阶段特性（共4篇）
阶段特性 篇1
前言
现如今,私家车数量在逐渐增多,人们对汽车的性能、外观、实用性等都有了新的要求和认知,汽车车速在不断提高,进而所耗费的燃油会更多,气动性增强,为了实现燃油的经济性,提高汽车的运行性能,汽车行业在不断的探索与实践,寻求一种最新、高效、经济的汽车造型,为此,可将计算流体动力学(CFD)软件应用到汽车造型的设计之中,在汽车操行设计阶段,将优化气动特性充分考虑其中,以提升整辆汽车的设计价值与实用价值。
1、CFD条件下造型设计阶段汽车气动特性优化中所存在的不足
目前,在造型设计阶段,考虑汽车气动特性的不断优化,应用CFD软件,还存在着一系列的不足,制约着气动特性的不断优化。
首先,CFD软件的应用,其分析模型中网格的数量非常多,达到数百万,计算难度大,实施起来效率较低[1]。
其次,在CFD软件应用的现状来看,针对设计相关的问题,具有高度的约束性,约束的因素过多[2],无法使得气动性能得到更为有效的优化,优化工作开展存在限制性。与此同时,应用该模型,无法对重要的参数信息、气动数据等进行修改,导致应用效果不佳、不理想。
再者,在整辆车的三维模型分析上,此阶段涉及到的参数过多,分析与整理起来难度大,使得汽车整体结构在气动性能优化上受阻,操作人员仅仅是通过局部的修整,无法达到理想的设计效果。
对于汽车来说,造型设计阶段至关重要,对于细节设计所涉及的点较少,缺少对于设计的相关约束性,造型设计上比较自由,能给设计师足够的设计空间。与此同时,为了提升整辆汽车的性能,在保证造型设计完美的基础上,也要考虑新车型所具备气动性能。现如今,我国汽车行业发展迅速,都纷纷致力于对汽车气动特性的优化,其实质上是对二维纵向对称面结构参数的不断优化与完善,以增强汽车的气动性能,对于汽车行业来说是一项重大的进步。
2、造型设计阶段汽车气动特性优化策略
2.1 CFD条件下纵向剖面模型的验证
为了探索造型阶段汽车气动特性的优化措施,应以空气动力学为基础,设置基本形体,也就是纵向对称面,严格控制其结构参数,该参数会对汽车的气动特性产生影响,开展气动特性优化前,对纵向剖面模型进行有效的验证。
2.1.1 设置仿真参数
该验证应选择在模拟性风洞实验区域,对长方体的计算域进行明确设定,保证车辆前部分应保持3倍的车长,而后部分应保持7倍车长,左右方向上应设置5倍车宽,上方位置应设置5倍车高,在风动阻塞比上应控制在2.23%,以消除阻塞所带来的影响。为了强化表面处理,可将ICEM软件应用其中[3],对几何的表层进行处理,进而会产生四面体网格模型,进而会拉深出附面层。速度入口设定为计算域的入口,参数值为35m/s[4],压力出口就是出口位置,而移动的壁面则选择地板,移动速度为35m/s。在车辆的表面设计上,应设定为不可滑行或移动的表面,而左右壁面、上表层则选择可滑动、移动的壁面,借助k-ε湍流模型来进行计算并求解。
2.1.2 仿真效果对比
为了达到理想的验证效果,对二维纵向对称面模型的可参考价值与仿真情况进行分析,可应用国际标准模型直背型MIRA车来参与研究,将该模型与二维纵向对称面模型进行有效的对比和分析,以求为汽车造型设计中气动特性的优化提供借鉴。
具体来讲,二维模型可看做具有更大宽度、翼面更为复杂的三维模型,气场流的方向为横向无流动的状态,且气流流动的区域在于上表面,然后顺势进入尾流阶段。三维模型与二维模型相比,其两个边侧会多出2个表面,处在上下表面、侧面间的气流会发生相互流出、溢出的现象,进而使得整个气场力的状态变得更为复杂。由此可见,在三维状态下,其阻力参数要比二维状态下纵向对称面模型的阻力参数更大,而在气动升力参数值上却未发生变化,如表1所示。通过分析,了解到二维纵剖面气动仿真特性优化的实施具有可行性。
3、CFD条件下纵向剖面模型的仿真设计与优化
3.1 合理设置纵剖模型的参数值
为了更为深度的了解汽车气动特性优化的方案,本文以CFD软件为基础,针对二维纵向对称面结构参数变化对气动特性的影响情况进行分析,需要开展多次采样的方式,并认真计算出相对应的阻力参数与升力参数。为了提升整个过程操作的规范性与便利性,可根据参数来构建模型,使得整个仿真设计更具说服力,如图1所示。
为了更为深度的进行仿真设计与探究,应从近几年来汽车造型的实际设计案例中进行选择,选择造型设计对气动力系数影响较大参数变化量最为设计变量,获取各个设计量的具体参数值。
3.2 二维纵向模型仿真分析
通过一系列的计算与仿真效果分析,了解到耦合参数会对阻力系数产生影响,且该影响不是有单个元素影响逐渐叠加而形成的。整个曲面的形态变得越扭曲,则证明耦合参数所形成的影响就越大[5]。从图2中可明确了解到,处在前风窗与发动机罩间的正压区域,主要受到机罩和风窗间夹角、机罩的三维曲率和倾斜角、风窗的三维曲率和倾斜角等参数的影响。若将机罩与风窗间的夹角系数降低,会让分离线和附着线逐渐靠近,此时,分离区会逐渐减小,在此过程中启动阻力会逐渐降低。若两者间夹角处在30°时,阻力参数值处在最佳位置。
4、建立代理模型,优化各项参数
4.1 建立代理模型
为了掌握造型设计阶段中汽车气动特性优化策略,应建立代理模型,运用近似模型方法,进而得出计算的参数与近似精度值,可选择径向基近似模型,在构建此模型时,需要使用高斯函数。在表示径向基插值时,可运用公式来代替
在上式中,wk代表样本中各个点的权系数,фk(rik)属于基函数,其中rik代表着某一个点,改变的坐标为(xi,xj)。
4.2 遗传算法的应用
为了达到更有效的优化效果,应将遗传算法应用,以应用NSGA-Ⅱ为主,其是在Pareto最优概念的基础上得出来的。为保证数值获取的优质性,可采用小生境技术,对个体进行适度值的设定,能有效禁止局部收敛现象的出现。为了拓宽采样的空间,将父代子群与子代种群放置一起进行竞争性排序,进而获得更为优质的下一代,最终能达到优化的效果。
研究人员将升力系数、阻力系数作为目标函数,构建近似模型f1、f2,将遗传算法应用其中,旨在实现气动特性的不断优化,进而得出近似模型与仿真的结果,发现升力参数的误差范围为0.77%~60.46%以内,而阻力参数的误差范围控制在0.52%~4.26%以内,达到理想的设计要求。
5、总结
综上所述,汽车已经成为人们生活中不可或缺的交通工具,其应用价值不言而喻。为了充分提升汽车的实用价值,可在汽车造型设计阶段重视汽车气动特性的设计与优化,增强汽车性能,运用CFD软件模型的分析与剖析,真正的掌握汽车气动特性优化的措施与方法,是未来汽车领域亟待探索的话题,利于推动汽车行业的全面进步。
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阶段特性 篇2
土壤侵蚀是自然因素和人为因素共同作用的结果, 自然因素主要有气象、地形、土壤和植被等因素[1,2], 人为因素主要为一些不合理的经济活动。我国每年水土流失的土壤量达50亿t, 约占全球土壤侵蚀量的1/12 。根据第二次全国水土流失遥感调查, 中国现有水土流失总面积超过356万km2, 占国土面积的37.1%[3]。土壤侵蚀不仅导致土地退化, 生态环境恶化, 而且对社会经济的可持续发展、粮食安全和环境安全构成严重威胁。近些年来, 人类活动的增强, 植被遭受到破坏, 有限土地资源的过度开发增加水土流失[4], 直接导致土壤侵蚀加剧。本文以湖北省漳河灌区新埠河流域为研究对象, 采用土壤通用方程 (RUSLE) 计算和分析流域1964-2008年不同时期土壤侵蚀造成流失量, 为流域合理调整种植结构和土地利用, 减少农田非点源污染, 提供理论参考。
1 流域概况
新埠河流域位于我国中部湖北省漳河灌区境内, 以农业为主, 主要种植水稻。新埠河源于荆门市车桥, 止于拾桥李家台, 河长100.8 km , 承雨面积1 058 km2 , 最大高差68.5 m, 属长江流域的长湖水系。流域的土壤分为黏土和壤土2 类, 其中黏土约占总面积的57%, 壤土占43%。黏土孔隙率为43%, 最大持水率为91%;壤土孔隙率为40%, 最大持水率86%。流域最大高差不足70 m, 属于平缓的丘陵地带。
根据新埠河流域土地利用的变化, 将该流域1964-2008年资料划分成4个阶段, 并根据流域的实际情况, 分别统计水田、旱地、水体、草地、林地、居民房屋及道路用地和其他等6类的面积比例, 如表1所示。由表1可见, 随着农业结构的调整以及出于利益的驱动, 耕地向园地、林地、草地、水面转化, 实现种植业向林业、牧业、渔业转化, 致使4个阶段的土地植被覆盖条件、管理方法等随着流域种植结构、土地利用方式等变化而不同。
2 RUSLE模型
2.1 基本思路
目前土壤侵蚀研究中运用最为广泛的RUSLE模型, 它是通过对通用土壤流失方程USLE模型的改进而得[5], RUSLE模型的数学表达式为:
式中:M为土壤侵蚀模数, 为单位面积的年均土壤侵蚀量, t/ (hm2·a) ;R为降雨侵蚀力, MJmm/ (hm2·h·a) ;K为标准小区单位降雨侵蚀力引起的单位面积上的土壤侵蚀量, t·h/ (MJ·mm) ;L为坡长因子, 无量纲;S为坡度因子, 无量纲;C覆盖与管理因子, 无量纲;P为水土保持措施因子, 无量纲。
2.2 计算方法
由RUSLE模型计算方程可知土壤侵蚀影响因子有降雨、地形地貌、土壤母质、植被和人类活动等的影响。降雨是导致土壤侵蚀的主要动力因素, 针对流域的降雨实际情况和降雨侵蚀力的研究现状, 采用Arnoldus (1980年) 提出的利用月、年均降雨量计算降雨侵蚀力因子R的方法;土壤可蚀性因子K采用1995年Williams等在EPIC模型中发展的K因子的估算方法[6];坡长L因子采用Wischmeier和Smith提出的计算公式, S因子的计算用McCool坡度公式;水土保持措施P采用经验公式 (Lufafa et al, 2003年) ;C因子反映植被覆盖和田间管理措施对土壤侵蚀的影响, 与土壤侵蚀量成反比, 对土壤侵蚀起抑制作用, 其值介于0～1之间, 地表没有覆盖时取1, 无土壤侵蚀取0。各因子计算方法详见表2。
3 模型应用
新埠河流域内土壤以黏土及黏壤土为主, 黏壤土占55%, 黏土占45%, 经计算得到各土壤类型的K因子值为:黏壤土0.226 t·h/ (MJ·mm) ;黏土0.202 t·h/ (MJ·mm) 。
注:①Pi和P分别是月均和年均降雨量, mm;MFI为修正的Fournier指数。②SAN、SIL、CLA和O分别是砂粒、粉粒、黏粒和有机碳含量, %, 其中:SN1=1-SAN/100。③λ为水平坡长, 22.13为标准小区的坡长, m;α为坡长指数;θ为坡度角。
依据流域地形图量测所得的流域地形平均坡度以及流域轮作制度的调查资料和相关文献, 经过计算得到L、S值以及水土保持措施P和植被覆盖与管理因子C值, 结果见表3。由表3可得知, 随着流域内土地的平整和管理水平的提高, LS、P、C值呈逐渐减少的趋势。
4 结果分析
4.1 降雨与土壤侵蚀力
水土流失主要受气候、地形地貌、土壤母质、植被和人类活动等的影响。气候对土壤侵蚀的影响主要体现在降雨上, 降雨以雨滴击溅和径流对地表冲刷等形式对土壤进行侵蚀[7]。降雨侵蚀力是降雨引起土壤侵蚀的潜在能力, 是影响土壤侵蚀过程的关键因素[8]。根据新埠河流域上游团林雨量站实测1964-2008年的降雨资料, 经过计算得到年降雨侵蚀力结果如图1。由图可见, 降雨侵蚀力的年际分布情况与降水量的分布情况基本是一致的。
对新埠河流域不同阶段的降雨侵蚀力和由公式 (1) 计算的土壤侵蚀模数和侵蚀量, 结果见表4。
由表4可见, 第1阶段的土壤侵蚀模数最小, 这是因为该阶段为20世纪60-70年代, 农业生产力有所下降, 流域种植结构单一, 以水稻为主, 旱地较少, 灌木林地较多, 而森林、灌丛具有截留降雨和减缓径流过程及强度的作用, 结果导致降雨侵蚀力趋于减弱仅219.88 MJmm/ (hm2·h·a) , 土壤侵蚀强度也减小;第2阶段的土壤侵蚀模数较大, 由于20世纪80年代为改革开放初期, 土地承包责任制的推行, 农业建设进程加快, 受到社会经济发展水平的制约, 开荒拓耕, 土壤疏松, 造成降雨侵蚀力加大为406.76 MJmm/ (hm2·h·a) , 土壤侵蚀随着增加;第3阶段土壤侵蚀强度下降, 主要是该阶段我国在1991颁布《中华人民共和国水土保持法》, 人们开始重视水土保持治理, 降雨侵蚀力减少为315.98 MJmm/ (hm2·h·a) , 水土流失状况得到缓解;第4阶段的土壤流失明显增加, 主要是人口的增长, 对粮食的需求增加, 人们盲目陡坡开荒, 导致旱地大幅度增加, 土壤受到人为干扰越来越大, 土质变疏松, 降雨入渗对土壤的作用力加大, 降雨侵蚀力随着增大至428.77 MJmm/ (hm2·h·a) , 使土壤侵蚀量加剧。
4.2 土地利用与土壤侵蚀
进一步分析表1和表4可知, 与第1阶段相比, 第2阶段的水田减少9.5%, 生态用地如林地、草地均在减少, 其中林地减少12.6%。而旱地、居民建设用地均在增加, 分别增加55.2%和36.8%。由于旱地 (果园) 、坡耕地的地表覆盖度较小极易产生土壤侵蚀, 以果园的土壤侵蚀最为强烈[9], 因此, 造成这个阶段的土壤侵蚀量较大。在20世纪90年代, 土地利用方式由单一化向多元化转变, 且耕地的开垦和耕作注重了水土保持措施的加强, 使第3阶段的水土流失趋向减轻, 土壤侵蚀强度减轻。第4阶段2001-2008年人口的增加导致人均用地的增加, 农民由于受比较利益的影响, 愿意将耕地转换出去或者退耕, 种植其他产品如果树、经济林, 水田种植面积比第1阶段下降了33.8%, 旱地和居民建设用地分别比第1阶段增加了153.7%、152.6%, 旱地的增加造成每年都顺坡翻耕土壤, 经常因除草而植被覆盖度极小, 而建设用地使地表裸露土壤保持效果差, 使土地利用变化中出现土壤侵蚀增加的现象。
5 结 语
本文通过收集新埠河流域的降雨、地形、土地覆盖等资料, 计算流域1964-2008年间的土壤侵蚀模数。结果表明随着流域内农业种植结构的调整和发展, 流域土地利用变化以水田、水体、林地面积缩减;旱地和居民建设用地面积增加为显著特征。随着流域内人口增长, 开荒种地、旱地及居民建设用地面积增加, 生态用地减少而水土流失治理得不到足够重视, 使降雨侵蚀力、土壤侵蚀模数呈增加趋势, 土壤侵蚀模数由第1阶段的3.33 t/ (hm2·a) 增加至第4阶段的6.82 t/ (hm2·a) , 这说明流域土地利用历史及过程是影响土壤侵蚀强度的一个主要因素, 也说明滥开荒耕地和不合理的耕作方式以及土地利用的改变造成土壤被人为扰动逐年加剧, 水土流失增加。因此, 加强流域土地利用格局的优化, 减少坡耕地面积、植树造林是减轻土壤侵蚀的有效途径。
摘要：采用国际通用土壤侵蚀方程RUSLE定量研究湖北省漳河灌区新埠河流域1964-2008年不同阶段的土壤侵蚀特性, 并对其发展趋势加以分析。研究表明:该流域的土壤侵蚀模数随着时间的推移呈现增加的趋势, 土壤侵蚀模数由第1阶段的3.33 t/ (hm2.a) , 增加到第4阶段的6.82 t/ (hm2.a) 。分析其原因, 主要是流域内土地利用结构的改变, 水田、河湖及林地面积的逐渐减少和旱地、居民建设用地不断增加, 使得土壤侵蚀趋向严重。因此有必要对流域的水土资源加强管理, 最大限度地减少人类活动造成的不利影响。
关键词：新埠河流域,RUSLE模型,土壤侵蚀,趋势,人类活动
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阶段特性 篇3
一、义务教育阶段学生核心素养内涵
学生核心素养是世界教育改革反复探讨与实践的产物,较难给予一个确切的定义。从指标选取上看,学生核心素养既注重学科基础,也关注个体适应未来社会生活和个人终身发展所必备的素养,不仅反映社会发展的最新动态,同时注重本国历史文化特点和教育现状。[1]从功能上看,学生核心素养是从人的全面发展角度出发,体现“促进人的全面发展,适应社会发展需要”这一要求。[2]因此,核心素养是知识、能力、态度或价值观等方面的融合,既包括问题解决、探究能力、批判性思维等认知性素养,又包括自我管理、组织能力、人际交往等非认知性素养。[3]对义务教育阶段(现阶段指中小学阶段)学生核心素养内涵的理解,可以从以下几方面进行:
1. 以“双基”为指向的核心素养
新中国成立以后,“双基”教育逐步成为公认的教育传统,不论在纵向教育领域还是在横向教育领域,“双基”教育都占有绝对优势。以“双基”为指向的核心素养即以基础知识和基本技能为核心,要求学生获得基础知识和基本技能,是义务教育阶段学生核心素养的最底层素养也是最根本的核心素养。
随着经济的发展、科技的进步,近几年人们习惯用“有用”作为衡量教育的唯一标准,习惯性提出“学这些东西有什么用”一类问题,对“双基”教育产生置疑。从本质上来说,将“有用”作为评判教育的唯一标准,致使教育彻底沦为“工具性教育”,这违背了教育的内在价值,若仅仅以“有用”来评判教育是不合理的,也是不科学的。义务教育阶段的学生,知识经验是匮乏的、储备的知识体系是贫乏的,而“双基”教育的实施正好可以丰富学生知识经验、完善知识体系、弥补义务教育阶段学生“与生俱有”的缺陷。因此,以“双基”为指向的核心素养在义务教育阶段有其存在的必然性和必要性。
2. 以“问题解决”为指向的核心素养
以“问题解决”为指向的核心素养,实际上是以在解决问题过程中所获得的能力为核心的素养,是义务教育阶段学生核心素养的中层次素养。在义务教育阶段,这一层次的核心素养要求培养学生具有分析问题、探究问题、解决问题的能力素养,这种能力的培养要渗透在不同年级、不同学科。换言之,以“问题解决”为指向的核心素养没有明显的年龄限制,也没有明显的学科限制,任何年龄阶段的学生都需要养成一种能够解决不同学科问题的与之发展阶段相适应的素养。同时,以“问题解决”为指向的核心素养也包括在解决问题的活动中提高学生自我管理能力、组织能力、人际交往能力。
3. 以“科学思维”为指向的核心素养
以“科学思维”为指向的核心素养是指在系统的学习中通过体验、认识及内化等过程逐步形成的相对稳定的思维方式,是义务教育阶段学生核心素养的最高层次素养。这一素养旨在发展学生的科学思维,主要包括创新思维和批判思维。发展学生的创造力和想象力,提高学生运用知识的能力,形成批判地认识事物的思辨意识,有利于解决当前义务教育领域“高分低能”、“缺乏创造性”、“缺乏批判性”、“缺乏想象力”等问题。
义务教育阶段,以“双基”为指向的核心素养要求获得的是基本知识和基本技能,以“问题解决”为指向的核心素养培养的是一种实际解决问题的能力,以“科学思维”为指向的核心素养则发展的是一种科学的思维方式,三者之间紧密连接,由低到高,由浅入深,既有认知性素养又包括非认知性素养,共同构成了义务教育阶段学生核心素养,为学生终身学习、终身发展奠定了良好基础。
二、义务教育阶段学生核心素养特性
1. 基础性
在当代教育系统里,义务教育阶段的教育是打基础的教育,对学生的发展、社会的发展都起着重要作用,这是毋庸置疑的,所以,基础性是义务教育阶段教育的本质属性,这种基础是不可替代的,也是不可超越的。义务教育阶段学生核心素养贯穿了整个义务教育阶段的教育主线,是义务教育阶段教育的主要命脉。以“双基”“问题解决”“科学思维”为指向的学生核心素养不仅能够使学生掌握基本知识、技能、方法,提高解决问题能力,而且能够培养学生科学思维,激发学生终身学习的愿望、兴趣,使学生学会学习、学会思考、学会创造,为学生终身学习、终生发展奠定良好基础。因此,义务教育阶段学生核心素养具有鲜明的基础性。
2. 发展性
义务教育阶段,学生核心素养总呈现出一定的时段特征,核心素养的培养与学生的认知水平、行为能力、心理特征相适应,不同时段所要求培养的核心素养侧重点不同,由简单到复杂,逐渐趋于完善。同时,义务教育阶段学生核心素养的培养发生在义务教育阶段,但这并不意味着该阶段的核心素养只是为了促进学生在这一阶段的发展,从长远来说,这些素养的养成更多的是为了培养学生终身的可持续发展能力,为终身发展打下坚实基础。所以,义务教育阶段学生核心素养的培养是一个长期任务,从无到有,从低到高,是一个循序渐进、不断深化的发展过程,具有明显的发展性特征。
3. 实践性
实践是检验真理的唯一标准。学生核心素养理论集中回答了“培养什么样的人”的问题,但这并不意味着这个答案就是最正确的或者最理想的,只有通过实践的检验,才能对其进行判断。义务教育阶段学生核心素养强调知识、技能、方法的获得,解决问题能力的提升,科学思维方式的培养,这些都需要在特定的场域通过特定的实践活动才能得到实现,因此,义务教育阶段学生核心素养具有很强的实践性。这种实践性不仅表现在核心素养的理论需要实践检验,而且表现在核心素养的培养只有通过实践活动才能完成。
三、义务教育阶段学生核心素养的养成
1. 养成前提:遵守三大原则
核心素养集中回答了教育要“培养什么样的人”这一问题,围绕“全面发展、终身发展”两大主题,义务教育阶段学生核心素养主要包括基础知识和基本能力的获得、解决问题能力的提高、科学思维方式的培养三方面,这三方面核心素养的培养必须要遵从以下几个原则。
首先是“以人为本”原则。教育的对象是人,学生核心素养的提出首先是针对人这一主体的。义务教育阶段的学生是发展着的不全面的人,在接受知识、获得技能、提升能力、养成科学思维方面都不能与成人相提并论。因此,义务教育阶段学生核心素养的培养不仅要“以学生为中心”,而且要尊重学生,充分体现“以人为本”原则。
其次是注重层次原则。学生核心素养的养成是一个动态的、发展着的变化过程,从低到高,从易到难,从简单到复杂,学生核心素养的培养具有一定的层次性。这就要求我们要遵守层次性原则,充分考虑学生认知发展规律,结合学科特点,循序渐进,由浅入深,由具体到抽象,使学生知识、技能、方法、能力、思维得到全面发展。
最后是尊重差异原则。义务教育阶段学生的核心素养是对该阶段教育系统、教育体系等多方面的整合,但这并不意味着差异就是不存在的,这种差异主要表现在三个方面:一是不同学科所要求培养的核心素养不同,比如语文和数学,虽然这两门学科都强调要培养学生获取知识、掌握技能、解决问题的能力,但在具体要求上是截然不同的;二是学生核心素养的培养在年龄上也是存在差异的,高低年级学生的核心素养侧重点不同恰好说明了这一点;三是个体之间发展的不平衡性、差异性造成了学生核心素养的培养也存在差异,对于知识经验相对较多的个体,核心素养的培养要求比对知识经验相对较少的个体要高。这些现象都表明,尊重差异是培养学生核心素养不得不遵守的一大重要原则。
2. 养成条件:调动学生的主观能动性
学生是核心素养的主体,而“学习是通向真理之路,而不是仅仅了解事物,对已有的真理不要去死记,而应在内心和行动上身体力行”[4]。因此,学生的学习依赖于学生的主观能动性,同样,学生核心素养的养成也依赖于学生的主观能动性。义务教育阶段,学生的核心素养由以“双基”“问题解决”“科学思维”为指向的三层核心素养构成,层层核心素养的养成都需要充分发挥学生的主观能动性。以“双基”为指向的最底层核心素养需要引进先进文化,激发学生学习兴趣,激发学生学习主动性;以“问题解决”为指向的中层次核心素养需要创设情境,营造良好学习氛围,调动学生学习主动性;以“科学思维”为指向的最高层次核心素养更是需要构建师生学习共同体,营造民主开发的课堂学校氛围,提高学生的主动创造性。
3. 养成保证:提高教师核心素养
韩愈在《师说》一文中曾道:“师者,传道、授业、解惑也”,当代教师的主要任务依旧在于“传道、授业、解惑”。教师肩负着培养学生核心素养的重担,自身核心素养是他们能否完成这一任务的关键。因此,教师首先要意识到自我核心素养在培养学生核心素养过程中发挥着重要作用,提高教师自我核心素养是学生核心素养养成的重要保证。按照义务教育阶段学生核心素养要求,教师最起码要具备丰富的文化知识和技能,具备良好的指导、组织、管理学生、解决问题的能力以及具备较高水平的创造力和批判性,有能力引领学生发挥想象、进行创造。除此之外,教师要具备良好的个人行为素养和高尚的师德素质,以确保教师能够完成培养学生核心素养这一重任。
4. 养成保障:加强社会、学校、家庭之间的联系
家庭是学生生活的主阵营,学校是学生学习的主阵营,社会是学生实践的主阵营,家庭、学校和社会是学生学习生活的三大主战场,对义务教育阶段的学生而言亦是如此,核心素养的养成离不开这三大主战场。三大主战场不仅是学生核心素养获得的来源地,而且也是学生已有核心素养的检验场,只有通过检验并且“合格”的素养才是真实有效的核心素养。
在义务教育阶段,以“双基”为指向的核心素养要求家庭、学校、社会能够提供充足的知识和科学的技能来满足不同学生的不同需求;以“问题解决”为指向的核心素养要求家庭、学校、社会能够提供有助于学生学习、探究的环境;以“科学思维”为指向的核心素养要求家庭、学校、社会能够提供满足学生思维空间发展的特定场域。当然,能不能科学有效地提供满足不同学生不同层次的核心素养发展需求、环境和场域,为学生核心素养的养成提供保障,关键在于协调社会、学校、家庭三者之间的联系与合作。因此,社会、学校、家庭三大主战场要加强联系,为学生核心素养的养成提供有力保障。
参考文献
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阶段特性 篇4
1 工程概况及模型建立
1.1 工程概况
主桥上部结构为 (65+2×120+65) m四跨预应力混凝土连续刚构箱梁桥, 见图1所示。主桥箱梁采用C50混凝土, 箱梁根部高度7.0m, 跨中高度2.5m, 箱梁根部底板厚150cm, 跨中底板厚32cm, 箱梁高度以及箱梁底板厚度均按2.0次抛物线变化, 箱梁腹板根部厚70cm, 跨中厚50cm, 箱梁顶板厚度28cm, 箱梁顶宽12.0m, 底宽6.5m。主桥桥墩采用C50混凝土, 墩身为双肢矩形截面空心墩, 肢间净距3m。主墩承台采用C30混凝土, 厚4.5m, 基础为6根桩径2.5m的钻孔灌注桩。10cm厚沥青混凝土桥面铺装, 设计荷载为公路-Ⅰ级, 单向三车道。
1.2 模型建立
桥梁动力特性分析模型关键在于结构刚度、质量与边界条件的模拟, 使其能够真实反映实际结构的受力特点[7]。由于此次研究重点为施工阶段的动力特性, 故需考虑施工过程。预应力混凝土悬浇连续刚构桥主要施工流程为:下部结构施工完成后, 在墩顶托架上浇注0#块, 除合拢段及边跨现浇段外, 其余块件均以挂篮悬臂对称浇注, 并张拉各阶段预应力钢束, 直至最大悬臂;然后按照先边跨后中跨的合拢顺序进行合拢;最后进行桥面系施工。其中, 每个悬臂的施工又包括挂篮就位、梁段浇注、张拉预应力束及挂篮前移等四个主要工况。
运用桥梁结构专用分析有限元软件对结构进行三维空间建模, 全桥均用3D梁单元模拟, 墩梁固结处用刚臂单元 (单元刚度相对主梁很大) 连接, 承台底部固结, 约束全部自由度, 主梁两侧根据支座类型约束相应自由度, 桥梁主要施工阶段有限元模型见图2所示。
2 动力特性分析基本理论
根据有限元理论知识, 结构动力平衡方程[8]为:
式中:[M]、[C]、[K]分别表示结构的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵; (u) 表示节点位移向量, {F}表示节点力向量。
由于阻尼对结构自振特性的影响很小, 因此在求结构的自振频率和振型时通常忽略阻尼的影响, 则结构的自由振动方程表示为:
与式 (2) 相对应的特征方程可表示为:
由于位移是任意的, 则式 (3) 应满足:
式 (4) 特征值采用分块兰索斯法 (Block Lanczos) 求解, 所求得的n个实根即表示结构的n个自振频率ωi (i=1, 2, 3, …, n) , 将ωi代入式 (3) 即可得到相应的模态振型。
3 动力特性分析
利用上述建立的有限元模型, 将临时器具与挂篮等施工荷载及主梁自重转化为质量到X-Y-Z三维空间上, 通过分块兰索斯法 (Block Lanczos) 计算得到该桥施工全过程前100阶自振频率与模态振型, 限于篇幅仅列出主要模态。桥梁主要施工阶段前5阶桥梁自振频率及模态振型见表1所示, 成桥状态前4阶模态振型图见图3~图6所示。
从表1可得出, 对于下部结构施工完毕阶段, 桥墩前5阶均是沿纵桥向弯曲振动, 且6#墩纵弯出现较早于4#墩, 说明桥墩高度越高, 结构越柔, 越易发生纵桥向弯曲振动;但是5#墩比6#墩高, 同样的振型却晚于6#墩, 这主要是因为5#墩有横系梁, 增大了桥墩的纵向刚度;对于最大双悬臂阶段, T构横向扭转振型早于纵向弯曲振型出现, 由于振型序列是按照自振频率值由小到大排列, 反映了桥梁结构不同振型对应的整体刚度抵抗相应模态失稳的能力, 即桥梁在最大双悬臂阶段要注意横向风荷载及侧向不对称荷载, 避免此施工阶段结构发生横向扭转失稳, 且对于横向扭转振型, 5#T构出现最早, 4#T构出现最晚, 说明悬臂越长对桥梁抗扭越不利, 越易发生横向扭转;对于桥面系施工完毕阶段 (成桥状态) , 桥梁一阶振型为纵飘, 说明结构整体较柔, 该振型对桥梁在纵桥向的地震反应至关重要, 桥梁横弯振型比竖弯出现早, 说明结构横向刚度弱于竖向, 这是由箱梁截面所决定的, 前5阶没有出现扭转振型, 说明结构扭转频率较高, 有利于结构的抗风稳定性。
4 结论
以大跨度连续刚构桥为例, 考虑施工过程, 运用分块兰索斯法对该桥进行了三维空间动力特性分析, 得出以下主要结论:
(1) 对于下部结构施工完毕阶段, 桥墩前5阶均是沿纵桥向弯曲振动, 且6#墩纵弯出现较早于4#墩, 说明桥墩高度越高, 结构越柔, 越易发生纵桥向弯曲振动;但是桥墩之间增设横系梁, 可有效增大桥墩的纵向刚度。
(2) 对于最大双悬臂阶段, T构横向扭转振型早于纵向弯曲振型出现, 说明桥梁在最大双悬臂阶段结构容易发生横向扭转失稳, 且悬臂越长越易发生横向扭转, 对桥梁抗扭越不利。
(3) 对于桥面系施工完毕阶段, 桥梁一阶振型为纵飘, 说明结构整体较柔, 该振型对桥梁在纵桥向的地震反应至关重要, 桥梁横弯振型比竖弯出现早, 说明结构横向刚度弱于竖向, 前5阶没有出现扭转振型, 说明结构扭转频率较高, 有利于结构的抗风稳定性。
参考文献
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