敏感结构（共9篇）
敏感结构 篇1
0 引言
近年来,随着空间科学技术的不断发展,为适应小卫星搭载,人们对敏感器CCD相机设计提出了更高的要求。主反射镜(以下简称主镜)是光学系统的关键部件,主镜的支撑技术是主镜工程应用的关键技术之一。本文研究的主镜形状是敏感器相机部件的平背形小口径主镜,采用石英玻璃材料,外部圆周孔径为Φ162mm,中心孔径Φ46mm。
主镜支撑结构是相机整个结构中极其重要的部分,支撑结构设计的合理与否,直接关系到主镜在各种载荷作用下的面形精度的好坏。因为主镜支撑结构在对主镜进行有效定位的同时卸载它的自重,以达到减小镜面变形的目的。在力的传递过程中,应尽量避免较大的集中力的产生,使力尽量均匀的传递。同时需要主镜组件具有良好的动态适应性,能够承受发射阶段产生的冲击和振动,最终实现主镜镜面变形最小,得到最好的成像质量。
1 初始支撑结构的材料及其自重变形分析
该支撑结构有其独特之处:该结构不仅起到支撑主镜的作用,其套筒还用来安放光学系统的两个透镜,即节省了材料,起到减重的效果,有简化了结构,避免了加工的复杂性。
该相机为悬臂梁结构,由于重心的偏置,镜筒对主镜支撑结构存在一定的压力,这样将导致光学元件间的相对位置变化和光学元件的波前畸变,从而影响和破坏光学系统的成像质量。因此必须使设计的主镜支撑结构具有高的静态结构刚度。
主镜选用的是高稳定性的石英材料,主镜与其支撑结构的连接部件在结构设计、材料的选择等方面要满足多方面的要求,除要求支撑结构的材料选择尽量与主镜匹配外,还要求连接结构具有一定的柔性,这里采用胶剂材料作为柔性支撑结构,在其背部及圆周均开有灌胶孔,在压圈与主镜之间加橡胶圈。常用的主镜支撑结构的材料如表1所示。
从表中可看出,碳纤维复合材料与其它材料比较具有重量轻比强度和比刚度高等优点,是相机轻量化较理想的结构材料。但碳纤维复合材料工艺复杂、成本较高,对该支撑结构减重优势不明显;结构材料硬铝LY12是较常用的一种金属材料,加工特性好,钛合金是一种具有很多优异特性的金属材料,但重量比铝合金重。
根据重力作用下结构变形的计算结果,可以发现变形明显或应力、应变集中的地方,推断出系统的薄弱环节,以便提出改进方案。采用Catia三维造型,导入有限元分析软件MSC.Patran中进行分析。
有限元模型采用的坐标系为:Y轴正向由次镜指向主镜,是光轴方向;Z轴正向竖直向上;Y轴由右手定则确定。
计算参数采用下列单位:长度,mm;质量,t;力,N
边界条件为支撑结构外部圆周固定,背部6个螺孔固定。
针对上述计算内容和要求,采用的主要单元是Tet10单元,分别采用硬铝和钛合金为材料进行静力分析,分析结果如图1所示,硬铝材料最大位移变形量为371nm,钛合金材料的最大位移变形量为370nm不能满足设计要求。
通过综合分析其在结构设计中综合光学设计的公差要求,确定零件采用硬铝材料。
尽管选择了硬铝材料,但此支撑结构变形量依然过大,需对结构进行改进。
2 支撑结构的改进方案设计
根据以往经验,图形参照图2(a),在其背部伸出一部分,伸出量为1mm,分析后结果最大位移变形量较之以前有明显改观,并且在允许的情况下,伸出量越多,最大位移变形量越小。再将尾部的倒角半径有R2改为R3,最大位移变形量进一步减少。在此基础上,透镜镜筒半径缩短0.5mm,进行分析,此时最大位移变形量为146nm。
在不影响光路的情况下,把镜筒外径不与主镜接触的部分进一步减少,也可以起到减重的效果。
最终,根据要求和分析结果,确定方案六支撑结构的模型和分析结果如图2、3,其最大位移变形量为114nm,与初始方案比较,其质量虽然略有增加,但在设计允许范围之内,其最大位移变形量减少69.2%,具体设计方案如表2。
3 主镜部件的静力分析及支撑结构的最终确定
支撑结构的确定跟主镜的支撑方式有很大关系。根据在主镜上的支撑位置的不同,支撑方式可以分为中心支撑、周边支撑、背部支撑(根据反射镜的口径可以采用三点支撑和六点、九点、十八点等多层支撑方式)和侧面支撑(带/袋子悬挂法、气袋/水银袋浮托法)等。一般来说,侧面支撑多用于静态和地面设备,在空间光学仪器中应用的很少。
将主镜和其支撑结构装配,采用有限元分析软件分别分析主镜支撑方式为中心支撑和背部和周边支撑时的静力变形,其分析结果如图4、图5所示。
两种支撑方式的最大位移变形量分别为57.2nm和58.7nm,其自重变形量远低于面型精度要求,而且最大位移变形量相差不大,但当中心支撑时主镜的变形非常明显,会影响甚至破坏光学系统的成像质量。故采用背部支撑的方式,通过压圈把镜片固定在镜框上,并最终验证了方案六的可行性,确定其作为最终的主镜支撑结构。
4 主镜支撑结构的模态分析
支撑结构是结构刚度最薄弱的环节,加上主镜质量载荷对它的作用,使其固有频率变低,要想使光学系统在受迫振动时不至于损坏,其关键在于不产生共振,为研究该结构的力学特性,必须对其进行模态分析。
模态分析主要计算结构的固有频率、模态振型、模态阻尼比以及其他模态参数。
其动力学的基本方程为
对于模态分析,通常f(t)=0,因此模态分析的公式为
式中:[M]为结构的质量矩阵;[K]为结构的刚度矩阵;f(t)为节点的荷载向量;为结构的节点加速度向量;{x}为结构的节点位移向量。
对主镜支撑结构来说,比较关心的是它在X轴向(即光轴向)的运动,它直接关系到次镜和主镜的光学间隔,影响最终的成像质量。表3给出了支撑结构各阶模态的分析结果。图6给出基频F=1564.7Hz的振型,图7为F=1682.4Hz光轴向的振型。
从模态计算结果可知该支撑架结构的刚度较大,基频较高,可以避开其在发射过程中的敏感频率范围。
4 结论
在研究敏感器相机光学元件的支撑方案时,要同时考虑镜坯材料、结构形式、支撑结构,而且设计、分析的迭代,应分步实施。运用CAD,CAE技术,对主镜的支撑形式进行研讨,利用有限元分析方法,对支撑结构的变形情况进行了分析,在此基础上进行优化设计,选出了最符合设计总体要求的支撑结构。这样有利于快速修正设计,及时反馈验证设计思想,完成结构的细化设计消除盲目性。
摘要：在给定主反射镜采用平背形状的基础上,结合设计总体要求,针对敏感器主反射镜的支撑结构的初步设计方案,利用有限元分析软件MSC.Patran进行了静力学分析和模态分析,得出了其最大变形和整体的基频与振型,对支撑结构进行了有效的优化改进,满足了光学系统的技术要求,并最终确定了满足要求的支撑结构方案。
关键词：主反射镜,支撑结构,静力分析,模态分析
参考文献
[1]付亮亮,何欣,廉凤慧.小型反射镜支撑方案的设计与分析[J].光学技术,2008,34:532-534.
[2]韦晓孝,等.CAE技术在某空间相机关键结构设计中的应用[J].机械设计,2008,25(2):54-57.
[3]吴清文,等.空间相机中主镜及其支撑结构设计与分析方法[J].光学技术,2004,30(2):153-156.
[4]刘磊.空间光学遥感器轻型支撑结构研究[D].中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,2006.
[5]牛晓明.CAE技术在空间相机光机结构设计中的应用[J].光学精密工程,1999,7(06):23-29.
敏感结构 篇2
2017宁夏事业单位行测技巧：阅读敏感之表达方式敏感
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议论文，即作者对某个议论对象发表见解，以表明自己的观点和态度，表达作者的观点和态度、提出主张、事理分析。如：宝强离婚案闹得沸沸扬扬，无论是点开网页、微中公教育·最全汇总>>>宁夏公务员历年真题
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敏感结构 篇3
摘要：以8层钢筋混凝土平面框架结构为例，采用一次二阶矩法、Tornado图形法和数理统计方法研究了pushover分析顶点位移对地震烈度、场地特征、侧向荷载加载模式、结构重量、混凝土强度和弹性模量、钢筋强度和弹性模量等不确定性因素的敏感性.研究表明，pushover分析方法中顶点位移对地震需求曲线的敏感性远远强于对能力曲线的敏感性，因此，在研究概率pushover分析方法时，仅考虑需求曲线的不确定性，忽略能力曲线的不确定性，可大大简化分析复杂程度，并且仍然可以保证分析结果的精度.endprint
摘要：以8层钢筋混凝土平面框架结构为例，采用一次二阶矩法、Tornado图形法和数理统计方法研究了pushover分析顶点位移对地震烈度、场地特征、侧向荷载加载模式、结构重量、混凝土强度和弹性模量、钢筋强度和弹性模量等不确定性因素的敏感性.研究表明，pushover分析方法中顶点位移对地震需求曲线的敏感性远远强于对能力曲线的敏感性，因此，在研究概率pushover分析方法时，仅考虑需求曲线的不确定性，忽略能力曲线的不确定性，可大大简化分析复杂程度，并且仍然可以保证分析结果的精度.endprint
敏感结构 篇4
关键词：极限平衡法,结构面,敏感性分析
1 问题的提出
某面板堆石坝的边坡存在不利的结构组合,自然边坡易形成楔形体滑移破坏块体。溢洪道进口内侧边坡存在非常不利于坡体稳定的结构面组合,有发生大规模变形破坏的可能性。为了更好地分析边坡稳定性,本文采用四种方案进行结构面参数对边坡安全系数影响的研究。
2 结构面参数影响因素研究
2.1 研究方案及成果
为了研究结构面参数对边坡安全系数的影响程度,在f28-1断层40%连通率的基础上,采用二维极限平衡法,进行了结构面参数的敏感性分析。其中,边坡潜在滑动面的确定、工况及荷载组合、地质力学参数的选择见文献[1]。具体方案见表1。
1)方案①:
边坡整体安全系数见表2。
2)方案②:
边坡整体安全系数见表3。
3)方案③:
边坡整体安全系数见表4。
4)方案④:
边坡整体安全系数见表5。
2.2 参数的敏感性分析
为了研究方便,且根据以上计算结果表明潜在滑体Ⅰ是边坡的最危险滑体,所以以潜在滑体Ⅰ为研究对象进行敏感性分析。
二维极限平衡分析表明:f 28-1在40%连通率下,各个工况下边坡安全系数随f ′与C′的增加而增加。当f ′由0.47提高到0.52(提高10%),自然边坡安全系数由1. 45上升到1. 55,提高了6.9%;开挖后边坡安全系数由1.28上升到1.36,提高了6.3%, 开挖后地震工况下边坡安全系数由1.02上升到1.10,提高了7.8%; 当f′由0.52提高到0.57(提高10%),自然边坡安全系数由1.55上升到1.67,提高了7.7%;开挖后边坡安全系数由1.36上升到1.45,提高了6.7%,开挖后地震工况下边坡安全系数由1.10上升到1.15,提高了4.1%(见表6,图1)。
当C′由0.23MPa提高到0.25MPa(提高10%),自然边坡安全系数由1.55上升到1.59,提高了2.6%;开挖后边坡安全系数由1.36上升到1.40,提高了2.9%,开挖后地震工况下边坡安全系数由1.08上升到1.11,提高了1.9%(见表7,图2)。
由以上分析以及曲线图斜率可以得出,f′对安全系数影响比C′大,安全系数对f′较为敏感。
3结语
对40%连通率下边坡结构面C′,f′分别分析以及曲线图斜率可以得出,f′对安全系数影响比C′大,安全系数对f′较为敏感。
参考文献
《广告敏感词汇》汇总 篇5
（一）所有商品均不得使用的广告语违禁词
1、国家级、世界级、最高级、最佳、第一、唯
一、首个、最好、精确、顶级、最低、最底、最、最便宜、最大程度、最新技术、最先进科学、国家级产品、填补国内空白、绝对、独家、首家、最新、最先进、第一品牌、金牌、名牌、最赚、超赚、最先、巨星、奢侈、至尊、顶级享受等绝对性用语（暂不导入“优秀、资深、著名、”)；
2、国家XXX领导人推荐、国家XX机关推荐、国家XX机关专供、特供等借国家、国家机关工作人员名称进行宣传的用语；
3、质量免检、无需国家质量检测、免抽检等宣称质量无需检测的用语；
4、使用人民币图样（但央行批准的除外）；
5、繁体字、单独使用外国文字、或中英文结合用词；
6、驰名商标，商品已注册驰名商标等在各类宣传出使用“驰名商标”字样。
（二）特殊商品的广告语违禁字词
1、食品
1.1 祖传、抑制、秘制等虚假性词语；
1.2 强力、特效、全效、强效、奇效、高效、速效、神效等夸大性词语；
1.3 处方、复方、治疗、消炎、抗炎、活血、祛瘀、止咳、解毒、疗效、防治、防癌、抗癌、肿瘤、增
高、益智、各种疾病名称等明示或暗示有治疗作用的词语； 1.4 神丹、神仙等庸俗或带有封建迷信色彩的词语。
2、化妆品
2.1 特效、全效、强效、奇效、高效、速效、神效、超强等绝对化用语； 2.2 纯天然、换肤、去除皱纹等虚假性词意；
2.3 处方、药方、药用、药物、医疗、医治、治疗、妊娠纹、各类皮肤病名称等医疗术语； 2.4 抗菌、抑菌、除菌、灭菌、防菌、消炎、抗炎、活血、解毒、抗敏、防敏、脱敏、斑立净、无斑、祛疤、生发、毛发再生、止脱、溶脂、吸脂、瘦身、瘦脸、瘦腿等明示或暗示医疗作用和效果的词语。
（二）特殊商品的广告语违禁字词
3、药品及医疗器械
3.1 安全、无毒副作用、无效退款、无依赖、保险公司承保等承诺性用语;3.2 家庭必备、热销、抢购、试用等用语； 3.3 表现性器官的用语或形容；
3.4 以儿童为诉求对象，以儿童的名义介绍医疗器械。最新最优最聚拢最符合最高端最爱最奢侈绝佳极佳顶尖最优质最流行国家XXX领导人推荐 中国第一全网第一最低价全网价格最史上最低价销量第一排名第一试用全网最低当当独发当当首发顶级无需国家质量检测
国家级绝对最先进祖传特效纯天然国家领导人质量免检神效最好最大程度特供等借国家单独使用外国文字、或中英文结合用词
世界级最高级国家XX机关专供第一唯一首个全国第一精确巨星最低最底最免抽检等宣称质量无需检测的用语
最先进科学国家级产品填补国内空白繁体字独家首家国家XX机关推荐至尊第一品牌金牌名牌最赚顶级享受等绝对性用语（暂不导入“优秀、资深、著名、”)
抑制奢侈国家免检中国驰名最佳最新技术最适合驰名商标最先最便宜超赚祛瘀国家机关工作人员名称
强力家庭必备全效强效奇效高效速效神效等夸大性词语秘制等虚假性词语抗炎活血止咳商品已注册驰名商标等在各类宣传出使用“驰名商标”字样
处方复方治疗消炎解毒疗效防治防癌抗癌肿瘤增高益智各种疾病名称等明示或暗示有治疗作用的词语；
国际知名极致巅峰抗癌特效最薄最美最高超强最小换肤去除皱纹斑立净使用人民币图样（但央行批准的除外）
抢购药方药用药物医疗医治热销妊娠纹各类皮肤病名称等医疗术语；神丹神仙庸俗或带有封建迷信色彩的词语
抗菌抑菌除菌灭菌防菌招财开光祛病化煞抗敏防敏脱敏表现性器官的用语或形容 补五行吸财保平安无斑祛疤生发毛发再生止脱溶脂吸脂瘦身瘦脸瘦腿等明示或暗示医疗作用和效果的词语。
防辐射美容养颜最大避凶辟邪首选保健级牛安全无毒副作用无效退款无依赖保险公司承保等承诺性用语
敏感结构 篇6
折弯机广泛应用于机械制造、汽车、造船、家用电器及轻工等行业。随着技术的发展,折弯机已进入数控时代。人们对折弯精度的要求越来越高。滑块作为折弯机的重要组成部分,是主要的受力部件,在对板材进行折弯加工时,滑块会产生弹性变形,严重影响折弯工件的角度和直线精度。因此,滑块结构的设计合理性,对提高滑块的强度和刚性、提升加工质量、降低制造成本具有直接影响。
传统的折弯机设计方法,即以经验和产品试制为基础的设计方法,因传统的材料力学计算方法过于理想化,很难得到准确数据,通过传统计算找到设计参数与变形量的线性关系则更是耗时费力。有限元技术的发展为折弯机滑块的力学分析提供了一个方便快捷的途径。本文以WDB100-3100型数控液压折弯机为例,采用Pro/E集成的分析模块对折弯机滑块进行有限元分析,定量描述滑块的变形状态,通过建立敏感度分析,得出各关键设计参数与滑块变形量的线性关系,为折弯机滑块的结构优化与刚性校核提供理论依据。
1创建分析模型
1.1模型建立
数控液压折弯机主要由床身、滑块、挠度补偿、换模装置、后挡料装置、安全防护、液压系统和电气系统等组成(图1)。折弯时,两侧油缸对滑块产生向下的折弯力。滑块通过球面块与油缸活塞杆球铰连接,在滑块的背面有四对导向轮对滑块的上下运动提供平面约束。滑块下部通过快速换模装置连接折弯模具的上模。下模工作台中部安装由数组不同斜度的楔块和电动推杆组成的维拉补偿装置用以补偿工作台的变形。折弯机滑块在运行到下极限位置时,油缸处于保压状态,此时的滑块与床身、油缸之间不会产生相对位移,滑块处于静力平衡状态,这里主要是对此时的滑块变形情况进行有限元分析。
1.2材料的力学性能
折弯机滑块采用厚度为50mm的Q235A碳素结构钢钢板与四块80mm×200mm的连接板焊接而成,其材料力学性能如表1所示。
1.3滑块的载荷与约束
WDB100-3100型数控液压折弯机的公称压力是1000k N,在静力平衡状态时,受到两侧油缸向下的压力和模具向上的反作用力。在滑块的下端面和肩部50mm×80mm两端面分别施加1000k N向上、500k N向下的压力。因为在静力平衡状态时,滑块与床身之间不会产生相对位移,因此在滑块背部安装导向轮的四个平面上创建位移约束。载荷与约束情况见图2所示。
1.4结果分析
对滑块的三维模型进行网格划分,建立静态分析,得到滑块的位移云图(图3),通过云图可以看出滑块的最大位移为0.382mm,调取下端面一条棱边的位移曲线图(图4),从曲线图上可以看到滑块变形呈对称状态分布,最大位移点位于下端面的中间部位,并且在全长3100mm的范围内均有变形发生,变形量为0.04mm~0.382mm。
2优化方案的比较
将滑块的结构和尺寸进行修改,重新建立模型,进行有限元分析。通过指定设计变量,在给定的变化范围内对新模型进行敏感度分析,从而确定设计尺寸与最大变形量的线性关系,为结构改进提供数据支持,并得出可行的优化方案。
2.1方案一:滑块加厚
在原设计模型的基础上,将滑块厚度尺寸50mm定义为设计变量,定义变化范围为40mm ~80mm,建立敏感度分析,可得到滑块厚度与最大变形量的线性关系(图5)。从关系图中可以看出,当滑块厚度从40mm增加到80mm时,滑块的最大变形量从0.70mm减小到了0.13mm。因此,增加滑块厚度可以减小滑块的刚度变形。
2.2方案二:滑块加筋
在原设计模型的基础上,在滑块背 部增加一 处长3000mm、高100mm、宽50mm的筋板 (图6),重新划分网格,施加约束与载荷,进行有限元分析,得到位移云图(图7)和位移曲线图(图8),通过与原模型的分析结果进行对比可看出,增加加强筋后,滑块的最大变形量由原来的0.382mm减小到了0.315mm。同时,将筋板厚度尺寸50mm定义为设计变量,变化范围40mm~60mm,建立敏感度分析,可得到筋板厚度与最大变形量的线性关系(图9),从曲线图上可以看出,筋板厚度从40mm增加到60mm,最大变形量仅仅减小了0.025mm。
2.3方案三:改变滑块下端面受力位置
基于加载后的滑块在全长范围内均有变形的考虑,尝试改变滑块的设计结构,改变后的结构如图10所示。重新施加载荷与约束,进行网格划分,建立有限元分析,得到新结构的位移云图(图11),从位移云图上可以看出,改变结构后,滑块的最大变形量从原来的0.382mm减小到0.108mm,滑块的变形得到了很好的改善。为进一步找出受力位置与最大变形量的关系,将滑块厚度方向的位置尺寸12mm定义为设计变量,定义变化范围为10mm~24mm,进行敏感度分析,得到受力位置与最大变形量的线性关系(图13)。从曲线图上可以看出,当位置尺寸在12左右时,滑块的最大变形量最小,也就是滑块下端面的受力位置在板厚中央时,滑块的变形量最小。
2.4方案比较
综合分析上述结果,三种优化方案都在一定程度上减小了滑块的最大变形量。方案一通过加厚滑块可很大程度上减小滑块变形,但同时也大大增加滑块重量,增加制造成本,因此实际设计中应慎重选择;方案二增加加强筋对减小滑块变形的效果不是很明显,同时也增加了滑块本身的重量,加大制造成本,给操作带来不便,因此,增加加强筋的方法并不可取;方案三改变受力位置能够很好地改善滑块在工作时的受力状况,减小滑块的刚性变形,该方案仅仅改变了滑块的结构尺寸,不会增加生产制造成本,三个方案中,该方案是最经济有效的。
3结论
本文采用有限元方法对公司WDB100-3100型数控液压折弯机滑块的刚性进行了分析,对影响滑块变形的关键设计参数进行敏感度分析,得出了滑块各设计参数与最大变形量的线性关系。并对几种优化方案进行了分析比较,认为引起滑块变形的主要原因是载荷在板厚方向上不对称,产生了弯矩,造成滑块在受载时,向位移约束的方向变形。因此,滑块在结构设计时应尽量使油缸的压力和模具的反作用力在板厚的中心位置,可以很大程度地减小滑块的变形。
本文运用有限元方法对滑块进行了敏感度分析,得出各关键设计参数与滑块最大变形量的线性关系,对折弯机滑块的结构优化与刚性校核具有一定的指导意义。
摘要：为寻找影响折弯机滑块直线度的关键因素,掌握滑块弹性变形的理论数据,为折弯机滑块的结构设计和刚性校核提供理论指导和依据,利用Pro/E分析软件,结合折弯机的工作情况和受力状态,通过建立有限元分析模型,进行受力分析和敏感度分析,找到各模型尺寸与弹性变形的数据关系,并确定经济可行的优化方案。
敏感结构 篇7
1 网架结构鉴定的基本方法与存在的问题
一般情况下的钢网架结构检测鉴定工作按以下步骤进行[1]:(1)观测网架结构布置;(2)测量网架结构几何尺寸及网架构件截面规格;(3)测量网架的整体变形;(4)抽查网架杆件的焊缝质量;(5)检测构件(包括网架节点、杆件、檩条、屋面板、天沟等)变形及损伤情况;(6)检测网架支座工作性能;(7)检测支承结构工作性能;(8)根据检测结果和相关规范对主要构件进行承载力、刚度验算;(9)根据验算和现场检测结果,对网架结构进行安全性鉴定;(10)提出处理建议。
在网架鉴定的实际操作过程中,会遇到如下问题:现场检测发现部分杆件已经缺失,或存在明显缺陷(如显著的锈蚀、过大的变形等),电算分析时如何考虑?如考虑这些杆件继续工作,与结构实际受力不符,可能导致现阶段一些实际的危险构件被忽略;如考虑该构件破坏而退出工作,那么该构件是否还有加固的必要性,它的重要性应如何评估,它的破坏对结构是否有较大影响,是否会比较容易引起结构大范围的破坏,从而增加了结构的易损性[2]。鉴于存在的以上问题,本文考虑借鉴结构倒塌分析中的敏感性分析方法来判断构件的重要性。
2 钢网架构件敏感性分析方法
由于网架结构进行结构分析时一般忽略节点刚度的影响,假定节点为铰接,杆件只承受轴向力,因此本作者考虑实际应用的可行性,参考目前结构连续倒塌分析中常用的改变路径法[3],[4,4]、(Alternate Path Method,简称为AP法),以杆件的完全移除作为一种损伤参数,从强度出发,采用一种平均应力比变化量作为网架构件的移除指标(即敏感性指标)。
设结构共n根构件,则第i根构件的移除指标定义为RIi:
undefined
(1)式中:
SRj1为杆件i移除前第j根构件的最大应力比,SRj2为杆件i移除后第j根构件的最大应力比,而undefined
(2)式中:
σjmax——第j根构件正应力绝对值最大值;f——材料强度,对于钢构件,可取为屈服强度。
该移除指标(即敏感性指标)近似反映了构件的重要程度,移除指标越高,移除该构件后剩余构件的平均应力变化越大,结构越不安全,因此本文以下均称“RI”为构件重要性系数。
3 算例
本文采用泉州某体育馆上部网架结构做为试验模型,该结构为双层空间异形网架结构,其电算模型如图1,该网架结构电算采用Midas-gen有限元空间分析软件,荷载组合考虑横载、活载、风载及温度荷载,分别假设三种损伤情况:①某角部支座破坏;②某角部支座上弦压杆损伤破坏;③某网架中部斜腹杆损伤破坏。对于上述三个缺陷模型,本算例分析的结果见表1,如表1中“上弦杆的构件重要性系数RI2为0.1389”,其表示的物理意义为“移除该上弦杆后,其相连节点的周边构件应力比平均变化为13.89%”。
注:“RI1”表示构件敏感性分析的影响对象为网架全体构件;“RI2”表示构件敏感性分析的影响对象为受损部位相关节点的周边构件。
4 结论
(1)对网架进行的构件重要性分析中,对于是局部受损的情况(这样的假设也比较符合实际结构鉴定的工程情况),可选取受损部位相关节点的周边构件作为分析的影响对象,得到的构件重要性系数“RI”,能够较为敏感地反映出该构件破坏对周边构件的应力影响;至于大面积的锈蚀或杆件缺失等受损情况,包括分析的影响对象和损伤参数都需另行考虑。
(2)借助现有的有限元分析软件可以轻松实现上述构件重要性系数“RI”的计算,该系数使用方便,结合《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB 50292-1999),可将该构件重要性系数“RI”作为判定该杆件是否为“主要构件” 的一个依据,也为后期网架结构的鉴定和加固提供依据。虽然网架构件的重要性也可以通过概念分析的方法近似判断,但是对于现在出现的越来越多的各种异形网架结构,单纯的概念分析可能会造成一些漏判和误判,结合本文提供的敏感性分析方法,可以将构件的重要性进行量化,保证了评定的科学性和严谨性。
参考文献
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敏感结构 篇8
现实资本市场中，由于信息不对称及代理问题的存在，拥有较多自由现金流的企业管理者为了自身利益，可能会投资于净现值为负的项目，从而引发过度投资。这一现象引起了越来越多学者的关注。其中从公司内部治理角度分析的居多，而从外部约束进行分析的较少。因此，本文主要从外部融资约束（债务期限结构）角度对企业过度投资问题进行分析。
根据现代产权理论，产权性质在一定程度上决定了企业治理结构的有效性。我国资本市场上存在的两类不同性质的产权，在公司治理等方面存在显著差异。国有控股企业更多地面临着管理层私利行为产生的代理风险，与民营企业在投资效率上存在较大差异。因此，本文研究过程中对公司的所有权性质进行了区分，分别对国有控股和民营企业的债务期限结构与过度投资之间的关系进行了实证检验。
本文基于2007～2013年我国A股上市公司的非平衡面板数据，分析了不同产权性质下企业债务期限结构与过度投资的关系。与以往研究不同的是：一是本文从实证的角度检验了所有权差异对债务期限结构的影响，为理解微观经济的投资决策提供了新的证据；二是从所有权结构的视角，度量了债务期限结构与过度投资之间的关系，为缓解企业过度投资行为提供了新的视角。
二、理论分析与研究假设
Jensen等（1976）从委托代理的角度进行分析，认为管理者报酬与公司资产规模密切相关，管理者通过自由现金流的大量投资，扩大企业规模，能够增加其现实与潜在报酬，从而导致企业的过度投资。Polk等（2004）从信息不对称角度的研究表明，企业管理层能够通过过度投资操纵股票市场价格，以满足其个人利益。俞红海等（2010）从公司治理的角度进行分析，发现大股东的存在会加剧企业的信息不对称，导致企业过度投资，自由现金流水平越高，过度投资越严重，而公司治理机制的改善能够有效缓解过度投资。这些研究都表明企业存在过度投资的行为。
1. 债务期限结构与过度投资。
当企业拥有较多自由现金流时，经理人为了自身利益，有可能将资金投向净现值为负的项目，产生过度投资倾向。何源等（2007）从股权集中度的角度分析了负债融资对大股东投资行为的相机治理模型，发现负债融资可以弱化控股股东的过度投资行为，控股股东持股比例越高，其因谋取私利而引发的过度投资趋向就越弱。根据委托代理理论，为减少企业的过度投资发生，债权人倾向于采用缩短债务期限约束企业的投资行为。Jensen(1986）研究认为负债经营不仅有利于减少企业的自由现金流，而且也能够增加企业发生财务困境的可能性，从而避免企业的过度投资行为。而且相较于长期债务，短期债务的治理效应更为显著。
由于短期债务的到期期限较短，契约的签订使得债权人与企业频繁接触，促使债权人及时掌握企业运营状况，能够在一定程度上缓解信息不对称问题。同时，还本付息压力提高了企业的流动性风险，增加了企业发生破产的可能性，抑制了经理人滥用公司的自由现金流，进而可以提高公司绩效，缓解企业过度投资行为。根据以上分析，提出假设1:
短期债务的提高有助于缓解企业过度投资问题。
2. 所有权结构、债务期限结构与过度投资。
由于我国债权人保护机制较弱，公司治理结构尚需进一步完善，企业外部融资大多来源于银行贷款，而银行发放贷款有着严格的审批程序和对风险的管控需求。发放短期债务有利于银行更及时、有效地获得贷款企业信息，并能够对企业进行更加紧密的监督与控制。当企业面临破产时，短期债务融资也更有利于银行收回资金。与此同时，企业若想获得长期债务融资，必须向银行提供更为详细的信息及抵押物，这就需要银行投入更多的人员和更专业的服务进行监督管理，这对现行的银行体系提出了不小的挑战。这些都导致银行更倾向于提供短期债务融资。
但在我国目前的经济体制下，银行有可能愿意为国有控股企业提供更多的长期债务融资。主要原因在于：政府作为国有控股公司股东，为企业提供了一种“隐性担保”。二者存在的天然政治关联导致企业债务契约履约成本下降，降低了国有控股企业长期债务的违约风险，使其在缺乏债权人保护的市场中更容易获得长期债务这种稀缺资源。并且国有控股企业除盈利需求外，还需要满足政府的多元化要求，如增加就业、投资新兴产业等，这些都加剧了企业对长期债务的需求。与此同时，国有银行作为我国银行体系的主体，有可能会出于同样的政治目的在国有控股企业需要长期债务融资时为其提供融资服务，并放宽其信息披露及担保的要求。因此在国有控股企业中，短期负债融资的比例较低。相反，当民营企业需要长期债务融资时，由于不存在政治关联，且企业规模相对较小，国有银行在贷款审批时，将更多地从资金安全及盈利角度考虑，提出较高的信贷标准，进行更为严格的审查，资金使用也会受到债权人更多的监督。这在一定程度上提高了民营企业的贷款门槛，迫使民营企业更多地选择短期贷款。由此提出假设2:
相对于国有控股公司，民营企业的短期债务比例更高。
债权人采用短期债务来缓解企业过度投资行为，其最终目的是一旦企业投资项目亏损，债权人能够及时收回资金。而国有控股企业与政府的天然政治关联使得公司的负债融资可能发生预算软约束问题。国有控股企业的部分投资并非以利润最大化而是以社会效益最大化为目的，因此，即使公司陷入资金困境或投资项目未达到预期效果，企业也难以从中立即撤资，政府也更愿意提供担保，并要求银行为国有控股企业提供援助。有了这种天然的风险屏障，银行不会采取对公司进行破产重组或立即收回贷款，或停止对投资项目的资金支持等严厉的惩罚措施，而会继续提供了贷款以支持企业走出困境或完成投资项目。这种干预银行贷款的行为使银行为国有控股企业提供更多的长期债务融资，阻碍了短期债务治理效应的发挥，银行作为债权人的监督动机和能力也因此受到削弱。可见，短期债务对于国有控股企业投资过度的制约作用受到限制。因此，国有控股性质会削弱短期债务与企业过度投资的负相关关系。而对于民营企业，即使企业正面临财务危机，政府也较少给予资金和政策上的帮助，因此资金使用情况会受到债权人更为密切的监督。为保证盈利，银行通常会采用短期贷款的方式监督企业的投资行为。一旦企业不能按时还本付息，债权人就可能通过破产申请等手段保障债务的清偿，这就促使企业更有效地利用现有自由现金流，从而减少过度投资的发生。由此提出假设3:
相对于国有控股公司，民营企业短期债务与过度投资的敏感性更高。
三、研究设计
1. 样本选择。
本文以2007～2013年中国A股上市公司为研究样本，并在此基础上对样本进行筛选：(1)剔除金融类上市公司及ST、*ST和PT公司；(2)剔除主营业务变更公司；(3)剔除产权性质发生变化或无法识别的公司；(4)剔除在样本期间变量数据缺失的上市公司；(5)因本文部分变量有滞后期需求，剔除上市不满3年的公司；(6)为防止行业差异导致的结果偏差，剔除行业公司数不足20的样本，最终得到3 963个样本观测值。除产权性质数据为手工收集外，其余全部财务数据均来源于国泰安数据库。
2. 变量定义及模型建立。
参考Richardson(2006）的研究，本文采用的投资效率模型如下：
行业性质不同，投资效率会有较大差异。因此对模型进行分行业和年度回归，所得残差即为企业投资无效率的代理变量。若残差为正，意味着公司实际投资水平高于预期，视为过度投资。将此残差乘以-1作为过度投资的代理变量（Overinves），取值越大（越趋近于0）意味着越接近预期投资效率，过度投资的现象越不明显。
文中引入了债务期限结构变量，进一步解释我国上市公司过度投资影响行为的影响要素。由于债务期限的差异，短期负债与长期负债对公司投资的关注程度并不相同。
根据委托代理理论，Jensen认为，短期负债促使管理者在还本付息的压力中作出更有效的投资决策，约束企业的过度投资行为，相较于长期负债，短期债务的治理效应更强。因此，文中选用企业短期负债比例作为债务期限结构的代理变量，具体模型如下：
本文涉及的所有研究变量如表1所示。
四、实证分析
1. 主要变量描述性统计和债务期限结构单变量分析。
将模型（1）的回归结果所得残差分类得到描述性统计结果（如表2所示）。从观察数来看，共有1 205个样本投资过度，2 758个样本投资不足，投资不足的样本数多于投资过度，在一定程度上反映了我国上市公司普遍面临融资约束的问题。将回归中残差为正的值取负号作为过度投资的代理变量后，从平均值看，投资过度的程度高于投资不足，且从标准差看，过度投资的离散程度更大。
主要变量的相关系数检验结果见表3。债务期限与过度投资在1%水平下显著正相关，意味着短期债务比例越高，越能缓解企业过度投资问题；实物资产比重与过度投资呈现高度正相关关系，主要原因在于实物资产能够通过抵押等途径帮助企业获得更多资金，增加企业外部融资能力，其比重越大，企业越容易出现过度投资的倾向；企业上市时间越长，意味着公司越成熟，成熟公司往往比较保守，相对于成长期的公司，其新增投资较少，因此，上市年龄越长，企业过度投资的可能性越小。主要变量的相关系数通过显著性检验，且方差膨胀因子均小于2，不存在多重共线性问题。
所有制结构差异导致国有控股企业与民营企业债务结构存在差异。表4中给出了产权性质不同的情况下，投资过度企业债务结构的差异分析。国有控股企业的短期债务占比均值为48%，低于民营企业的71.4%，且国有控股与民营短期债务均值的差异T值为-12.33，在1%水平下通过了显著性检验。这可能是在我国国有控股企业占主导地位，各方权利资源都集中倾斜于国有控股企业，国有控股企业与政府的政治关系使得企业能够得到更多的政府扶持，得到更多的长期贷款。由此假设1得到验证：国有控股公司短期贷款比例显著低于民营企业。
注：表格的上半部分为相关系数的显著性水平，下半部分为相关系数。
注：***表示在1%的水平上显著。
2. 实证结果。
表5的回归（1）以全体过度投资的样本对模型（2）进行回归，回归（2）、（3）分别针对国有控股与民营上市公司。回归（1）的结果显示，短期债务的系数在1%的水平上显著为正，表明短期债务的大量运用能够缓解企业过度投资行为，提高企业投资效率，由此证明假设2成立。
回归（2）的结果显示国有控股公司短期债务的系数虽然为正却不显著，说明负债融资对国有控股企业过度投资的抑制作用不明显。而回归（3）的结果显示民营上市公司短期债务回归符号与预期一致，且通过了5%显著性水平的检验。由此验证了假设3：相对于国有控股公司，民营上市公司短期债务与过度投资的敏感性更高。
注：***、**分别表示在1%、5%的水平上显著。
3. 稳健性检验。
为确保实证结果的稳健、有效，本文进行了如下敏感性分析：(1)Richardson(2006）回归模型的假设条件之一是公司不存在系统性非效率问题，为减少回归模型的系统性偏差，对模型回归残差进行三等分，取残差最大一组作为投资过度的公司再进行回归，结果没有改变。(2)采用Ozkan等（2000）的做法，采用滞后一期的短期债务与总债务的比例作为债务期限结构的代理变量，所得结果一致。
五、结论
本文分析了不同所有制结构下短期债务的运用对企业过度投资的影响。研究发现，债务期限越短，越有利于缓解企业的投资过度行为。通过频繁地签订贷款合同，对企业进行偿债能力评估，减少企业与债权人之间的信息不对称问题，对管理层滥用自由现金流的过度投资行为具有相机治理功效。
进一步分析发现，国有控股公司由于存在预算软约束，能够从银行获得长期贷款，短期贷款比例明显低于民营企业，并且其与政府之间的天然政治关联减少了债权人对企业风险的关注度，削弱了短期债务对企业过度投资的相机治理功效。而民营企业由于较少存在政治关联，债权人会更多地采用短期贷款的方式监督企业的投资行为。相较于国有控股企业，民营企业短期债务对企业过度投资更为敏感。
摘要：本文从债权人保护角度分析了不同产权性质下短期债务的运用对企业过度投资的影响。研究发现,短期债务的大量运用能够显著缓解企业过度投资。国有控股企业由于存在预算软约束,减少了债权人对企业风险的关注度,短期债务比例明显低于民营企业,削弱了短期债务对企业过度投资的相机治理效果。对于民营企业,债权人会更多地采用短期贷款的方式监督企业的投资决策,减少企业的过度投资行为。
关键词：债务结构,过度投资,国有控股企业,民营企业
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敏感结构 篇9
关键词：三明治微加速度计,温度漂移,敏感结构,热膨胀
0 引言
基于微机械工艺的三明治型微加速度计具有体积小、功耗低、灵敏度高、结构简单等优点[1,2], 是目前一种获得广泛研究与关注的微加速度计。但在某些高性能应用场合, 其输出随温度的漂移仍不能满足使用要求。针对此漂移现象, 有研究者认为结构不对称、残余应力、材料匹配、工艺误差、电路等原因均有可能引起漂移[3,4], 但是, 其中哪个是主导因素, 以及其引起漂移的物理机制尚不明确。中国科学院上海微系统研究所通过工艺的改进, 实现了更好的结构对称[5,6], 从而减小了其漂移。本文针对三明治微加速度计的温度漂移现象, 分析器件结构未严格对称的情况下, 敏感结构弹性梁、敏感质量块在工作后温度升高热膨胀引起的力学与电学平衡关系改变, 由此展开对温度漂移的研究。
1 物理模型
1.1 弹性梁-敏感质量块体系所遵循的力学、电学平衡关系
基于微机械工艺的三明治型微加速度计, 在弹性梁-敏感质量块体系完全对称的情况下, 温度致使该结构热膨胀引起的电容改变将会引起上下敏感电容的同时变化。由于微加速度计采用差分电容检测方式, 该变化对其输出无影响。通常情况下, 由于工艺误差, 连接敏感质量块的弹性梁都会偏离中心微小位置, 记为Δd。在闭环反馈后, 由于电路的作用, 上下敏感电容将回复到某一固定位置, 因此敏感质量块将会相对原位置产生倾斜, 如图1所示。其中, Fe为敏感质量块所受的静电力, Fa是外界作用在敏感质量块上的惯性力, 包括重力;F、M分别为弹性梁作用在敏感质量块上的作用力与弯矩, 相应地, F′、M′是敏感质量块作用于弹性梁上的反作用力和弯矩, Lb0、L0分别为弹性梁和敏感质量块温度未变化时的初始长度。
对敏感质量块, 其力学平衡关系为
即
同时, 合力矩为
因敏感质量块相对于y轴的倾斜角很小, 由式 (3) 可得
由式 (1) ~式 (4) , 并根据作用力与反作用力的关系, 可解得弹性梁末端B点敏感质量块作用于弹性梁的作用力与弯矩。进一步, 可得到弹性梁上沿y方向的弯矩:
对式 (5) 积分, 得到B点处的转角:
式中, E为硅的杨氏模量;I为弹性梁的截面惯性矩。
进一步, 对转角积分, 可得到B点的挠度:
式 (6) 与式 (7) 即为敏感质量块上作用力大小为Fe-Fa时, 弹性梁末端挠度与转角须遵守的力学平衡关系。
另一方面, 在闭环伺服反馈电路的作用下, 上下敏感电容应遵循一定的关系, 如图2所示。由于敏感质量块尺寸远大于弹性梁尺寸, 敏感质量块作刚体处理。
敏感质量块上表面与上极板形成的电容为
式中, β为敏感质量块在x方向的宽度;d1 (x, y) 敏感质量块上表面与上极板之间的距离。
因敏感质量块宽度沿y方向无变化, 式 (8) 可改写为
由图2所示的几何关系, 可知
式中, d0为理想电容间距。
敏感质量块下表面与下极板形成的电容为
同理
其中
在微加速度计工作在闭环伺服反馈的条件下, 上下敏感电容基本相等, 但由于杂散电容等原因, 两电容存在微小差别:
式中, Ck为杂散电容值。
由式 (8) ~式 (14) , 可解得
进一步变形, 可得
式 (16) 即为上下敏感电容有一固定差值Ck时, 弹性梁末端挠度w与转角θ应遵循的电学平衡关系。
1.2 温度变化致敏感结构受热膨胀后的再平衡关系
温度T升高后, 弹性梁伸长为
式中, α为硅的热膨胀系数;ΔT为温度变化量;Lb (T) 为弹性梁温度变化后的长度。
同时, 敏感质量块长度L (T) 也发生变化:
此时, 当敏感质量块上电压未变化, 即静电力未变化时, 依据材料力学原理, Lb和L随温度的改变将引起弹性梁末端挠度w和转角θ的变化:
式 (19) 、式 (20) 为敏感结构热膨胀后, 弹性梁末端挠度w和转角θ须满足的力学平衡关系。由于温度变化引起L (T) 、Lb (T) 的改变, 导致挠度w和转角θ的变动。因此上下敏感电容值也随着改变, 读出电路将使敏感质量块上电压发生变化, 从而静电力改变, 直至静电力与外加惯性力和弹性梁给予敏感质量块的反作用力平衡, 并且平衡时, 须满足电学平衡关系, 即上下敏感电容接近相等, 由 (16) 可得
2 实验与分析讨论
采用如上所述的三明治型微加速度计进行实验, 部分参数如表1所示。
首先进行初始零偏值的确定实验。在室温下, 对以上结构加速度计样品, 采用上下固定电极偏置电压分别为±10V的接口电路, 进行图3所示的各个敏感方向实验。方向1和方向2分别表示加速度计正向放置和反向放置, 即受到±g的加速度;方向3表示受到大小为0的加速度, 并且, 分别测量弹性梁1和弹性梁2在上面的状态 (图3) 。在以上各方向均为60min后待输出稳定采集数据, 由此分别得到输出电压V1、V2、V3和V4, 其中V1对应的加速度为+g, V2对应的加速度为-g, V3和V4分别对应加速度为0的两个状态的输出。将以上电压代入静电力公式, 可得作用在敏感质量块上的静电力Fe:
由图1可知, 敏感质量块所受的合力为FeFa。对正向和反向放置实验, Fa=±mg (m为敏感质量块的质量) 。但由于微细加工误差, 敏感质量块实际质量未知, 因此, 无法求得此时敏感质量块上的合外力。本文将加速度为±g状态的输出取平均, 得到加速度为0时的电压输出值。由此, 取、V3、V4作为零偏时的电压输出值, 将获得的Fe代入式 (6) 、式 (7) , 得到弹性梁末端的3组挠度值w与θ。将以上获得的挠度值w与θ代入式 (16) , 解方程组, 可得实验微加速度计弹性梁初始偏离中点位置Δd和杂散电容Ck。
其次进行温度漂移实验。将加速度计样品以图3所示的各个状态放入温度控制箱进行实验, 实验装置如图4所示。将温度控制箱依次从室温31℃加热到41℃、51℃、61℃和71℃时, 在各温度点60min后待微加速度计输出稳定再记录其输出值, 这里, 取、V3、V4的平均值作为该温度的加速度计输出值, 并根据后续测量的灵敏度换算为等效加速度, 示于图5之中。图5中, gn为标准重力加速度。
再次进行电路温度漂移实验。因传感器温度漂移既与结构变形有关, 也与电路温度特性有关, 为去除电路的影响, 单独对电路进行了温度漂移测试, 测得其温度漂移小于0.3mV/10℃。
同时, 通过转台进行了灵敏度与量程的测试, 1号、2号、3号加速度计的灵敏度分别为24.1mV/g、23.8mV/g和24.5mV/g, 量程分别为61.4g、62.2g和60.1g。
在由实验获得的Δd与Ck基础上, 将以上两值代入式 (21) , 即可获得温度变化时, 要使敏感电容保持固定差值Ck时的弹性梁末端挠度w与转角θ关系。并且, 当温度变化时, L (T) 随之变化, 形成曲线簇, 此即电学平衡关系曲线如图6所示。
变化Fe-Fa值, 根据式 (19) 、式 (20) 得到敏感质量块上力变化时弹性梁末端挠度与转角所满足的力学关系。
两平衡曲线的交点即可获得微加速度计的最终平衡点。随着温度的变化, 此平衡点因之改变。根据平衡点敏感质量块上的力可得其上的电压, 即微加速度计的输出。这些随温度变化的输出形成了漂移。进一步, 根据微加速度计的灵敏度, 可折算得到其对应的加速度漂移值。最终结果如图5虚线所示。
由图5可见, 根据以上计算敏感结构热膨胀引起的输出变化每10℃不超过0.002gn, 而同时, 实验测量值为每10℃变化约 (0.1~0.2) gn。考虑到电路的温漂, 最大不超过0.015gn。由此可见, 敏感结构热膨胀加上电路最大温漂仍远小于实测微加速度计漂移。该结果说明结构的热膨胀不是微加速度计漂移的主导原因。
事实上, 在正向、反向与水平放置加速度计时, 由于实验中夹具、PCB安装、加速度计表芯在管壳中的粘贴方位等因素, 其对应的状态不可能为理想的±g和0, 因此, 会带来Δd和Ck的误差。但是, 该误差仅会引起初始零偏输出的变化, 而对敏感结构引起热漂移的作用, 依据本文力学平衡与电学平衡交点随温度的变化, 该误差在各温度点带来的输出改变仅在10-4gn量级。因此, 实验中零偏值的误差对敏感结构热膨胀引起的输出漂移影响甚微。
3 结束语
本文分析了弹性梁、敏感质量块在温度变化后热膨胀引起的几何尺寸变化, 并导出了该变化导致的力学和电学平衡关系改变。依据两个平衡关系, 得到微加速度计在温度变化每10℃的情况下, 输出漂移不超过0.002gn。同时, 实验显示微加速度计在温度变化每10℃的情况下, 输出漂移为 (0.1~0.2) gn。研究表明, 弹性梁、敏感质量块由于温度引起热膨胀不是微加速度计温度漂移的主要因素, 研究结果为三明治型微加速度计的温度漂移进一步研究提供了参考。
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