡述了SLM的基本組成和成型原理，在對(duì)比國內(nèi)外SLM技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析研究了SLM技術(shù)未來的發(fā)展方向。

3 SLM的基本組成

SLM，一般由機(jī)械單元、控制單元、光路單元、保護(hù)氣密封單元、工藝軟件等部分組成：

（1） 光路單元主要包括反射鏡、光纖激光器、聚焦透鏡、掃描振鏡和擴(kuò)束鏡等。激光器是SLM設(shè)備中最核心的組成部分，近年來幾乎所有的SLM設(shè)備都采用光纖激光器，光纖激光器具有轉(zhuǎn)換效率高、性能可靠、壽命長、光束模式接近基模等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)楣饫w維激光光束質(zhì)量很好，因而光纖激光器在精密金屬零件的激光選區(qū)熔化快速成型中有著明顯的優(yōu)勢(shì)。掃描振鏡由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，可以使激光光斑精確定位在加工面的任一位置。（2）機(jī)械單元主要包括成型缸、成型室密封設(shè)備、粉料缸、鋪粉裝置等。（3）控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和多塊控制卡組成，激光束掃描控制是由計(jì)算機(jī)通過控制卡向掃描振鏡發(fā)出控制信號(hào)，控制X/Y掃描鏡運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)激光掃描。設(shè)備控制系統(tǒng)主要包括以下功能：

一、系統(tǒng)初始化、狀態(tài)信息處理、故障診斷和人機(jī)交互功能。二、對(duì)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行各種控制，提供了對(duì)成型活塞、供粉活塞、鋪粉滾筒的運(yùn)動(dòng)控制。三、對(duì)掃描振鏡控制，設(shè)置掃描振鏡的運(yùn)動(dòng)速度和掃描延時(shí)等。四、設(shè)置自動(dòng)成型設(shè)備的各種參數(shù)，如調(diào)整激光功率，成型缸、鋪粉缸上升下降參數(shù)等。五、協(xié)調(diào)控制五個(gè)電機(jī)，進(jìn)而控制對(duì)零件的成型加工。根據(jù)SLM工藝的需要，其所涉及的專業(yè)軟件主要有三類：切片軟件、掃描路徑生成軟件和設(shè)備控制軟件。

4 SLM成型原理

SLM技術(shù)首先利用計(jì)算機(jī)的CATIA、pro/e、UG等軟件設(shè)計(jì)出金屬零件的三維立體模型，接下來使用切片軟件將三維設(shè)計(jì)軟件形成的加工零件三維立體模型進(jìn)行切片分層，得到各截面的輪廓數(shù)據(jù)，由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑，設(shè)備將按照這些填充掃描線，控制激光束選區(qū)熔化各層的金屬粉末材料，逐步堆疊成三維金屬零件。

5 SLM設(shè)備的展望

縱觀國內(nèi)外的SLM設(shè)備和應(yīng)用情況，SLM設(shè)備在以下的方面還需要不斷的改進(jìn)和發(fā)展：

5.1 高性價(jià)比趨勢(shì)

目前對(duì)于機(jī)械自動(dòng)化加工業(yè)來說，SLM技術(shù)有很大的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用空間，但是SLM設(shè)備高昂的價(jià)格阻礙了它的推廣和應(yīng)用。一套SLM設(shè)備動(dòng)輒幾百萬元，且維護(hù)維修費(fèi)用高。為了更好的推進(jìn)3DSLM技術(shù)發(fā)展，則必須不斷改進(jìn)SLM技術(shù)裝備，降低成本，促進(jìn)3DSLM技術(shù)向著一個(gè)高性價(jià)比的趨勢(shì)發(fā)展。

5.2 成型大尺寸零件趨勢(shì)

目前，在機(jī)械自動(dòng)化加工行業(yè)，3DSLM技術(shù)尚不具備加工大型尺寸金屬零件的能力，這也是限制、阻礙3DSLM技術(shù)在機(jī)械自動(dòng)化加工行業(yè)應(yīng)用發(fā)展的重要影響因素。當(dāng)前，國外的相關(guān)科研機(jī)構(gòu)正在研究大型尺寸金屬零件3DSLM技術(shù)加工裝備，這也是未來3DSLM技術(shù)的發(fā)展方向所在。

5.3 與傳統(tǒng)加工方法結(jié)合的趨勢(shì)

SLM技術(shù)具有制造成本高、成型件表面質(zhì)量差等缺點(diǎn)。若是能將SLM技術(shù)和傳統(tǒng)機(jī)加工方法結(jié)合起來，則將使機(jī)械自動(dòng)化加工技術(shù)提升到一個(gè)新的發(fā)展水平。目前日本已經(jīng)開發(fā)出了金屬光造型復(fù)合加工設(shè)備，該設(shè)備將金屬激光成型和高速、高精度的切削加工結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合加工技術(shù)。

5.4 便攜化、智能化趨勢(shì)

隨著機(jī)械零件的輕量化和集成化開發(fā)，未來將會(huì)出現(xiàn)適合輕量化、集成化金屬零件加工的3DSLM技術(shù)，即便攜式SLM設(shè)備。這些SLM設(shè)備將成為今后人們生產(chǎn)和工作中的實(shí)用工具，顛覆傳統(tǒng)制造方式。未來，隨著傳感器、控制軟件的進(jìn)步完善，將會(huì)實(shí)現(xiàn)整個(gè)3D成型加工過程時(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)自動(dòng)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題自動(dòng)調(diào)整工藝參數(shù)來解決問題，最終實(shí)現(xiàn)更高程度的機(jī)械自動(dòng)化加工。

機(jī)械原理的研究對(duì)象范文第3篇

圖景。

一、量子力學(xué)突破了經(jīng)典科學(xué)的機(jī)械決定論，遵循因果加統(tǒng)計(jì)的非機(jī)械決定論

經(jīng)典力學(xué)是關(guān)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的科學(xué)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)是自然界最簡單也是最普遍的運(yùn)動(dòng)。說它最簡單，因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)比較容易認(rèn)識(shí)，牛頓等人又采取高度簡化的方法研究力學(xué)，獲得了空前成功；說它最普遍，因?yàn)闄C(jī)械力學(xué)有廣泛的用途，容易把它絕對(duì)化。[2]機(jī)械決定論是建立在經(jīng)典力學(xué)的因果觀之上，解釋原因和結(jié)果的存在方式和聯(lián)系方式的理論。機(jī)械決定論認(rèn)為因和果之間的聯(lián)系具有確定性，無論從因到果的軌跡多么復(fù)雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結(jié)果；機(jī)械決定論的核心在于只要初始狀態(tài)一定，則未來狀態(tài)可以由因果法則進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。[3]其實(shí)，機(jī)械決定論僅僅適用于宏觀物體，而對(duì)于微觀領(lǐng)域以及客觀世界中大量存在的偶然現(xiàn)象的研究就產(chǎn)生了統(tǒng)計(jì)決定論。[4]

量子力學(xué)是對(duì)經(jīng)典物理學(xué)在微觀領(lǐng)域的一次革命。量子力學(xué)所揭示的微觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派對(duì)量子力學(xué)的理解，同物理學(xué)機(jī)械決定論是根本相悖的。[5]按照量子理論，微觀粒子運(yùn)動(dòng)遵守統(tǒng)計(jì)規(guī)律，我們不能說某個(gè)電子一定在什么地方出現(xiàn)，而只能說它在某處出現(xiàn)的幾率有多大。

玻恩的統(tǒng)計(jì)解釋指出，因果性是表示事件關(guān)系之中一種必然性觀念，而機(jī)遇則恰恰相反地意味著完全不確定性，自然界同時(shí)受到因果律和機(jī)遇律的某種混合方式的支配。在量子力學(xué)中，幾率性是基本概念，統(tǒng)計(jì)規(guī)律是基本規(guī)律。物理學(xué)原理的方向發(fā)生了質(zhì)的改變：統(tǒng)計(jì)描述代替了嚴(yán)格的因果描述，非機(jī)械決定論代替了機(jī)械決定論的統(tǒng)治。

經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)雖然也提出了幾率的概念，但未能從根本上動(dòng)搖嚴(yán)格決定論，量子力學(xué)的沖擊則使機(jī)械決定論的大廈坍塌了。量子力學(xué)揭示并論證了人們對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)具有不可避免的隨機(jī)性，它不遵循嚴(yán)格的因果律。任何微觀事件的測定都要受到測不準(zhǔn)關(guān)系的限定，不可能確切地知道它們的位置和動(dòng)量、時(shí)間和能量，只能描述和預(yù)言微觀對(duì)象的可能的行為。因此，量子力學(xué)必須是幾率的、統(tǒng)計(jì)的。而且，隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)量子統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)性，不是由于我們知識(shí)和手段的不完備性造成的，而是由微觀世界本身的必然性（主客體相互作用）所注定。

二、量子力學(xué)使得科學(xué)認(rèn)識(shí)方法由還原論轉(zhuǎn)化為整體論

還原論作為一種認(rèn)識(shí)方法，是指把高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式歸結(jié)為低級(jí)運(yùn)動(dòng)形式，用研究低級(jí)運(yùn)動(dòng)形式所得出的結(jié)論代替對(duì)高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式的本質(zhì)認(rèn)識(shí)的觀點(diǎn)。它用已分析得出的客觀世界中的主要的、穩(wěn)定的觀點(diǎn)和規(guī)律去解釋、說明要研究的對(duì)象。其目的是簡化、縮小客體的多樣性。這種方法在人類認(rèn)識(shí)處于初級(jí)水平上無疑是有效的。如牛頓將開普勒和伽利略的定律成功地還原為他的重力定律。但是還原論形而上學(xué)的本質(zhì)，以及完全還原是不可能的，決定了還原論不能揭示世界的全貌。

量子力學(xué)認(rèn)為整體與部分的劃分只有相對(duì)意義，整體的特征絕非部分的疊加，而是部分包含著整體。部分作為一個(gè)單元，具有與整體同等甚至還要大的復(fù)雜性。部分不僅與周圍環(huán)境發(fā)生一定的外在聯(lián)系，同時(shí)還要表現(xiàn)出“主體性”，可將自身的內(nèi)在聯(lián)系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現(xiàn)了有機(jī)的自覺因果關(guān)系。在特定的臨界狀態(tài)，部分的少許變化將引起整體的突變。[6]

波粒二象性是微觀世界的本質(zhì)特征，也是量子論、量子力學(xué)理論思想的靈魂。用經(jīng)典觀點(diǎn)來看，也就是按照還原論的思想，粒子與波毫無共同之處，二者難以形成直觀的統(tǒng)一圖案，這是經(jīng)典物理學(xué)通過部分還原認(rèn)識(shí)整體的方法，是“向上的原因”。可是微觀粒子在某些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)波動(dòng)性；而在另一些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)粒子性。這兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能同時(shí)在一次實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)。于是，玻爾的互補(bǔ)原理就在客觀上揭示了微觀世界的矛盾和我們關(guān)于微觀世界認(rèn)識(shí)的矛盾，并試圖尋找一種解決矛盾的方法，這就是微觀粒子既具有粒子性又具有波動(dòng)性，即波粒二象性。這就是整體論觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的“向下的原因”，即從整體到部分。同樣，海森伯的測不準(zhǔn)原理說明不能同時(shí)測量微觀粒子的動(dòng)量和位置，這也說明絕不能把宏觀物體的可觀測量簡單盲目地還原到微觀。由此我們可以看出，造成經(jīng)典科學(xué)觀與現(xiàn)代科學(xué)觀認(rèn)識(shí)論和方法論不同的根本在于思考和觀察問題的層面不同。經(jīng)典科學(xué)一味地強(qiáng)調(diào)外在聯(lián)系觀，而量子力學(xué)則更強(qiáng)調(diào)關(guān)注事物內(nèi)部的有機(jī)聯(lián)系。所以，量子力學(xué)把內(nèi)在聯(lián)系作為原因從根本上動(dòng)搖了還原論觀點(diǎn)。

三、量子力學(xué)使得科學(xué)思維方式由追求簡單性發(fā)展到探索復(fù)雜性

從經(jīng)典科學(xué)思維方式來看，世界在本質(zhì)上是簡單的。牛頓就說過，自然界喜歡簡單化，而不喜歡用什么多余的原因以夸耀自己。追求簡單性是經(jīng)典科學(xué)奮斗的目標(biāo)，也是推動(dòng)它獲取成功的動(dòng)力。開普勒以三條簡明的定律揭示了看似復(fù)雜的太陽系行星運(yùn)動(dòng)，牛頓更是用單一的萬有引力說明了千變?nèi)f化的天體行為。因而現(xiàn)代科學(xué)是用簡單性解釋復(fù)雜性，這就隱去了自然界的豐富多樣性。

量子力學(xué)初步揭示了客觀世界的復(fù)雜性。經(jīng)典科學(xué)的簡單性是與把物理世界理想化相聯(lián)系的。經(jīng)典物理學(xué)所研究的是理想的物質(zhì)客體。它不但用理想化的“質(zhì)點(diǎn)”、“剛體”、“理想氣體”來描述物體，而且把研究對(duì)象的條件理想化，使研究的視野僅僅局限于人們自己制定的范圍之內(nèi)。而客觀世界并不是如此，特別是進(jìn)入微觀領(lǐng)域，微觀粒子運(yùn)動(dòng)的幾率性、隨機(jī)性；觀測對(duì)象和觀測主體不可分割性等都足以說明自然界本身并不是我們想象的那么簡單。

在現(xiàn)代科學(xué)中，牛頓的經(jīng)典力學(xué)成了相對(duì)論的低速現(xiàn)象的特例，成為非線性科學(xué)中交互作用近似為零的情況，在量子力學(xué)中是測不準(zhǔn)關(guān)系可以忽略時(shí)的理論表述。復(fù)雜性的提出并不是要消滅簡單性，而是為了打破簡單性獨(dú)占的一統(tǒng)地位。復(fù)雜性是把簡單性作為一個(gè)特例包含其中，正如莫蘭所說的，復(fù)雜性是簡單性和復(fù)雜性的統(tǒng)一。復(fù)雜性比簡單性更基本，可能性比現(xiàn)實(shí)性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科學(xué)思維方式，不是以現(xiàn)實(shí)來限制可能，而是從可能中選擇現(xiàn)實(shí)；不是以既存的實(shí)體來確定演化，而是在演化中認(rèn)識(shí)和把握實(shí)體。復(fù)雜性主張考察被研究對(duì)象的復(fù)雜性，在對(duì)其作出層次與類別上的區(qū)分之后再進(jìn)行溝通，而不是僅僅限于孤立和分離，它強(qiáng)調(diào)的是一種整體的協(xié)同。

四、量子力學(xué)使科學(xué)活動(dòng)中主客體分離邁向主客互動(dòng)

經(jīng)典科學(xué)思維方式的一個(gè)指導(dǎo)觀念就是，認(rèn)為科學(xué)應(yīng)該客觀地、不附加任何主觀成分地獲取“照本來樣子的”世界知識(shí)。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實(shí)”，除非你首先描述測量物理量的方式，否則談?wù)撊魏挝锢砹慷际菦]有意義的！測量，這一不被經(jīng)典物理學(xué)考慮的問題，在面對(duì)量子世界如此微小的測量對(duì)象時(shí)，成為一個(gè)難以把握的手段。因?yàn)檠芯空叩慕槿雽?duì)量子世界產(chǎn)生了致命的干擾，使得測量中充滿了不確定性。在海森伯看來，在我們的研究工作由宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域時(shí)，我們就會(huì)遇到一個(gè)矛盾：我們的觀測儀器是宏觀的，可是研究對(duì)象卻是微觀的；宏觀儀器必然要對(duì)微觀粒子產(chǎn)生干擾，這種干擾本身又對(duì)我們的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了干擾；人只能用反映宏觀世界的經(jīng)典概念來描述宏觀儀器所觀測到的結(jié)果，可是這種經(jīng)典概念在描述微觀客體時(shí)又不能不加以限制。這突破了經(jīng)典科學(xué)完全可以在不影響客體自然存在的狀態(tài)下進(jìn)行觀測的假定，從而建立了科學(xué)活動(dòng)中主客體互動(dòng)的關(guān)系。

例如，關(guān)于光到底是粒子還是波，辯論了三百多年。玻爾認(rèn)為這完全取決于我們?nèi)绾稳ビ^察它。一種實(shí)驗(yàn)安排，人們可以看到光的波現(xiàn)象；另一種實(shí)驗(yàn)安排，人們又可以看到光的粒子現(xiàn)象。但就光子這個(gè)整體概念而言，它卻表現(xiàn)出波粒二象性。因此，海森伯就說，我們觀測的不是自然本身，而是由我們用來探索問題的方法所揭示的自然。[8]

量子力學(xué)的發(fā)展表明，不存在一個(gè)客觀的、絕對(duì)的世界。唯一存在的，就是我們能夠觀測到的世界。物理學(xué)的全部意義，不在于它能夠描述出自然“是什么”，而在于它能夠明確，關(guān)于自然我們能夠“說什么”。

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[摘要]20世紀(jì)三次物理學(xué)革命之一的量子力學(xué)突破了經(jīng)典科學(xué)的機(jī)械決定論，使之轉(zhuǎn)化為非機(jī)械決定論；使得科學(xué)認(rèn)識(shí)方法由還原論轉(zhuǎn)化為整體論；使得科學(xué)思維方式由追求簡單性到探索復(fù)雜性；確立了科學(xué)活動(dòng)中主客體互動(dòng)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；經(jīng)典科學(xué)世界圖景；

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機(jī)械原理的研究對(duì)象范文第4篇

一、了解力學(xué)發(fā)展起源

力學(xué)是一門應(yīng)用學(xué)科，是隨著人們?cè)谏a(chǎn)生活中的需要產(chǎn)生的.發(fā)現(xiàn)了杠桿原理的阿基米德曾經(jīng)說過這樣的豪言壯語：“給我一個(gè)支點(diǎn)，我可以翹起地球.” 力學(xué)的發(fā)展可以分為以下四個(gè)階段.

第一階段，伽利略通過對(duì)10磅重的鐵球和1磅重的鐵球進(jìn)行拋體運(yùn)動(dòng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者同時(shí)落地，直接否決了傳統(tǒng)的亞里士多德的觀點(diǎn)，得出了加速度的概念，闡明了自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律.牛頓在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了運(yùn)動(dòng)三大定律，標(biāo)志著力學(xué)真正開始成為一門獨(dú)立的科學(xué).

第二階段，達(dá)朗貝爾和拉格朗日在對(duì)受約束的質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系進(jìn)行研究后分別提出了達(dá)朗貝爾原理和拉格朗日分析力學(xué)，隨后歐拉開創(chuàng)性地把牛頓運(yùn)動(dòng)定律引入到剛體和理想液體的研究范圍中，從此開始了介質(zhì)力學(xué)的研究.

第三階段，由普朗特和卡門作為先導(dǎo)者，他們兩人通過獨(dú)特的方法解決了材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)同彈性力學(xué)、水動(dòng)力學(xué)之間的研究方法上的差異，為物理學(xué)的研究開創(chuàng)了新的局面.

第四階段，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，從而在計(jì)算速度和計(jì)算效率上對(duì)力學(xué)發(fā)展注入了強(qiáng)勁動(dòng)力，促使航天力學(xué)和分子力學(xué)取得了重大進(jìn)步.

二、強(qiáng)化力學(xué)概念理解

高中物理力學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)中，概念學(xué)習(xí)既是入門基礎(chǔ)性學(xué)習(xí)，又是理念物理內(nèi)容的關(guān)鍵所在.以力的概念而言，物理學(xué)給出了這樣的定義，即力是物體間相互的機(jī)械作用，具體細(xì)分的話，又可以劃分為力的外效應(yīng)和力的內(nèi)效應(yīng).外效應(yīng)是指物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，內(nèi)效應(yīng)是指物體產(chǎn)生變形.在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生要深入發(fā)掘概念內(nèi)部的隱含條件，認(rèn)真剖析概念背后的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，這樣才能全面、深刻地理解概念.

1．對(duì)物理概念的理解，要從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，由表及里抽象出概念的本質(zhì)屬性.

2．重視物理概念在解決實(shí)際問題中的意義，認(rèn)真體會(huì)從實(shí)際問題中概括、抽象出概念本質(zhì)的過程，注意掌握相關(guān)的物理方法和體現(xiàn)出來的物理思想.

3．在概念學(xué)習(xí)中，要注意與之相對(duì)應(yīng)的物理公式學(xué)習(xí)，扎實(shí)掌握公式的應(yīng)用范圍和求解順序.

4．在概念學(xué)習(xí)中，還應(yīng)注重所反映的物理過程、物理背景，全面理解物理概念內(nèi)容.

三、注重力學(xué)學(xué)習(xí)過程

1．確立研究對(duì)象.在學(xué)習(xí)中，研究對(duì)象可能是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)，也可能是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，在這種情況下，如果是對(duì)整體進(jìn)行研究，只需要對(duì)單位物體進(jìn)行分析，則相對(duì)比較簡單；如果是將系統(tǒng)內(nèi)部的物體作為研究對(duì)象，則除了要分析外部受力情況以外，還要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部物體進(jìn)行分析，這種情況下的研究就比較復(fù)雜了.

2．開展受力分析.在確定研究對(duì)象之后，就要有針對(duì)性地開展受力情況分析，做受力分析圖是這種情況下最為常用的手段之一.對(duì)于整體研究對(duì)象，可以將多個(gè)質(zhì)點(diǎn)看作是一個(gè)整體進(jìn)行受分析；對(duì)于單個(gè)物體的研究，需要詳細(xì)分析每一個(gè)作用力的大小方向，既包含外力，還要涵蓋內(nèi)部作用力.

3．確定物體狀態(tài).在分析完受力情況以后，需要依據(jù)條件分析研究對(duì)象的具體狀態(tài)，如做什么樣的運(yùn)動(dòng)、遵守什么樣的規(guī)律等，這些都是在受力示意圖作出之后要分析思考的內(nèi)容，準(zhǔn)確判定研究對(duì)象的具體狀態(tài)可以更有針對(duì)性地選取做題依據(jù).

4．細(xì)心求解.學(xué)生要細(xì)心認(rèn)真地列式求解答案.由于高中物理與高中數(shù)學(xué)聯(lián)系比較密切，所以求解過程需要學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)能力.

四、認(rèn)真開展力學(xué)實(shí)驗(yàn)

機(jī)械原理的研究對(duì)象范文第5篇

[關(guān)鍵詞]起重機(jī)械 振動(dòng)檢測 故障診斷 技術(shù)

中圖分類號(hào)：U653.921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）48-0396-01

起重機(jī)械檢測時(shí)，應(yīng)根據(jù)振動(dòng)理論，結(jié)合與起重機(jī)械異常相關(guān)的振動(dòng)物理量，如烈度頻率等參數(shù)進(jìn)行綜合判定。但實(shí)際檢測時(shí)，一般采用人體感官作初步判斷，必要時(shí)才采用如振動(dòng)加速度一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)對(duì)振動(dòng)和沖擊有無異常進(jìn)行復(fù)核。顯然此種簡單的評(píng)定方法無法全面反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。故振動(dòng)和疲勞而使設(shè)備在使用壽命期內(nèi)發(fā)生意外嚴(yán)重事故，致使操作人員的人身安全和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益受到不同程度的損傷，因此對(duì)其展開研究就有十分積極的意義。

一、起重機(jī)振動(dòng)測試技術(shù)的相關(guān)論述

振動(dòng)測試技術(shù)是通過對(duì)正在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行測試，或用人為的激振試驗(yàn)法測量設(shè)備對(duì)標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)振動(dòng)信號(hào)的傳遞特性來分析系統(tǒng)設(shè)備的特征參數(shù)以判斷設(shè)備的故障存在與否。發(fā)展至今，振動(dòng)測試技術(shù)已在上述行業(yè)的應(yīng)用中形成了一套完整的測試原理及方法、特征信號(hào)的處理與提取、故障診斷和狀態(tài)識(shí)別的體系，由于起重機(jī)械內(nèi)在結(jié)構(gòu)和外部工況都更加復(fù)雜，在起重機(jī)械由于風(fēng)載和外部激勵(lì)導(dǎo)致的金屬結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的服役安全評(píng)估與評(píng)價(jià)方面，國內(nèi)外相關(guān)的研究還不太多。

1、機(jī)械設(shè)備和結(jié)構(gòu)工作時(shí)的振動(dòng)測試

這種測量可利用振動(dòng)信號(hào)對(duì)設(shè)備和結(jié)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測評(píng)估和故障診斷，王靈敏利用大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測做的振動(dòng)故障特征綜合分析，建立了相關(guān)的非線性動(dòng)力學(xué)模型，并提出了振動(dòng)故障機(jī)理與系統(tǒng)參數(shù)之間的相關(guān)規(guī)律。

2、系統(tǒng)特征參數(shù)的測試

包括系統(tǒng)的頻響函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù)、模態(tài)參數(shù)和物理參數(shù)等。這類測試往往要對(duì)設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵(lì)或利用環(huán)境自然激勵(lì)，使其產(chǎn)生振動(dòng)，然后測量其振動(dòng)，此類測振的目的是研究設(shè)備或結(jié)構(gòu)的力學(xué)動(dòng)態(tài)特性。劉柏清等把港口門座起重機(jī)作為研究對(duì)象，以額定載荷作為測試激勵(lì)源，通過對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)平面進(jìn)行振動(dòng)測試，實(shí)測轉(zhuǎn)臺(tái)平面的頻率響應(yīng)函數(shù)來確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，得出轉(zhuǎn)臺(tái)平面振動(dòng)模態(tài)參數(shù)。

3、信號(hào)的獲取與傳感技術(shù)、信號(hào)的處理與特征值的提取

可靠的信號(hào)獲取與先進(jìn)的傳感技術(shù)是故障診斷的前提，從測試信號(hào)中提取所需要的信號(hào)特征值，是發(fā)現(xiàn)故障征兆的必要條件。2009 年，美國三院院士、西北大學(xué)機(jī)械系 ACHENBACH 教授對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控范疇做了重要論述，將傳感技術(shù)等列為重要研究內(nèi)容； 韓國的 YUN 開展了傳感器布置的研究，取得了顯著的研究成果； 英國謝菲爾大學(xué)、劍橋大學(xué)等長期致力于設(shè)備在線監(jiān)測與損傷識(shí)別的研究工作，中國的陳進(jìn)等在信號(hào)處理技術(shù)故障診斷專家系統(tǒng)等方面做了大量研究。

二、起重機(jī)械振動(dòng)測試技術(shù)的應(yīng)用

1、機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)測試

對(duì)起重機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)來說，振動(dòng)研究包括測試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，如固有頻率的測定、阻尼比 （ 或阻尼系數(shù)） 的測定和振型的測定等。解析分析法與試驗(yàn)分析法結(jié)合的模態(tài)分析技術(shù)是結(jié)合模態(tài)測試優(yōu)化技術(shù)理論和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度測試的經(jīng)驗(yàn)，預(yù)先建立結(jié)構(gòu)的有限元模型計(jì)算出結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)參數(shù)，利用結(jié)構(gòu)有限元模態(tài)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn)的具體操作進(jìn)行優(yōu)化，以提高模態(tài)試驗(yàn)測得結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的精度與可靠性，它包括確定結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn)的懸掛位置，激勵(lì)位置和測量位置等內(nèi)容。在通過試驗(yàn)分析法，現(xiàn)場實(shí)測得到的模態(tài)與解析分析法的模態(tài)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷狀況進(jìn)行識(shí)別，尋找可能存在的故障，這種對(duì)比分析也能對(duì)檢測的設(shè)備提供更準(zhǔn)確、有效、可靠的振動(dòng)響應(yīng)結(jié)果與模態(tài)數(shù)據(jù)。

2、起重機(jī)振動(dòng)故障診斷的探索

層次分析法 （ AHP） 將起重機(jī)械安全性評(píng)估分為單構(gòu)件影響因素、單構(gòu)件、子系統(tǒng)、整機(jī)金屬結(jié)構(gòu)和整機(jī)綜合性能 5 個(gè)層次。因此，振動(dòng)故障診斷可從以下兩個(gè)方面進(jìn)行突破。1） 實(shí)現(xiàn)由單故障研究到群故障研究的突破起重機(jī)主金屬結(jié)構(gòu)或關(guān)鍵零部件的磨損、剝落、裂紋等故障往往同時(shí)出現(xiàn)或先后級(jí)聯(lián)發(fā)生，其振動(dòng)信號(hào)并非多個(gè)單故障征兆信號(hào)的簡單疊加，而是表現(xiàn)為故障特征信號(hào)的相互耦合，盲目地以單一故障對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的服役安全做以診斷會(huì)造成漏判甚至誤判。在起重機(jī)械安全評(píng)估中，單故障診斷目前主要是依靠信號(hào)處理的方法，且引發(fā)的振動(dòng)信號(hào)特征與其他干擾成分的頻譜容易區(qū)分，在單故障的損傷模式識(shí)別和故障診斷的基礎(chǔ)上，研究群故障耦合特征的一次性分離和診斷方法，逐步實(shí)現(xiàn)多故障的損傷模式識(shí)別與診斷。2） 實(shí)現(xiàn)由零部件故障研究到整機(jī)系統(tǒng)故障研究的突破起重機(jī)械的零部件振動(dòng)故障診斷主要是針對(duì)關(guān)鍵零部件，這種零部件級(jí)的振動(dòng)故障往往只能診斷出誘發(fā)性故障，不能根治整機(jī)系統(tǒng)故障隱患。在面對(duì)整機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)故障時(shí)，應(yīng)該從系統(tǒng)的整體性和聯(lián)系性出發(fā)，深入研究系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分的動(dòng)力特性、相互作用和聯(lián)結(jié)關(guān)系，得出零部件故障的初步結(jié)論，接著探索系統(tǒng)故障的根源，找出原發(fā)性故障的成因。

三、起重機(jī)械振動(dòng)測試升級(jí)路徑

振動(dòng)技術(shù)其基礎(chǔ)理論研究已經(jīng)相當(dāng)成熟.但在起重機(jī)械行業(yè)內(nèi)重視不足，只有綜合設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢測等環(huán)節(jié)相關(guān)單位開展系統(tǒng)的基礎(chǔ)性應(yīng)用研究，在取得大量數(shù)據(jù)的前提下，才能找出各種起重機(jī)械空載、額載、起升、下降、運(yùn)行、回轉(zhuǎn)等不同狀態(tài)下的異常特征參數(shù)關(guān)聯(lián)。位移、振動(dòng)烈度、絕對(duì)均值、均方根值、峭度、峭度因子、波形因子、加減速度、噪聲、沖擊、速度有效值、功率譜密度函數(shù)、頻域時(shí)域特性等振動(dòng)參數(shù)，都是所研究對(duì)象。

結(jié)語

隨著《特種設(shè)備安全法》的頒布和實(shí)行，特種設(shè)備安全監(jiān)督部門對(duì)特種設(shè)備的監(jiān)管力度將進(jìn)一步加大。為了實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)起重機(jī)械整體技術(shù)提升，相關(guān)部門應(yīng)依據(jù)法律法規(guī)支撐，加強(qiáng)行業(yè)引導(dǎo)，提高標(biāo)準(zhǔn)要求，制定出適應(yīng)起重機(jī)械的振動(dòng)檢測判定依據(jù)和方法。明確了相應(yīng)的判定依據(jù)和方法，才能降低特種設(shè)備檢側(cè)機(jī)構(gòu)執(zhí)行的難度，為社會(huì)提供有保障的技術(shù)支撐。

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