结构形变

结构形变（精选9篇）

结构形变 篇1

1 概述

随着科学技术的发展和经济生活的需要, 各种大型工程越来越多, 工程项目监测技术显得越来越重要。其中变形监测与其它测量工作相比较, 其精度要求较高, 而且是有一定频率的重复观测[1]。而传统的变形监测手段只能对离散的点进行测量, 不能连续测量, 且存在着基准点难以确定、测量仪器安装不易等缺陷。采用光纤陀螺的工程测量系统, 则可以克服这些问题, 该系统具有精度高、装置简单的优点, 并且可以多点连续测量。

2 基本原理

光纤陀螺仪是一种对角速度敏感的光纤传感器, 实际上它是一个基于Sagnac效应的环形干涉仪。光纤陀螺相对惯性空间转动而产生的相位差△φ可表示为4ðRLÙ/ëc, 其中, L为光波在N匝光纤中传播的长度, R为光纤环路半径, c为光速, λ为光波长。由此, 测量出相位差△φs后, 便可以得到该系统的角速度Ω[2]。

使用光纤陀螺测量工程结构形变时, 需将陀螺同运动装置结合, 使陀螺沿被测曲线或曲面运动。

如图1, 假定光纤陀螺沿图中曲线运动, 在i时刻陀螺运行到了 (Xi, Yi) 点, 且通过运动装置测得此时的线速度为Vi, 通过光纤陀螺测得此时的角速度为Ωi。

当测量的时间间隔ΔT足够小时, 可以近似算出第i+1时刻的坐标, 即:

其中∆Li=Vi⋅∆T, 为测量时间间隔ΔT内光纤陀螺移动的距离。èi=èi-1+∆T⋅Ùi, 为第i点处轨迹曲线与x轴的夹角。

在工程测量时, 陀螺运动时的线速度Vi和角速度Ωi均为测量所得, 当确定了起始角度θ0后, 便可以通过上述迭代公式, 计算出每一个时刻轨迹曲线的坐标值, 从而得到光纤陀螺运动所走的轨迹, 即为所沿的曲线或曲面的形状。将测得结果同被测对象的原始设计进行比较, 可以得到被测对象的形变、准直等参数[3]。

3 实验和数值模拟

专门制作了一个简支梁缩尺模型进行实验, 并且对该模型进行了数值模拟。如图3, 当在简支梁中心施加了一个集中力P时, 则通过力学理论可以得到挠曲线方程为[4]:

其中, x为距离左端点的距离, υ (x) 为离梁左端点距离为x处沿y方向的挠度, 简支梁全长L=5.09m, 弹性模量E=2e11Pa, 惯性矩I=61.88e-8m2。通过挠曲线方程, 可以对简支梁中心受静载力的变形情况进行数值模拟 (如图2) 。

实验采用的光纤陀螺是湖北三江航天红峰控制有限公司生产的TXD6-A2闭环光纤陀螺, 测量范围为±80 (°) /s, 零偏稳定性小于等于0.1 (°) /h, 数据输出频率为300Hz, 输出为串口RS232信号。

在简支梁中心施加一个大小为54.3N的集中力, 该力使得简支梁发生了形变。将光纤陀螺装在小车上, 用绳子牵引小车, 带同陀螺也以一定速度移动。小车车轮上装有一个测速装置, 从而可以得到陀螺的运动速度。

进行了五次重复测量实验, 通过前面的迭代公式可以计算得到简支梁每个点的X坐标和Y坐标, 从而得到简支梁的变形曲线。因为我们只关注变形曲线在Y方向上的误差, 为了方便对结果进行研究, 我们以其中一次实验结果的X坐标为基准, 对其余几次进行了插值处理, 使得每次实验的X坐标是对齐的。处理后, 将五次实验结果中每个点的Y坐标进行平均, 得到实验平均值的曲线, 将其作为最终实验结果, 同模拟结果进行对比。

图3为五次实验所测变形曲线、实验平均值曲线以及数值模拟得到的变形曲线。可以看到重复性比较好, 为了精确判断, 计算每次实验同实验平均值在Y方向上的偏差最大值和相对偏差。结果如表1。

从表1中可以看出, 五次实验中的最大偏差为0.0411mm, 最大相对偏差为3.11%, 均比较小, 说明测量结果的重复性是比较好的。

接下来比较实验平均值同模拟值, 从图4中可以看出, 两者虽然重合性不佳, 但形状和趋势基本是一致的。通过计算, 得出试验平均值同模拟值的最大误差为0.1426mm, 相对误差为11.85%。实验结果同模拟结果比较吻合。

由上述结果可以得出:利用光纤陀螺技术进行工程结构形变测量的方法是可行的, 并且具有较好的重复性和较高的精确性。

4 结语

本文对光纤陀螺应用于工程结构形变测量的方法进行了研究, 通过实验和数值模拟对方法的可行性进行了验证。测量中误差的产生, 可能由陀螺自身的温漂和零漂, 实验基准点不水平造成的起始角度误差叠加, 预设导轨的不平整等因素引起。如何减小误差、提高测量精度是该技术方法的重点, 需要继续深入的研究。

摘要：研究了将光纤陀螺应用于工程结构形变测量的方法。以简支梁缩尺模型为例给进行了实验, 并基于力学理论进行了数值模拟。通过实验和数值模拟对该方法的重复性和可行性进行了验证。

关键词：光纤陀螺,形变测量,数值模拟

参考文献

[1]邢君.土木工程变形监测研究现状分析[J].浙江水利科技, 2010, 5:63～64.

[2]张桂才.光纤陀螺原理与技术[M].北京:国防工业出版社, 2008.3 2.

[3]王立新, 胡文彬.光纤陀螺应用于轨迹测量的实验研究[J].武汉理工大学学报, 2002, 24 (9) 50～52.

结构形变 篇2

教学目标：

1、掌握简单对象、文字的变形动画制作方法

2、掌握颜色RGB值的设置方法

3、能区分对象的变形和移动的制作方法

4、掌握图层的操作方法

教学重点、难点：制作简单对象的变形动画

教学思路：

1、掌握颜色RGB值的设置方法：

（用鼠标选，或直接输入RGB值，红绿蓝黑白等色彩可以直接选起来，无填充色的设置方法）；

2、设计一综合移动变形的动画，让学生了解移动动画和变形动画操作的不同点，及各自的操作特点，同时达到复习简单对象移动的效果。

3、通过操作不同的图层，掌握图层的新建、移动、删除、重命名方法。将PHOTOSHOP软件的层概念，迁移知识到FLASH软件上，对于层的概念、及新建重命名、删除等操作自然解决。

4、强化使用元件的习惯，虽然是形状的变形动画，要分离后才能制作，但还是要先插入一个元件，到舞台之后再分离比较好。

教学过程：

一、引入

三、任务一：文字的变形（教师演示，学生模仿，也可看帮助文件的演示）

1、新建一文档

2、插入——新建元件（名称:photoshop；类型：图形）

3、利用“文本工具”输入文字“photoshop”,设置字体：“隶书”，字号“50”，颜色：红色“#FF0000”（用鼠标选，或直接输入RGB值，红绿蓝黑白等色彩可以直接选起来，无填充色的设置方法）；

4、插入——新建元件（名称:flash；类型：图形）

5、利用“文本工具”输入文字“flash”,设置字体：“隶书”，字号“50”，颜色：蓝色“#0000ff”

6、返回场景一，打开库面板，“窗口——库”

7、在图层1的第一帧，将photoshop元件拖入舞台，在第25帧处“插入空白关键帧，将元件“flash”拖入舞台。

8、将第1帧和第25帧的字，右击，选择分离，分离3次

注：第一次分离元件，第二次分离句到字，第三次将字分离成形状；如果不是元件的形式，则需要分离2次。

9、在第1和25帧之间任一帧上单击左键，在属性面板上的“补间”选择“形状”

二、任务二：简单动画的制作（提一下图层的操作方法（同photoshop），其他学生自学）

1、启动FLASH软件，新建一文档

2、制作向右移动效果：

在第1帧，在左边，画一圆，圆周笔触颜色为蓝色“#0000FF”，填充色为红色“#FF0000”

在第35帧，插入关键帧，并将圆移到右边合适的位置

在1到35帧之间单击左键，在属性面板的“补间”中选择“动画”

3、将图层1命名为“移动”（双击图层1或右击，图层属性），在“移动”图层上方，插入一图层“变形”

4、制作变形效果：（圆变成矩形）

在“变形”图层的第1帧，在左边画一圆，边的笔触颜色为蓝色“#0000FF”，填充色为绿色“#00FF00”

在“变形”图层的第35帧处“空白关键帧”，在右边画一矩形，边的笔触颜色为蓝色“#0000FF”，填充色为绿色“#00FF00”

在“变形”图层的1到35帧之间单击左键，在属性面板的“补间”中选择“形状”

5、将“变形”图层拖到“移动”图层之下。

6、发布动画，保存作品

（注意：将PHOTOSHOP软件的层概念，新建、重命名、删除层等操作,迁移知识到FLASH软件上，因为基本上类似）

五、小结：

简单对象的移动

（1）先创建好两个关键帧的状态；

（2）单击起点关键帧到终点关键帧之间的任意一帧（3）属性面板中，补间动画选择“动画”。简单对象的变形

（1）先创建好两个关键帧的状态；

（2）单击起点关键帧到终点关键帧之间的任意一帧（3）属性面板中，补间动画选择“变形”。

汽车拉索弹性形变测试 篇3

关键词：汽车拉索,数据采集,伺服控制,弹性测试,精度

0 引言

汽车拉索是汽车零部件之一，是用于拉动改变变速器档位、刹车、离合器等的一种钢丝绳索，在汽车生产应用领域有着广泛的应用[1]。汽车拉索的使用寿命、承载能力、损伤程度，时时刻刻关系到使用者的安全，长期使用的拉索会产生磨损和变形，由于这种变形是不可恢复的，所以长期使用会降低其使用的效率，加速它的老化，降低使用寿命，危及使用者的生命，所以研究它的弹性变形、永久变形是至关重要的[2]。目前我国汽车行业标准QC/T 29101-1992汽车用操纵拉索总成关于弹性形变的测量方法，主要是采用人工手动检测的方式，存在稳定性差、测试效率低、测量精度低等问题[3]，不能适应我国汽车零配件行业高速发展和对产品大批量测试的要求，所以寻找一种合适的方法保证弹性形变时的精度至关重要。文中根据国内汽车零配件相关企业的现实需求，研发了一套汽车拉索弹性形变测试系统，实现了汽车拉索弹性形变测试的高精度、快速和自动化，满足了企业的实际要求。

1 系统硬件设计

汽车拉索弹性测试系统是基于LABVIEW和NI数据采集卡研发的，主要测试汽车拉索在拉伸状态下的力和位移的状态值。通过设置固定的拉伸目标值，重复拉伸拉索，得出测量值。比较这些测量值与标准值之间的差值来判断此汽车拉索的好坏。总体的硬件设计模块框图如图1所示。

如图1所示，此测试系统是由工控机、NI Compact RIO控制器、五个NI数据采集卡、伺服驱动器、伺服电动缸、力传感器、位移传感器、汽车拉索构成，下面具体的介绍各部分的作用。

(1)NI Compact RIO平台:NI Compact RIO平台包括实时控制器与机箱，NI数据采集卡可以插入到Compact RIO机箱中，机箱的背面板可以运行LABVIEW编程的FPGA程序，而实时控制器运行的是实时操作系统，通过网线其可与上位机进行通讯。

(2)NI9401是一款运动控制板卡，它能从使能信号、脉冲信号、方向信号三个方面控制伺服电机驱动器，从而控制伺服电动缸运动，拉动拉索。本设计总共有2个NI9237模块，都与力传感器相连，共八个通道，其主要用来采集力传感器的电压值。NI9215模块有四个通道，与位移传感器相连，实时采样位移传感器电压模拟输入。

(3)伺服电动缸与驱动器:伺服驱动器主要是用来驱动电动缸运转，电动缸主要是来带动连接着位移和力传感器的汽车拉索运动。

(4)传感器:传感器都与拉索相连，用以检测拉索形变时的参数变化情况。测得的电信号按相应的转换规律转换为力或位移值。

(5)工控机:主要用来实时显示系统的工作状态、对被控对象进行设置和控制、能够对历史数据进行回放和分析等。

2 系统软件的编写

测控系统软件是在LABVIEW 2010开发环境下完成的，分为两层:上位机通讯层和下位机数据采集与控制层。上位机通讯层包括对下位机通道数值的读取，将读取的通道数值制成曲线直观的反映在用户界面上等，还有为了满足拉索测试的精度要求，而进行的循环测试和行程测试。下位机数据采集和控制层主要包括采集力和位移的电压值，控制伺服电机运转和将得到的电压值写入到DMA FIFO中，供上位机来读取。

2.1 下位机采集和控制功能实现

2.1.1 上位机与Compact RIO系统通讯实现

在下位机软件编程之前，首先要创建FPGA项目，完成Compact RIO系统与上位机之间的通信。通过一系列的步骤将用于项目管理的VI、终端和I/O模块创建完成。至此，软件上FPGA I/O与硬件外部I/O的联系就建立起来，通过操作和控制软件上的FPGA I/O就相当于直接操作外部的I/O点[4]。

2.1.2 模拟量采集程序设计

下文以NI9237模块对力传感器(PST300 kg)电压信号的采集和NI9215模块对位移传感器(NS-WY02)电压信号的采集为例，讲述模拟量采集的程序设计过程，具体步骤如下:右键单击FPGA的终端(FPGA Target)项，选择新建->VI。在后面板中放入While循环，右键单击编程->FPGA I/O->I/O Node，然后单击I/O Item，选择Mod1/AI0、Mod1/AI1、Mod1/AI2、Mod1/AI3。同2创建Mod2/AI0、Mod2/AI1、Mod2/AI2、Mod2/AI3、Mod5/AI0、Mod5/AI1、Mod5/AI2、Mod5/AI3。创建子VI signal processor和signal processor＿shift，对采集到的力和位移的数据进行滤波求平均值。得出处理完的通道采集值。通过上述步骤，得到如图2所示的程序框图。

图2中标号1为模拟输出的I/O，其是从FPGA项目中的直接拖放过来，因外部的I/O点直接和传感器相连，所以通过标号1可以读取此时传感器的电压值。图中标号2所示的Mod1为经过处理的电压值。图中标号3为替换数组子集，通过移位寄存器将每次标号4处理的有效值替换到Mod1数组中。正如上文所述，Mod1和Mod2都对应外部的NI9237通道，是用来采集力传感器的电压值，而Mod5对应外部的NI9215通道，其用来采集位移传感器的电压值。

2.1.3 采集数据写入DMA FIFO

在高速采集过程中，FPGA的运行速率可以达到ns的级别，而RT系统一般在ms的级别。在这种情况下，如果要求上位机读取全部的数据，又不会出现数据丢失，就需要采用DMA FIFO方式来传递数据[5]。要通过DMA FIFO完成数据交换的功能，首先要创建和配置DMA FIFO，配置和创建完成后，在程序框图中放置一个循环，然后将创建配置完的FPGA FIFO拖放到循环内，将采集到的力和位移传感器的数据写入到DMA FIFO中。如图3所示Mod1和Mod2采集的力传感器数据写入到1.9237FIFO中，Mod3采集的位移传感器数据写入到3.9215FIFO中，写入的数据供上位机来读取，具体步骤详看2.2节。

2.2 上位机功能模块实现

2.1.3节讲述了将采集的力和位移的数据通过FPGA写入到DMA FIFO中，要实现通道数值的实时显示，需在上位机上将写入到DMA FIFO中的数据读取出来[6]。在完成此步骤之前，首先要将FPGA程序下载编译生成的LVBITX文件，引用到上位机，供上位机使用。下图中的标号1(9074Ref Container.VI)就是引用到上位机的LVBITX文件，通过调用此VI，就能将显示在下位机上的前面板数值调用到上位机界面上。如下图所示的程序框图中首先创建了一个while循环，然后调用9074Ref Container子VI，添加Read/Write control(标号2)控件，与之相连。进入While循环，让图中控件Invoke method(标号3)来读取采样通道的数值，最终得到Data、Data2、Data3。其中Data和Data2为力传感器的数据，Data3为位移传感器的数据。读取通道数值的程序框图如图4所示。

通过上述步骤就能将各个通道的数据读取上来，在前面板中显示。

2.3 测试主界面

通过上述的软件编程，最终得到的测试主界面如图5所示。

图中标号1为主显示区，标号2为传感器的配置区域，标号3为主显示配置菜单，标号4为功能配置区，标号5为图表显示区域，标号6为实验功能设置区。

3 行程实验

先选取500 kg的称重传感器一个，点击标号3的主显示配置区域，选择力通道CH＿2传感器1，设置上下限分别为5 000 N和-100 N，位移通道为CH＿1位移1，上下限为500 mm,-10 mm。然后点击标号6实验功能设置区中的行程控制，选定通道CH＿2传感器1为主的观测参数，目标值设定为283.6 N，速度为10mm/s，点击开始按钮运行，伺服电动缸带动汽车拉索运动，与汽车拉索相连的力和位移传感器将实时的数值显示在主界面上，此时显示的力数值在283.6 N波动，位移数值在40.2 mm波动，其中位移的精确性更高一点，这里近似等于40.2 mm。

如上文介绍本测试系统共用2个NI9237的数据采集卡，共8个通道来测试汽车拉索的拉伸力。8个通道都可以与力传感器相连，将与力传感器相连的航空插头，分别插入到剩余通道，以同样的方法测试剩余7个通道的传感器数值，并分别记录。本测试系统共用4个通道来测试汽车拉索的拉伸位移，用同样的方法将位移传感器接入到剩余的3个通道。因力和位移同时测定汽车拉索的拉伸力和拉伸位移，所以力和位移的数值同时变化，且位移的波动较小，现以力(牛顿)作为主测试参数来观察是否实现弹性形变测试。导出的EXCEL数据如表1所示。

精度值的计算公式为:

式中T为精确度;X为被测量的目标值;X0为被测量的真值。从公式可以得出，T精确度的绝对值越小，表明被测量值越逼近于标准值，测量的精确度更准;将表1所得数据带入此公式，可得拉索弹性形变的精度误差允许范围在±0.1%N之内。

4 结束语

在测试的精度上，传统的测量方法在读取弹簧测力计数值方面肯定存在误差，而汽车拉索弹性形变测试系统用高精度的称重传感器检测拉伸值，以NI数据采集卡作为数据采集工具，再借助LABVIEW编程语言，能够高效、精确、及时的显示测量结果。在测试的效率上，与传统的测试方法相比，该测试系统完成一次的测试时间只有传统测试方法的1/5，效率值高。在测试的自动化程度上，相较于传统的测量方法，显著地提升了测试自动化的水平。

参考文献

[1]佟炳勇,郑海龙,赵超越.汽车门锁拉线设计的几点注意[J].汽车零部件,2015,10(7):70-72.

[2]景爽,王建生,康献民,等.基于Lab VIEW的摩托车拉索效率测试平台设计[J].自动化与仪表,2009,29(7):55-57.

[3]关丽丽.车用拉索总成效率试验台架设计[J].科技传播,2012,4(15):173-175.

[4]王树东,孙野,梁国栋.基于Lab VIEW和FPGA在数据采集系统中的开发设计[J].自动化与仪器仪表,2014,34(6):64-67.

[5]陈树学,刘萱.LABVIEW宝典[M].北京:电子工业出版社,2011.

形变监测数据组合预测 篇4

形变监测数据组合预测

灰色模型、时间序列模型以及人工神经网络是目前应用广泛、实用效果评价较好的.3种形变预测方法.提出了最优加权组合预测方法,其精度更高,更适用于对形变监测数据要求高的场合.

作 者：潘国荣 谷川 Pan Guorong Gu Chuan 作者单位：同济大学测量与国土信息工程系,上海,92;国家测绘局现代工程测量重点实验室,上海,200092刊 名：大地测量与地球动力学 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF GEODESY AND GEODYNAMICS年，卷(期)：26(4)分类号：P2关键词：组合预测 最优加权 灰色模型 时间序列 人工神经网络

建筑物形变测量与分析 篇5

1建筑物变形监测的任务和作用

变形监测是对被监视的对象或物体 (简称变形体) 进行测量以确定起空间位置随时间的变化特征。变形监测为变形分析和预报提供基础数据。变形监测又称变形测量或变形观测。

变形体的变形可分为两类:变形体自身的形变和变形体的刚体位移。自身的形变包括:伸缩, 错动, 弯曲和扭转四种变形;而刚体位移则包括整体平移, 整体转动, 整体升降和整体倾斜四种变形。

变形监测的意义在于通过对观测对象的垂直位移和水平位移监测, 可以起到如下作用:为改善建筑物理参数, 地基强度参数提动依据;为保证机械设备安全, 可靠, 高效运行, 提高产品质量提供技术数据;为监测滑坡随时间的变化过程, 研究引起滑坡的成因, 预报大的滑坡提供技术数据;为完善矿山开采所引起的岩层和地表移动与变形预报模型提供技术数据, 等等。

2多元线性回归分析

回归分析主要包括一元回归分析和多元回归分析。若自变量与因变量之间存在线性函数关系, 则为线性回归;若是非线性关系, 则可根据曲线匹配或多项式函数拟合, 通过变量变换化为线性回归问题。一元线性回归模型为:

其中影响因子x分别取值为x1, x2, …, xn时, 对应y的观测值为y1, y2, …, yn, β0、β1为回归参数, 相应的随机误差为ε1, ε2, …εn。εi的数学期望为E (εi) =0, 方差为σ2, 且εi与εj (i≠j) 之间的协方差为0。多元线性回归模型为

其中 分别取 时, y取得第i次样本观测值yi, β0、β1、β2…βm为未知回归参数, εi为相应随机误差, εi~N (0, σ2) , 且协方差为0。多元线性回归是一元线性回归的拓展, 模型 (16) 和 (17) 充分表达了观测值y与影响因子X之间的关系, 时常在建筑物变形过程中, 以及我们在分析处理建筑物变形时, 总是考虑多方面的影响因子。

2.1.1影响因子的确定

影响变形的因素很多, 一般应根据专业知识选择影响因子X1, X2, …, Xn。在用多元回归模型进行预报或控制时, 应选用尽可能少的影响因子, 达到尽可能高的拟合度。

2.1.2模型参数的估计

由 (2) 得误差方程为

其矩阵形式为

式中

在VTV=min条件下, 得到法方程为

模型参数的最小二乘解为

由此可得到多元回归方程和误差方程。

2.1.3模型的检验

求得回归方程后, 需要进行回归效果的显著性检验 (F检验) 和回归参数的显著性检验 (T检验) 。

2.1.4实例分析

先以建筑工程中的监测来分析

由于观测的点多, 我就暂时选出几个点来做分析:

从表1, 表2, 表3的几个点可以看出, 在建筑过程中变形量相对来说是十分大的, 所以必须要对此进行监测, 以保证施工的安全。

下面我们整个过程的变形来分析, 对某地基为软土的建筑物, 从施工到竣工后一段时间内定期对两个沉降点进行观测, 一共进行了26期。其中取前21期数据进行计算, 后5期用来检验预测值的准确性。现就观测数据进行回归分析并进行预报。观测数据 (单位m) 见表4。

(注:数据来源于参考文献7)

a.确定模型中的影响因子

在软土上的建筑物沉降变形可近似描述为

令 其中h为累计沉降量, t相对应的累计时间。可变换为一元线性模型

经过变换, x可以看作一项关于时间的影响因子。由于建筑物的沉降与上部荷载有直接关系, 故可把荷载作为另一项影响因子。可初步建立线性回归模型

b.模型参数估计

对于观测点1, 误差方程为

对观测值和影响因子进行参数中心化, 得其最小二乘解为 (计算的过程在计算机上完成)

得到回归方程为

其计算时所用单位为:

时间:天累积量:m荷重:t/m2

c.模型的检验

为检验模型的正确性, 应作回归效果和回归参数的显著性检验。

由于回归效果显著性检验原假设为:Ho:β1=β2=0

回归参数显著性检验为:

故进行回归参数显著性检验后, 若检验通过, 则拒绝原假设k, 也就必定拒绝回归效果显著性检验的原假设, 从而回归效果也必然显著。

对于回归参数检验, 可得到统计

取α=0.05, 查得F (17) =4.45。显然有T1>T2>4.45

所以β1, β2是显著的。由于回归参数显著性检验通过, 则回归效果的显著性检验也通过。

d.对其上的结果再一次进行检验, 上面我们用了21组数据, 现在我们用17组数据对起进行分析, 得到其回归方程为:

e.对其上的结果再一次进行检验, 上面我们用了17组数据, 现在我们用15组数据对起进行分析, 得到其回归方程为:

f.对其上的结果再一次进行检验, 上面我们用了15组数据, 现在我们用8组数据对起进行分析, 得到其回归方程为:

得到其每期数据的预测值, 如下表5 (以mm为单位)

由表5我们可以看出, 预测值与实测值有较大的差距, 但对数据的处理目的就是预测建筑物变形的趋势, 若以次为目的的话仍可以达到预期的目的。

此外我们可以得出结论:要做回归模型的分析必须要较多的数据, 如果数据少了, 与实测值的差值就会很大, 数据越详细越多, 则模拟的结果会越好。对于大型的建筑物我们要做长期的测量, 多元线性回归对于这样的情况较适合。

摘要：说明建筑物变形的一些基础知识。介绍了多元回归模型用于建筑物变形测量数据处理, 对比了由于数据量不同而得出的不同的结果, 得出有意义的观点。

关键词：变形测量,变形分析,多元线性回归

参考文献

[1]贵仁义.工程测量原理与应用.

[2]孔祥元, 梅是义.控制测量[M].武汉:武汉大学出版社.2002.

[3]武汉测绘科技大学测量平差教研室.测量平差[M].北京:测绘出版社, 1996.

[4]张正禄等.工程测量学[M].武汉大学出版社.2005.

[5]申俊红.高层建筑物沉降变形检测实践[J].中州大学学报, 2006, 23 (3) :116-117.

[6]莫慧剑.建筑物的变形监测浅析[J].湖南城建高等专科学校学报.2003, 12 (2) :11-12.

[7]叶斌, 鲍峰.考虑建筑物荷载的变形监测数据处理方法[J].四川测绘, 2006, 29 (2) :60-63.

光子晶体形变传感器原理 篇6

1 一维光子晶体PBG的性能

利用传输矩阵法, 预测多层介质的光带隙性能, 将一层介质等效成一个界面, 应用电场强度E和磁场强度H的切向分量在界面两侧连续的边界条件, 得到入射介质中的光场E0, H0与出射介质中的光场E2, H2之间的关系为:

矩阵M1称为介质层的特征矩阵, 它包含了介质层的全部有用参量, 并且为单位模矩阵;δ1= (2πλ) N1d1cosθ1为相位厚度, N1, d1为介质层的折射率和几何厚度, 两者的乘积为光学厚度, 1θ为光线在介质层中与法线方向的夹角, 1η为有效导纳, 对于p偏振, η1=N1/cosθ1, 表1 MgF2和ZnSe的弹性性能和折射率对于s偏振, η1=N1cosθ1。设光子晶体由k层介质组成, 则整体特征矩阵为:

则反射系数r和透射系数t为:

而反射率为:

由此可以得到光线在光子晶体中的传播特性, 我们用常规的高低折射率相间的λ/4膜系模拟可见光长波区的一维光子晶体结构, λ为中心波长, 每个周期包含一层高折射率材料以及一层低折射率材料, 每层的光学厚度相等, 均为λ/4。随周期数的增加, 光子晶体的带隙结构趋于稳定。图1所示出具有6个周期 (共12层) 的某光子晶体的反射光谱, 禁带起始波长1λ和禁带截止波长1λ之间的光波被全部反射, 禁带宽为λ2-λ1。

2 光子晶体的受力与PBG性能的关系

假设光子晶体中各材料是各向同性的弹性材料, 并且受力后其介电性能不发生改变, 仍然用高低折射率相间λ4膜系模拟可见光长波区的一维光子晶体结构, 选取在该区透明的MgF和2ZnSe作为基本材料, 其弹性模量、泊松比和折射率如表1所示。选择中心波长为650nm, 则Mg F2层的厚度为119nm, ZnSe层的厚度为65nm共有6个周期, 而且光正入射到光子晶体上, 可以通过数值法计算得到, 将各层介质受压力后的厚度代入 (1) ~ (4) 式, 就可以得到一维光子晶体受压力后的反射光谱, 图2示出压力对带隙结构的影响, 可以看到施加压力后, 禁带的位置向短波方向移动, 同时禁带宽变小图3和图4示出压力与起始波长和截止波长之间的关系, 可以看出它们之间都呈简单的线性关系。这样, 根据起始波长和截止波长可以很容易地推断出压力的大小, 而精度只取决于对光波波长测量的精度。定义压光敏感系数为, 其中p为压力, 压光敏感系数的含义为压力引起的波长相对变化。根据图3和图4, 可得到起始波长的压光P敏感系数为, -8.8×10-6MPa-1, 截止波长的压光敏感系数为-9.0×10-6MPa-1为了提高压光敏感系数, 可以选择具有较小弹性模量的材料。

以上通过研究机械载荷对光子晶体的光带隙性能的影响, 发现两者之间存在简单的线性关系, 并因此提出了利用这种对应关系研制压光传感器的可能性。由于光子晶体的结构周期和光波波长为一个数量级, 也就有可能制造出一系列精巧的压光传感器或者其他精密仪器。这种传感器的一个优点是可以在不直接接触到受压区域的情况下测量压力的大小。那么温度载荷对光子晶体的形变影响是什么呢?我们来看一下光的相位特性, 许多光物理现象与相位特性有关。在光子晶体中, 几乎所有光物理现象都与相位特性相关联, 基于光子晶体相位特性的温度传感器, 它具有很高的灵敏度。

2.1 含耦合缺陷的不对称结构光子晶体的物理特性

光子晶体缺陷模的相位特性过去很少被应用, 其主要原因如下:在缺陷模光是高透射的, 离开缺陷模光是高反射的, 这种透射光或反射光的光强剧烈变化会使相位测量中光强无法恒定。另外相位还受衬底等影响。通过研究我们发现, 以上问题都能通过光子晶体不对称结构或异质结结构获得解决。我们计算和研究了含缺陷的一维光子晶体不对称结构的带隙和相位特性。不对称结构使缺陷模的高透射消失, 即整个带隙 (包括缺陷模频率) 的反射率接近于1, 但在缺陷模频率附近反射光的相移随频率迅速改变。对应耦合缺陷模的每一个子峰, 相移等于2π, 对含5个耦合缺陷层的缺陷模, 相移等于10π, 并且不对称结构使衬底的影响被克服。相位曲线中有近似线性一段, 这种近似线性关系在光子器件的应用中很有价值。下面我们基于光子晶体相位的上述特性, 以温度传感器为例讨论光子晶体相位特性在传感器中的应用。

2.2 高灵敏高分辨率光子晶体相位温度传感器

如果光子晶体缺陷层的介质是温度敏感材料, 温度变化时, 缺陷模的频率和相位都将随着温度而变化。根据热光效应, 温度直接导致的折射率变化可表示为。这里的为折射率随温度变化系数 (也称热光系数) , 越大, 说明温度引起的折射率变化就越明显。本文的计算中将选环氧树脂作为耦合缺陷层。环氧树脂的参数如下:折射率为1.5122。耦合缺陷模中含多个子峰, 两边沿的子峰频率处的相位随频率变化最剧烈。利用此最边沿的子峰获得较高的温度灵敏度, 且缺陷层越多, 则子峰越密, 即灵敏度越高。所以, 本文中用含10个耦合缺陷层结构, 并用频率最高的子峰的相位特性为例进行研究。具体的结构为 (LH) 3D- (HL) 3H (LH) 3D (HL) 3H (LH) 3D (HL) 3H (LH) 3D- (HL) 3H (LH) 3D (HL) 8, 其中nH=3.3, nL=1.45, nD=1.5 1 22 (环氧树脂的折射率) , nDdD=λ0/2, nHdH=nLdL=λ0/4。对这一结构计算得到的缺陷模中频率最高的子峰的相位特性能很好满足相位温度传感器的要求。如果在某项特殊应用中既要有很高的灵敏度又要有较宽的测量范围, 也可考虑用如下方法解决:可以设计一种特殊光子晶体, 其杂质层是热敏材料, 而周期层是电场诱变折射率材料, 这样就能用电场分档改变测量范围而实现宽范围测量。另外, 对高温的测量则要另选材料。利用光子晶体不对称结构解决了耦合缺陷模的不对称结构, 把光子晶体的相位特性原理制作出了高灵敏高分辨率温度传感器。

3 结语

本文具体分析了机械载荷与温度载荷光子晶体传感器原理可能制造出一系列精巧的压力、温度传感器或者其他精密仪器。这种传感器的一个优点是可以在不直接接触到受压区域的情况下测量压力的大小, 应当指出, 本文的工作还是探索性的。

摘要：当光子晶体材料承受外载荷时, 必然会引起形变, 并改变其组成材料的空间排列方式, 从而导致其光带隙性能的改变。而外载荷与光带隙性能之间的对应关系, 计算表明, 压力的大小与禁带起始波长、截止波长和禁带宽之间呈简单的线性对应关系, 通过测量光带隙性能而制造出感知外载荷的传感器。外载荷也可以是温度载荷, 对含耦合缺陷的不对称结构光子晶体的研究发现, 其缺陷模频率附近的反射率接近于1, 而缺陷模频率附近反射光的相移随频率迅速改变;当缺陷层为折射率的温度敏感材料时, 温度的极微小变化就能使处于缺陷模频率的反射光相移发生很显著变化。根据这一原理, 设计了高灵敏高分辨率的相位温度传感器。

关键词：光子晶体,压光,光的相移

参考文献

[1]John S 1984 Phys.Rev.Lett.53 2169.

[2]John S 1987Phys.Rev.Lett.58 2486.

[3]Yablonovitch E 1987 Phys.Rev.Lett.58 2059.

[4]Liu X Y2000Acta Phys Japan.J.Appl.Phys.38 L786.

[5]Noda S, Yokoyama M, Imada M, Chutinan A, Mochizuki M2001 Science 293 1123.

[6]Wang Z, Fan S H 2005 Opt.Lett.30 1989.

[7]He Y J, Su H M, Tang F Q, Dong P, Wang H Z 2001ActaPhys.Sin.50 892 (in Chinese) 何拥军, 苏慧敏, 唐芳琼, 等.物理学报, 2001, 50:892.

[8]Zhong Y C, Zhu S A, Wang H Z 2006 Acta Phys.Sin.55688 (in Chinese) 钟永春, 朱少安, 汪河洲.物理学报, 2006, 55:688.

[9]Wei Z C, Dai Q F, Wang H Z 2006 Acta Phys.Sin.55 733 (in Chinese) 韦中超, 戴峭峰, 汪河洲, 物理学报, 2006, 55:733.

[10]Li-Ping Xu, Ting-Dun Wen, Xiao-Feng Yang, and Wen-Dong Zhang.The resonant tunneling in Si1-xGex/Sisuperlattices.Solid State Phenomena Vols, 2007:121～123.

[11]Li-Ping Xu, Ting-Dun Wen, Xiao-Feng Yang.Mesopiezoresistive effects in double-barrier resonant tunnel-ing structures[J].Applied Physics Letters, 2008, 92:043508.

上海深井项目形变观测资料分析 篇7

进入新世纪以来, 地震测技术呈现出由平台观测台网向大规模的立体监测网发展的趋势, 即由单一方法向宽频带综合观测发展, 由地表观测向空间与井下观测发展, 由陆地观测向海洋观测发展[1]。综合深井观测项目集成的仪器包括应变仪、倾斜仪、地震计、空隙压、地磁仪、地温仪、水温仪。地壳形变观测的目的是为了测定地壳表面点位之间的相对位置或重力场的变化, 以获取地壳形变的几何和物理信息, 其观测量为位移、应变和重力的相对变化值, 反映地壳形变的几个方面:潮汐形变、构造形变、荷载形变以及突发性形变。钻孔应变观测仪器探头一般安装于钻孔下数十米的基岩中 (或土层中) , 通过对地层内部应变状态依时间连续变化的精细观测, 是发现和掌握地震应变前兆的 (长) 中短临以及震后调整的时空分布发展变化规律, 构成重要的地震前兆观测手段, 为地震学研究、防震减灾工程提供基础性背景资料[2]。

1 台站基本情况

2011年上海市地震局建成了两个综合深井地震观测站, 分别为崇明长江农场台和浦东张江台。崇明长江农场台位于崇明岛中部, 浦东张江台位于张江高科技园区内。

崇明长江农场台位于上海市崇明岛中部, 地理位置为东经121.53°, 北纬31.66°, 台站台基岩性为燕山晚期花岗岩, 台址周围构造较为稳定。崇明长江农场综合深井观测井井深463.6m°。浦东张江台位于上海市张江高科技园区内, 地理位置为东经121.6°, 北纬31.18°, 浦东张江综合深井观测井井深407m。

2 水泥固化与应变仪曲线变化情况

浦东张江台四分量应变仪安装于井下405米处, 崇明长江农场台四分量应变仪安装于井下460米, 详细的地下情况请参看表1。由于要防止坍塌, 均采取了钢管护壁的办法, 仪器下井安放后利用膨胀水泥进行固化。此次固化工作使用的是标号为425#的水泥, 理论上该标号的膨胀水泥初凝时间在1h左右, 终凝时间在25h小时左右, 但是曲线中显示膨胀水泥的终凝时间却远远超出该理论时间。影响水泥硬化的因素很多, 除了矿物本身的结构, 还与外界条件如温度、加水量有密切的关系。此次深井固化所用的微膨胀水泥的密度是:1.2kg/L~1.3kg/L (松散状态) , 按照稠度达到不挂手的要求, 微膨胀水泥与水的重量配比是:1.8~2.0:1。

3 水泥固化与应变仪曲线变化情况

浦东张江台四分量应变仪安装于井下405米处, 岩性以中风化粉砂岩为主, 崇明长江农场台四分量应变仪安装于井下460米, 岩性以微风化花岗岩为主。由于要防止坍塌, 均采取了钢管护壁的办法, 仪器下井安放后利用膨胀水泥进行固化。此次固化工作使用的是标号为425#的水泥, 理论上该标号的膨胀水泥初凝时间在1h左右, 终凝时间在25h小时左右, 但是曲线中显示膨胀水泥的终凝时间却远远超出该理论时间。影响水泥硬化的因素很多, 除了矿物本身的结构, 还与外界条件如温度、加水量有密切的关系。此次深井固化所用的微膨胀水泥的密度是:1.2kg/L~1.3kg/L (松散状态) , 按照稠度达到不挂手的要求, 微膨胀水泥与水的重量配比是:1.8~2.0:1。

3.1 浦东张江台

浦东张江台四分量应变仪北西分量及北南分量自10月18日开始出现急速下降, 同时曲线斜率减小, 直至10月26日17时左右由于仪器校测调整, 出现台阶;四分量应变仪东西分量及北东分量自10月18日开始出现急速上升, 同时曲线斜率逐渐减小, 直至10月26日17时后出现台阶。对于此次应变仪出现台阶的情况, 我们之前认为是仪器故障或膨胀水泥能力突出释放所引起的, 但是经过调阅浦东张江台综合深井观测组所有仪器, 发现10月26日当天17时以后均出现台阶, 所以我们认为本次台阶是由于仪器调整造成的, 消除这些阶跃后整个曲线基本处于正常水平。

从上述图形中可以发现北西、北南受到的应力降低, 说明北西和北南方向受到拉张作用力的影响;东西、北东方向受到的应力增加, 说明东西和北东方向受到挤压作用力的影响, 对此可以认为此次应变仪四分量的急速变化, 是由于膨胀水泥在硬化过程中体积出现膨胀引起。北西、北南方向和东西、北东方向受到相反方向的作用力, 说明水泥在在固化过程中膨胀中出现了非均匀膨胀过程。这个过程在10月27日仪器调整后消失, 体应变的变化过程趋于一致。

3.2 崇明长江农场台

崇明长江农场台四分量应变仪从2011年10月27日起正式产出观测数据, 观测曲线已经能显现出固体潮的趋势, 同时数据曲线并未显现出大幅的应力应变变化, 这是因为崇明长江农场台在数据产出之前井下的水泥膨胀过程已经完成并持续了一段时间, 因此数据产出时已经能够在一定程度上反应崇明地区的应力变化过程。

4 水泥固化稳定后四分量应变仪耦合情况分析

根据邱泽华等人[3,4]的研究, 任意选择一个元件的孔径相对变化测值, 记为s1, 一次顺时针转动45°, 有元件测值s2、s3和s4。当探头与围岩的耦合处于理想状况时, 应该有

但是这四组测值往往并不完全符合这个关系, 而是有一定的误差。这个误差可能反映了探头与围岩的耦合状况。死分量钻孔应变仪以45°为间隔在4个方向上安装元件, 构成两组互相正交的孔径相对变化观测, 就是为了根据式 (1) 检验检验它们是否相等。这种“自检”对于说明探头与围岩的耦合状况具有关键的作用。

实际上我们可以进一步根据一定的假设来对元件测值进行校正。令Si=kisi (i=1, 2, 3, 4) , 假设

将大量实际测值带入式 (2) , 给定任意一个ki为1, 可以反演得到其他ki。分别给定所有ki为1, 可以得到4组ki (i=1, 2, 3, 4, ) 。对这4组值取ki的平均值作为最终的反演结果。这样的ki都是在1附近取值。特别当耦合处于理想状况时, 所有ki都等于1。我们称对ki的反演为实地相对标定, 称ki为相对校正系数。

现利用上海深井观测校正数据进行相对校正系数的计算, 可以得出两个深井观测站四分量钻孔应变仪的相对校正系数。上海深井观测校正数据有四分量应变仪、二分量钻孔倾斜仪、地磁仪, 据负责此项目的人介绍, 校正数据主要是对存在方向分量的数据进行方向校正, 进而使得数据更为精确。

对于四分量钻孔应变仪, 可以利用其特有的自检功能对资料的稳定性、可靠性进行检验[5]。利用校正数据计算出的结果表明, 上海深井观测台网的四分量应变仪耦合情况良好, 可以提供有价值的应变变化观测数据。

5 结语与讨论

(1) 通过分析浦东张江台综合深井观测及崇明长江农场综合深井观测的四分量钻孔应变仪数据, 认为上述两个台站的四分量钻孔应变仪数据能够运用于日常分析预报任务中, 并且能够较好的体现地下应力应变变化情况。

(2) 浦东张江台四分量钻孔应变仪2011年10月18日~26日的数据能够真实的反映膨胀水泥固化的过程, 能够为今后的综合深井水泥固化提供一定的参考依据;由于对崇明长江农场台四分量钻孔应变仪进行过调整, 崇明长江台水泥固化过程缺失, 对今后类似地质结构下的水泥固化过程的认识存在一定的影响, 但是整体观测曲线正常, 固体潮正常, 该次调整对于崇明长江农场台并无影响。

(3) 综合深井四分量应变仪观测是能够显著减弱地表、人类活动等干扰所带来的影响, 切实反映深部地下岩层应力应变的变化情况。

摘要：本文运用上海市地震深井综合项目所建台站——崇明长江农场台和浦东张江台——井下四分量钻孔倾斜仪观测资料进行分析。通过分析, 了解不同区域内水泥固化因素与四分量钻孔应变仪曲线的对应关系。通过对四分量应变观测仪观测曲线的分析对比, 认为该套仪器的运行正常, 能够正常反映地下岩层应力应变的变化情况, 可以运用于日常分析预报工作。

关键词：综合深井,四分量钻孔应变观测,固化能力,相对校正系数

参考文献

[1]欧阳祖熙, 张钧, 陈征, 等.地壳形变深井综合观测技术的新进展.国际地震动态, 2009, 11 (371) :1-13

[2]李海亮, 李宏.钻孔应变观测现状与展望.地质学报, 2010, 84 (6) :895-900

[3]邱泽华, 阚宝祥, 唐磊.四分量钻孔应变观测资料的换算和使用.地震, 2009, 29 (4) :83-89

[4]邱泽华, 唐磊, 周龙寿, 等.四分量钻孔应变台网汶川地震前的观测应变变化.大地测量与地球动力学, 2009, 29 (1) :1-5

结构形变 篇8

我们儿时都听过《咕咚来了》的故事, 一个落入水中的大木瓜经过不同的发讯者和收讯者表述之后, 变成了可怖的怪物, 有个成语形容得非常恰当———以讹传讹。那么为什么会有意义传达的“形变”, 我们要从以下几个方面进行分析:

一、设计符号的意义传达中存在衍生和理解不足现象

(一) 衍生是指意义传达过程中受众理解形成的意义超过了设计者所要传达的意义。

如图1所示:A代表设计者所要传达的意义, B代表受众理解了的意义。举例来说, 就像一位数学教师讲解正圆的方程时, 一位喜欢文学的学生由此想到了落日的绚烂。意义衍生现象出现的原因, 从纯粹传达的角度看, 主要是受众所拥有的意义领域要比设计者广阔, 因而常常将自己对设计者所使用的符号系统的个人理解附加上去。这就出现了人们常说的“与想象中差距很大”。

在设计符号的意义传达过程中的也存在理解不足的现象。这是受众获得的意义的范围与解释者所要传达的意义仅存在部分共同的一种情形。如图2所示:图中A代表设计者, B代表受众, C代表B所理解了的意义。由于C只是A所要传达的意义的一小部分, 因此就出现了理解不足的情形。

理解不足的发生, 主要是因为受众所具有的意义域不等同于设计者的意义域, 因而受众对设计者使用的符号系统一般会有隔膜, 常常只能接受其中一部分信息。在日常生活中, 我们经常会遇到一些超出自己理解范围的话语。比如我们与医疗专家之间的对话, 专家使用的术语对我们来说, 总有些听不明白;电器的线路图, 也不是人人都能看懂;在网络中一些年轻人用的“火星文”对于网络以外的年长者来说更是陌生。就像俗语中的“隔行如隔山”, 人们的生活总有自己关注的、擅长的, 也有自己忽视的、生疏的知识技能。另外, 理解不足现象的存在, 还与意义传达过程本身的特点有关。所指和能指一样是人为约定的、不确定的和任意的。符号并不是意义本身。但渴望理解意义的人们, 却不得不通过符号去识别和发现意义。符号只能表达普遍的东西, 但人们所意指的却是特殊的、个别的东西, 因此, 在信息交流中, 受众缺乏和设计者不同的符号学背景, 便不可避免地要发生理解不足的意义变形。对于同一符号, 由于文化信仰的差异可能有多重译码, 某些译码甚至相互冲突, 因此某些设计产品经常兼有不同的解码, 如现代派建筑师的“和谐的比例完善的纯体积”, 在大众眼光中成为“冷冰冰的方盒子”;金庸笔下的人物在每个读者心中都有自己的人物形象, 当被以影视剧的形式再现时, 总会觉得没有文字中来的精彩;北京奥运主场馆“鸟巢”和“水立方”建筑外观众说纷纭, 褒贬不一, 成为公众争论的焦点。

(二) 意义传达中的误解现象。

误解是受众在意义选择与认定上正好与设计者相悖的一种传达过程。一个符号的意义往往是多元的。有些符号的意义系统中甚至还包含互相矛盾和否定的因素。因此, 在意义的传达过程中, 设计者在使用一个符号时的根本意向必须注意受众选择的认知意义, 如果受众由于自身角度、偏见等因素的影响, 忽视或故意无视这些媒介物, 便会出现意义的误解。由于多重译码的存在, 在设计中经常会出现“事与愿违”的现象。前段时间美国《纽约时报》一则枪杀黑猩猩的漫画 (图3) 被指影射现任总统奥巴马, 虽是根据当时一则真实新闻改编的漫画, 无论设计者其本意如何, 因为触碰到种族主义的敏感话题, 很容易让人产生歧义。

二、人类设计的符号意义传达过程同时也就是符号意义发生形变的过程

和机械的传达相比较, 符号的传达无论在解释环节还是在理解环节上, 都要发生为人所用的变化。人类传达的这一特征, 是需要认真加以分析和总结的。

首先, 人类的符号传达中存在着意义个体化的倾向。所谓意义的个体化是指, 由于设计者和受众拥有不同的个人背景、知识阅历, 任何一个设计者或受众在他们开始进入意义的传达过程时, 都处于一种前把握状态, 因而, 任何解释都是一种自我解释。由此可见, 在传达过程中追求设计者与受众意义视界的彻底融合仅仅具有某种理论上的可能性, 根本不可能成为现实的结果。设计者的符号意义视界与受众的符号意义视界只能在意义传达的过程中无限逼近, 而绝不会合二为一。设计者在与受众互动的过程中, 只能达成某种有条件的“视界融合”, 从而实现设计者与受众、历史与现在、传统与末来的有限度的沟通。

其次, 符号意义的个体化倾向不仅是意义形变的原因, 而且是意义创造的内在根据与动力。客观地说, 世界上根本就不存在不带任何个人背景的解释和理解。正是个人独特的解释和理解背景, 才形成了解释与理解过程中的歧义性, 并最终产生新的思想。我们应积极地看待这个差异, 让各种思想在碰撞中不断更新。

再次, 设计者和设计符号 (包括话语、文字、图形) 之间也存在着间距。这一间距使设计符号相对独立于设计者之外而获得了某种自由性, 最终导致了设计者的设计符号与设计意图相冲突。这种现象在写作活动中表现得尤为突出。如德里达就将写作视为一种制造踪迹的活动, 他认为写作话语的自由性及意义的约定性导致了设计者在运用符号示意的过程中增加了某些东西, 其结果就是总比原先多了点什么。尽管他的观点有偏激之处, 但对能指相对独立性的认识却是准确的。设计符号会脱离设计者的控制, 意义的传达也便随之发生相应的变化:设计者的本意被遮蔽, 能指的衍生意义喧宾夺主, 成为传达的主体。这种情况在艺术设计中也是常有的事情, 达芬奇在画蒙娜丽莎的时候, 绝对没有想到后人会在她的嘴角边制造出那么多的话题;梵高身价最高的画作也未必是他身前最得意的作品。设计界情形也是一样, 艺术符号一旦产生变成符号系统, 其“狂暴”并不是解释者本人所能制服的。

公众的理解的可能性多种多样。尼采说过:“也许真理是个女人。”以此为例就可证明理解的波动性:无论“真理”还是“女人”一词, 都有很多不同的含义。如果从不同的含义组合出发, “也许真理是个女人”这句话便有许多含义。实际上, 意义的传达也正是在不同设计符号不同含义的不同组合中完成的, 这种依附于不同的歧义性理解的意义传达, 是无法还原到设计者心理意义层面上的。我们来分析这张海报 (图4) 的意义传达:它直接利用图片的方式表达意义。图片的好处最显而易见的一点———它更直观, 更具世界性, 利用我们的“手”来做一个全世界都可以理解的胜利手势“V”。但我们发现“胜利”并不美妙, 它是用三个手指的缺失换得的, 由此联想到战争带来的结果更多的是灾难, 而不是所谓的“胜利”。这张海报产生误解的可能性相对较低, 一来它的传达方式直观直接, 二来它利用的是人类共有的一些生活经验, 很容易产生共鸣, 达到了传达的目的。

三、结语

任何一个现实的符号意义传达过程, 在追求意义视界的融合时应有一个合理的尺度, 不能生硬地强求设计者彻底地向受众回归, 更不能盲目轻信能达到理解与解释的完全重合。由此出发, 在理解和把握文化发展中思想继承与创新的关系时, 我们就应该以科学的眼光和宽容的态度看待各种思潮。

作为设计者的我们更需要对意义传达中的“形变”有客观的认识, 在设计中尽量采用直观的, 不隐晦的、指向明确的、没有歧义的设计符号作为元素, 并且主动地了解公众需求和社会潮流, 同时提高自身素质修养, 尽可能地创作出准确表达设计意图并且能引导公众审美取向的作品。我们需要不断地更新自己的思想和态度, 善于发现和接受新的事物, 对于来自不同角度的反映和建议应做到心中有数, 不能一味排斥他人的理解和解释, 也不能毫无原则地一概接受和服从。在保持自身独特性和品味的同时要兼顾大众的需求, 不断地调整自己的设计思路和表达方法, 去伪存真, 去粗取精, 在不断思考中进步。

摘要：任何一个现实的符号意义传达过程, 在追求意义视界的融合时应有一个合理的尺度, 不能生硬地强求设计者彻底地向受众回归, 更不能盲目轻信能达到理解与解释的完全重合。设计者需要对意义传达中的“形变”有客观的认识, 在保持自身独特性和品味的同时兼顾大众的需求, 不断地更新自己的思想和态度, 善于发现和接受新的事物。

关键词：设计符号,意义传达,形变

参考文献

[1]李幼蒸.理论符号学导论.北京:社会科学文献出版社, 1999.6.

[2]吴风.艺术符号美学.北京:北京广播学院出版社, 2002.1.

[3]罗兰·巴特.符号学原理.上海:生活·读书·新知三联书店, 1999.6.

结构形变 篇9

天湖山矿区位于福建省永春县西部。戴云山脉南段, 矿区面积66 km2。区内最高山峰为天湖山, 海拔1206.3m, 最低侵蚀基准面标高390m。高差800多米。煤系地层时代为早二迭世晚期童子岩组, 厚度约800m左右, 由细碎屑岩夹砂质泥岩和煤层组成。童子岩组分三段:第一段约320m, 为主要含煤段, 含煤约40层, 全为薄-极薄煤层, 可采与局部可采煤层8层, 可采总厚6.5m。第二段约55m, 不含煤之海相沉积, 第三段大于400m, 煤层不可采, 绝大部分都已剥蚀。区内构造复杂, 褶皱翻卷, 断层密集, 矿区从二十世纪五十年代至今, 历经四次地质勘探和五十多年矿井开采, 积累了丰富的地质资料。下面将通过开采实践, 认识该井田地质构造特征及煤层赋存形态, 分析煤层构造形变及变化规律, 寻找煤层丢失, 延长矿井服务年限。

2 煤层构造形变

2.1 F31, 断层上盘煤层仰冲断褶

矿区东南部的杏山头井田与荷殊井田, 上盘煤系由阳山背斜西翼推复到阳山背斜轴部, 所以不但三级褶皱发育, 且套有小型四级褶皱, 它们的轴面都向NW倾, 背斜西翼长, 东翼短, 它们是整个上盘推复体的前峰。对环境变化反应迅速, 应力敏感, 忽挤忽冲, 忽上忽下。这对流塑性能好的煤层是极好的活动天地。煤层形态百出, 甚至可以出现数万吨的巨型煤包, 四周都是岩石, 只有一丝煤线通出。兼之有NE向与NW向断裂成双成组发育, 组成极复杂构造类型, 工业开采艰难。

矿区西部的南湖井田、含春井田、天湖岩井田、新村井田、西萍井田等上盘煤系, 系由二级向斜近轴部向东推复至阳山背斜西翼, 沿F31, 断层面推移数公里, 长途东移, 逆坡而上, 产生了许多仰冲构造, 煤层如带锯。仰冲锯齿构造进一步发育则成一系列向NW倾的冲断层。平均20米石门揭露一条, 断层倾角45°~75°, 落差数米到数十米, 走向NE。因F31断层面 (滑动面) 崎岖不平, 所以延伸较长的冲断层走向都呈舒展S形弯曲。在一系列冲断层群中, 夹在两条断层之中的岩块, 都有一个相对于西侧断层为下降盘而相对于东侧断层则为上升盘的对立统一。如果某一岩块下降得多而上升甚少, 则它的东侧断层就表现为正断层性质。也就是说, 如果出现一条NE走向高倾角NW倾之正断层。则在它的西北侧必定有一条以上落差较大延伸较长的高倾角逆冲断层存在。例如:天湖岩井田北部有走向NE高倾角NW倾的正断层, 在它的西北侧即有逆断层 (落差约80m, 延伸约3000m) 。天湖岩井中部有氏逆断层 (落差约40m) , 在它的东南侧即发育一条落差近10m的高倾角正断层。

上盘煤系原址在二级向斜近轴部。在印支期已成轻微波状。沿F31断层面向东爬高, 煤层总体即是向NW倾的单斜构造。波状起伏斜放就成缓徒相间的台阶。局部推挤剧烈便发育成短轴褶皱, 幅度不大, 5~30m, 走向NE NEE, 轴面NW, 向SWW倾伏。煤层走向都呈S形弯转。有时转角急似尖棱状, 有时十分开阔。

上述煤层仰冲锯齿构造的齿部。台阶构造的转徒部, S形构造的转折部, 煤层厚度可加大一至三倍以上, 是西矿区开采的主要部位, 约占总开采量的70%左右。研究这些构造的分布规律, 出现频率与变化特征, 是上盘井田地质工作的一个主要工作。

上盘各井田也发育不少NNE向与NW向张性正断层。但属次要构造, 与上述NE向冲断层交错成网状。

2.2 断层下盘煤层再褶垃

已形成三级褶皱的下盘煤系, 在NWW向水平力作用下, 沿断层面向西滑动。由于受到矿区西部向斜巨厚地层及煤系基底灰岩和。断层面的三面阻挡, 地层挤而不“动”, 只好再皱, 在三级褶皱中再套紧密的四级褶皱。如上所述, 在三级褶皱时, 背斜西翼长而缓, 东翼短而徒, 轴面NW倾。当此背斜在断层面下向西向下推挤时, 短徒东翼被推缓, 少数则被拦腰推弯成例转东翼。长缓西翼极易挤成四级褶皱。四级褶皱的轴面就倾向主动力方向—SEE。局部挤皱剧烈时, 四级背斜西翼煤层产生倒转, 呈歪斜褶曲。

由于煤层所处构造部位不同, 所受应力亦不同, 便产生不同的构造形变。下盘煤层大体可分为三个构造区;东区-小型褶皱区:连接曲斗井田5线CK15孔。大蔗沟井田—3CK7孔, 铅坑井田1线ZK70孔、21线SK8孔、19线SK32孔, 称为纵1线以东近1000m, 位处阳山背斜近轴部, 印支期三级褶皱较宽缓。燕山期亦处在继承性构造隆起部位。滑动挤皱和缓。只是反印支期轻微波动的三级褶皱进一步隆起 (孕育了F14正断层) 与加剧而已, 但褶曲幅度仍较小, 在29~30m之间, 地层很少倒转;中区-紧密线状褶皱区:连接南湖井田6线13孔。1线34孔、含春井田19线28孔, 18线44孔, 称为纵2线。在纵1线与纵2线之间约600m左右, 因断层面倾角较大 (25°舶0) , 阻力较大, 且煤系上面有刚性下侏罗统梨山组砂岩压顶。所以煤层挤皱极为剧烈, 四级褶皱极其紧密。由于煤系之下有厚100多米的文笔山组泥岩作为缓冲, 所以在同一个四级背斜中, 离F31断层面较近的上部煤层褶曲幅度大 (50m~90m) , 西翼常直立, 甚至倒转, 背斜顶尖, 还有顶剌分叉现象。而下部煤层褶曲幅度较小 (20m~60m) , 顶较圆。中区煤层所受挤压与松张应力都最为强烈。煤物质流变最厉害, 厚度 (后生) 相差悬殊。薄者煤线, 厚者7~8m。因褶皱紧密, 煤层面积大为扩大, 是至今开采之主要区段;西区-复式褶皱区:在纵2线以西。断层面极为平缓, 阻力小, 且煤系下有文笔山组泥岩, 上亦隔着断层面与上盘煤系直接接触, 朔性较大, 滑动易, 挤皱幅度小, 仍以三级褶皱为主, 四级褶皱不发育。三级褶曲宽度500~600m, 幅度180m左右。

3 综述

3.1 矿区煤层主要受华厦系构造控制。

叉被新华厦系、北西向及东西向构造所改造与制约。褶皱轴向在矿区北部为NE12°左右, 矿区中部为NE33°左右。逐步转为NE43, 在矿区南部为NE至NEE向。煤层褶皱枢扭在NE剖面上亦如舒缓复式背斜, “轴向”NW300°左右。顶部在大蔗沟井田3线与-3线之间。各向NE、SW倾伏, 倾伏角平均7°左右。如局部倾伏角大于20。则其前方必然出现反向倾伏, 形成向斜。大约从顶部起间隔1300米左右出现一个倾伏向斜, 如曲斗6线附近与铅坑22线南。

3.2 下盘三种褶皱区呈不同的褶皱形态, 应研究和采用各不相同的开拓开采方法。

3.3 断层上盘属褶皱断裂构造型, 二者都很发育, 断裂尤甚, 小型断层密如蛛网, 且F31。

切断了童子岩组底部主要可采煤层, 所以上盘煤层工业开采的经济效益较差。地质工作的突破点应放在:a.上盘煤系原始沉积部位;b.断层面的凹陷部位 (呈NE向条带展布) ;c.F31。后期改造:断裂、褶皱、仰冲的转折部位。

3.4 F31断层面在NW剖面上如舒缓复式背斜, 与煤系二、兰级褶皱近于同步, 轴向NE。

研究。断层面的凹陷和隆起规律是分析上下盘煤系形变和煤厚变化的关键。

3.5 F31断层下盘煤层属复杂褶皱构造型。

以褶皱为主, 断裂为次。经过了印支运动与燕山运动的两期三次褶皱改造, 井下所见均为三级褶皱中之四级褶皱。它是矿井采区布置和采面开采的对象, 是矿井地质工作的研究重点。而恢复三级褶皱。对于矿井开拓和延深是至关重要的课题, 应该进行专题研究。

3.6 矿区煤系所受应力经历了挤压-拉张

-挤压的反复过程, 煤层原生结构已遭严重破坏。钻孔与石门见煤厚度均无代表性, 煤层块段平均厚度应由块段内均衡分布的尽可能包括各个构造部位的见煤厚度平均求得。

参考文献

[1]朱志澄, 宋鸿林.构造地质学[M].北京:中国地质大学出版社, 2002.

[2]李增学, 马兴祥等.实用矿井地质研究[M].北京:地质出版社, 2003.