结构骨架

结构骨架（精选12篇）

结构骨架 篇1

1 引言

客车车身骨架结构是客车的关键总成,其性能的好坏直接影响到客车的安全性和舒适性[1]。本文建立了车身骨架的有限元模型,对其进行有限元静态分析与模态分析,为车身骨架的改进设计提供了参考依据。

2 客车车身骨架结构有限元模型的建立

本文选择Beam188单元生成梁单元模型,选用Mass21进行加载模拟,利用Combin14单元模拟空气弹簧。在建模中,利用短梁结构模拟焊点,最终建立的有限元模型如图1所示。

3 典型工况下的静态分析

3.1 紧急制动工况

紧急制动工况下的静态分析主要模拟客车在紧急制动时,客车车身骨架在纵向载荷及垂向载荷综合作用下的响应状况[2,3,4,5,6]。

(1)载荷与约束条件

约束前悬架装配处节点的UX、UY、UZ向自由度,约束后悬架装配处节点的UZ、UY向自由度。

(2)计算结果分析

图2为紧急制动工况下车身骨架的应力分布。从图中可知,最大应力发生在前端悬架处,大小为137.828MPa。如图3所示,前后端悬架与行李舱连接部位的应力在100MPa左右。

图4所示为紧急制动工况下车身骨架的位移分布图,车身最大变形发生在顶盖中段安装空调区域,纵向位移为3.359mm,总位移值为5.235mm。图5给出了车身骨架的纵向位移分布图,整车车身略向前倾。

图6和图7分别为紧急制动工况下车身骨架所受扭矩和弯矩的分布图。可以看出车身的前后端悬架是高扭矩区,而作用在后端悬架部位的弯矩较其它部位要高。

3.2 极限扭转工况

扭转工况主要模拟客车行驶时一轮悬空或一轮抬高的情形,由于左右车轮接地点出现高度差,客车会受到不对称载荷的作用[2,3,4,5,6]。

(1)载荷与边界条件

约束右前悬架装配处节点的UX、UY、UZ向自由度;释放左前悬架装配处节点的所有自由度;约束后悬架装配处节点的UZ向自由度,释放其它自由度。

(2)计算结果分析

图8为整车车身骨架的应力分布。在扭转力矩的作用下,行李舱与后架相连处为最大应力区,如图9所示,最大应力值达到194.708MPa。

图10为该工况下整车车身的位移分布情况。由于左前轮悬空,车身行李舱以及前端悬架产生明显的扭转变形,最大位移为17.231mm,发生在车身的左前端。

图11给出了整车车身的扭转变形,可以看出在该工况下车身变形较为严重。

极限扭转工况下扭矩的分布如图12所示,该工况下扭矩的作用略向车身前移。

从图13中可以看出,弯矩主要分布在前后端悬架处和车身的各垂向断面上。

3.3 紧急转弯工况

紧急转弯工况是模拟客车转弯时,车身骨架在横向惯性力与垂向载荷综合作用下的响应情况[2,3,4,5,6]。

3.3.1 载荷与边界条件

本文在车身骨架质心处施加0.4g大小的横向加速度模拟横向载荷。约束条件为:约束前悬架装配处节点的UX,UY,UZ向自由度;约束后悬架装配处节点的UX,UY,UZ向自由度,释放其它自由度。

3.3.2 计算结果分析

图14显示了该工况下车身骨架的应力分布。最大应力发生在车身骨架的前端悬架处,如图15所示,最大应力值为157.973MPa。

图16为车身骨架的位移分布。车身顶盖部位的位移值最大,其横向位移值为8.819mm,总位移值为9.495mm。如图17所示,可以明显地看到车身骨架的侧向弯曲变形。

图18为紧急转弯工况下,车身的扭矩分布图。图19为车身骨架所受弯矩的分布图。高弯矩区范围较大,除前后端悬架外,车身骨架的尾部和车身的中部截面部位都有较高水平的弯矩作用。

4 车身骨架的模态分析

利用ANSYS软件采用BLOCK LANCZOS法对车身骨架进行模态分析(表1),提取车身骨架的低阶模态[7,8]。

从车身骨架的模态振型可以得出,在低阶固有频率下车身骨架的振型主要表现为侧向弯曲、整车扭转、上部局部弯曲等形式。分析表明:车身低阶固有频率处于允许工作频段内,具有较好的振动特性。

5 结论

建立车身骨架结构的有限元模型,对车身骨架结构进行了三种典型工况下的静态分析和模态分析。

(1)三种工况下,最大应力均发生在车身底架总成,而车身骨架的侧窗、侧围以及尾架的应力水平都较低。

(2)车身骨架的大位移主要发生在车身顶部位,整车刚度性能较好,车身骨架具备很大的轻量化潜力。

(3)车身低阶固有频率处于允许工作频段内,具有较好的振动特性。

摘要：建立了客车骨架有限元模型,在紧急制动、极限扭转和紧急转弯工况下,对车身骨架结构进行了静态分析,得到了车身骨架结构的应力、位移、扭矩和弯矩分布情况。对车身骨架结构进行了模态分析,得到了低阶模态下的固有频率和振型。分析结果表明:车身骨架大应力主要分布在车身的底架,而其它部位的应力值都较低。车身低阶固有频率处于允许工作频段内,具有较好的振动特性。

关键词：客车,车身骨架,静态分析,模态分析

参考文献

[1]孙立君,谭继锦,蒋成武,等.某全承载客车车身骨架的有限元分析[J].商用汽车,2010(1):60-62.

[2]张宏伟.客车车身结构有限元分析[D].大连:大连理工大学,2005.

[3]张林涛.客车车身骨架静态特性分析研究[D].合肥:合肥工业大学,2007.

[4]袁竹林.客车车身结构有限元分析[D].西安:长安大学,2009.

[5]张雁冰.全承载客车车身设计分析与研究[D].杭州:浙江大学,2008.

[6]徐志汉.客车车身骨架有限元建模及及优化[D].合肥:合肥工业大学,2009.

[7]WANG Yuan,GU Yeshui.Modal Analysis of Bus Body Frame Based on ANSYS[J].Tractor&Farm Transporter,2009,36(6):58-60.

[8]谷叶水.客车车身骨架结构有限元分析与研究[D].合肥:合肥工业大学,2005.

结构骨架 篇2

水泥稳定砂砾(碎石)基层骨架密实结构配合比设计

通过对水泥稳定砂砾(碎石)底基层混合料原材料控制,骨架密实结构配合比设计方法,以具体配合比在工程实践中的应用为基础,提出工程合理建议级配,在保证质量的前提下,提出了降低水泥用量的一些途径和方法.

作 者：杨冬冬 作者单位：宁夏路桥工程股份有限公司路面公司刊 名：中小企业管理与科技英文刊名：MANAGEMENT & TECHNOLOGY OF SME年，卷(期)：2010“”(19)分类号：关键词：水泥 砂砾(碎石) 基层 骨架密实结构 配合比设计

结构骨架 篇3

（1.东风汽车有限公司 东风商用车技术中心，武汉 430056；2.武汉科技大学 汽车与交通工程学院，武汉 430081）

传统的客车车身骨架由折弯成型的矩形截面梁纵横交叉焊接而成，长期以来可以满足车身设计的基本要求。但是，随着人们对车辆乘坐舒适性和轻量化要求的提高，传统的车身结构越来越难以满足更加多样的性能要求。主要存在的问题是整车协调性较差，设计中对问题往往采取局部加强的方法，这使得车重越加越大。而采用薄板冲压件式白车身则能较好的解决所出现的问题。但是需要在设计阶段能够预测汽车的结构强度、刚度以及振动特性，对车身结构的固有频率进行分析，并可通过结构参数的调整和改进结构设计以达到避开激励源频率的目的［1-3］。

本文针对某型新型客车的薄板冲压件骨架式白车身，利用Hyperworks软件建立起白车身有限元模型，并通过仿真计算得到了白车身的扭转刚度、各工况下的应力分布情况以及白车身的前六阶模态，同时对仿真计算结果进行了分析和探讨。为后继相关的CAE分析优化工作和车身的动态优化设计打下了基础。

1 白车身有限元模型的建立

在建立白车身有限元模型时，首先将在UG中建好的白车身CAD模型转换成标准的IGES格式，导入到Hyperworks中进行简化重构，修正并简化白车身几何模型。简化的原则是：

（1）最大限度的保留零件的主要力学特征；

（2）删除小孔和一些小的特征面；

（3）将小面合并成大面，并且，相邻面都要共用一条轮廓线，以保证各个面划分出的网格在边界处是共用节点的，不会在边界上出现节点错开现象［4］。经过上述的修正和简化后，本文所研究的白车身CAD模型如图1所示。

然后用HyperMesh模块，采用Shell单元，对白车身的几何模型进行有限元网格划分。对于形状规则的部件，可以自动生成有限元网格；而对于一些形状复杂的部位，则需要进行局部细化，并用optimize进行网格调整，如果还达不到要求，还可以利用split进行网格手工分割来使有限元网格质量达到要求。在此过程中，可遵循从部分到整体的原则，即将车身骨架分块为车架、前围骨架、左侧围骨架、右侧围骨架、地板骨架、顶盖骨架、后围骨架和蒙皮等八个集合，分别进行有限元建模。

对于蒙皮，采用50 mm边长的单元进行网格划分。在保证蒙皮有限元模型如实地反映客车车身实际结构的重要力学特性前提下，对蒙皮的几何模型作必要的简化：

（1）略去蒙皮结构上的非承载件；

（2）对蒙皮的形状作适当的调整，如：将圆角过渡转化为直角过渡；

（3）对于一些结构件上的孔、凸起、翻边酌情予以省略，使表面形状尽量简化。

再将各个集合的有限元模型通过焊点单元组装起来，其中选用rigid单元对节点自由度耦合来模拟焊点、铆钉和螺栓连接。

最后对各单元赋予材料属性和厚度，建成后的白车身有限元模型如图2所示。

2 白车身主要刚度和强度性能参数计算

对白车身刚度和强度性能参数进行仿真计算是评价白车身质量的有效途径。通过各种相关的CAE分析可以在设计阶段就对白车身设计是否满足条件作出判断，然后根据分析结果有针对性地修改设计以协调好车身各方面性能。

2.1 白车身扭转刚度计算及分析

当车身上作用有反对称垂直载荷时，结构处于扭转工况，此时车身左右承受载荷不等，使车身产生扭转变形。扭转刚度用来表征车身在凹凸不平路面上抵抗斜对称扭转变形的能力，可以用来作为度量这种变形的评判尺度，其计算公式为：

式中：L为轴距；T为扭矩；θ为轴间相对扭转角。

在纯扭转工况下，在车架左右纵梁上对应的前轴处施加980 Nm扭矩 （通过施加左上右下的集中力来实现，且不考虑白车身自重及其它载荷），在车架左右纵梁上对应后轴处施加约束，使车身骨架产生纯扭转变形。其计算应变图结果如图3所示。

根据分析计算结果，可以得到车架前轴左对应点的位移为0.676 mm。其中，左右两对应点的距离为806 mm，前后轴对应点的距离为3 530 mm。

白车身的扭转刚度Kt可由下式计算得到：

式中：Kt为扭转刚度，N/m2（°）；T 为扭矩，Nm；F 为载荷，N；L为力臂，m；d为测点处到轮距中心线的距离，m； l为轴距，m；θ为扭转角，°；H 为测点的垂直位移，m。

若以前悬挂支撑处的扭转刚度作为车身的扭转刚度，则其计算公式可简化为：

国内外统计数据表明，半承载式客车车身扭转刚度一般在 20～40 kN·m2/（°）为合理，本文中白车身的扭转刚度值在安全范围内，这表明薄板冲压件骨架式S55商务客车车身结构刚度达到了设计要求。

2.2 白车身强度计算及分析

客车在行驶时一般承受着复杂多变的载荷，因此在车身结构设计及分析时，必须考虑到实际使用行驶中的最大载荷，使得车身骨架既不发生屈曲变形也不失效，并且承受随机载荷时也不产生疲劳裂纹等。

2.2.1 静态弯曲工况下应力计算及分析

静态弯曲工况计算目的在于研究满载情况下车身骨架的抗弯强度。白车身骨架质量和载荷乘以动载系数（本文动载系数取2.5），方向垂直向下，以模拟客车在平坦路面上以较高速度行驶时产生的对称垂直动载荷。

为简化计算，设满载情况下作用在车身骨架上的载荷有：车身骨架的质量、乘客及座椅质量、地板质量、行李质量、车架各总成及发动机质量、附加物（空调、备胎等）等。

对前后悬架系统采用条件等效的办法进行约束，即使用弹簧单元对扭杆弹簧和钢板弹簧进行模拟。

完成以上边界条件和约束条件的设置后，利用软件自带的计算模块对白车身有限元模型进行仿真计算，得到该工况下白车身的应力分布，如图4所示。

从图4中可以获取本工况下各局部总成上应力的最大值及其位置，如表1所示。

从表1可以看到，车身的最大应力出现在右后轮的轮包上，达到了211 MPa。导致这种情况的原因是后轮轮包上布置了座椅的支撑点，而支撑处与轮包的小面积接触，导致局部应力过大。实际安装时，可以在座椅支撑点上添加预埋板，能够在较大程度上削弱应力集中的现象。其他部位的应力均较低，所以整个白车身结构在此工况下是安全的。

表1 弯曲工况下各局部最大应力及位置

2.2.2 弯曲扭转组合工况下应力计算及分析

在对白车身进行应力仿真计算时，通常需要考虑5种工况，但由于弯扭组合工况是车辆运行的极限工况，因此，通过对该工况的应力仿真计算足以反映白车身在其它工况，如加速工况、减速工况和转弯工况下的白车身最大应力分布趋势。本文仅进行弯扭组合工况下的白车身应力仿真计算［5］。

当汽车低速行驶在崎岖不平的道路上时，车身受到比较剧烈的扭转工况。大量试验证实，静态扭转试验和动载试验所测得的骨架薄弱部位是一致的。因此，静态扭转时骨架上的大应力点，可用来判定动载时的大应力点。将车身骨架质量和载荷乘于动载系数1.25（方向垂直向下），并将两后轮固定，一个前轮单轮悬空而另一个前轮抬高，模拟客车在不平道路上行驶时的弯扭组合效应。在本文中，采取后两轮固定，左前轮抬高80 mm，而右前轮降低80 mm来模拟这种弯扭工况。

完成以上边界条件和约束条件的设置后，利用软件自带的计算模块进行仿真计算，得到该工况下白车身的应力分布，如图5所示。

从图5中可以获取本工况下各局部总成上应力的最大值及其位置，如表2所示。

表2 弯曲扭转组合工况下各局部最大应力及位置

从表2可以看出，车架上应力集中主要分布在发动机罩侧后部拐角处，最大应力达到了283 MPa，但通过分析发现，该处过大应力集中主要是在进行有限元模型简化时，将圆角过渡改为直角过渡导致的。而在正常的工艺处理中，该处不会出现应力集中。另外，钢板弹簧安装处及两侧纵梁上的应力也较大。但由于弹簧与车架连接处有很大的缓冲，且其屈服极限较大，而且最大应力为190 MPa，没有超过材料的屈服极限。因此，整个白车身结构在该工况下是安全的。

通过对以上工况的计算结果进行分析可知，白车身强度满足要求，但是几个高应力区域应引起注意，特别是车架的高应力区域包括：车架纵梁与横梁的连接处，地板骨架行李箱处及座椅和地板骨架连接处，以及发动机罩处和后轮包处，在优化设计时应予以关注。

3 白车身模态计算及分析

白车身振动模态分析不仅可用来分析车身性能，还可以直接对其结构设计形成指导。结合悬挂系统固有频率、发动机怠速及经常工作转速对应的爆发频率等综合分析，可判定车身结构的稳定性和NVH性能。

本文的模态分析使用了当前流行的Lanczos方法，利用Alair/HyperMesh中的Optistruct求解器计算了该型客车前6阶自由模态［6］，如表3所示。

表3 白车身模态频率和振型描述

根据表3的计算结果分析得到，白车身结构一阶基频较高，大小为8.99 Hz，说明车身刚性较好；大小处于8～10 Hz之间，有利于避开低频激振频率；综合各阶频率大小来看，频率间隔较大，分布较均匀，有利于减少低频共振；综合各阶振型来看，白车身结构刚度分布基本均匀合理。

4 结语

本文利用功能强大的Hyperworks有限元分析软件建立了新型薄板冲压件骨架式白车身结构的有限元模型，并对其刚度和在典型工况下的强度以及动态特性参数进行了仿真计算。通过分析，反映了白车身应力分布趋势，揭示了白车身强度薄弱的环节及危险部位，明确了新型白车身结构在动态性能上的优势，为结构优化设计提供了参考，并可为该白车身的进一步轻量化设计打下坚实基础。

该有限元仿真分析方法对于准确研究分析车身的静态刚度、强度和动态特性具有很重要的实用价值，为车身的结构设计提供了有价值的参考。

［1］周长路，范子杰，陈宗渝，等.微型客车白车身模态分析［J］.汽车工程，2004，1：78-80.

［2］卢耀祖，周中坚.机械与汽车结构的有限元分析［M］.上海：同济大学出版社，1996：242-247.

［3］于国飞.HyperWorks在汽车白车身模态分析中的应用［J］.振动、测试与诊断，2012，32（1）：138-140.

［4］杨莉，朱壮瑞，张迎滨，等.轻型客车车身CAE技术研究［J］.制造业自动化，2004，26（6）：62-65.

［5］朱壮瑞.轻型客车车身动态优化设计及碰撞研究［D］.南京：东南大学，2001.

论客车的骨架结构及优化 篇4

关键词：客车骨架结构,优化方案,应用及发展

1 客车骨架结构的作用及研究的意义

随着经济的发展和社会的进步, 社会各个生产部门和人们在日常生活中人员、物资方面的交流越来越频繁。为了提升人员、物资运输的质量和效率, 同时保障人员、物资的安全性、稳定性和舒适性, 客车等交通运输行业借助于快速发展的经济和科技, 在近些年来, 也获得了迅猛的发展。客车车身骨架是客车的重要组成部分, 在客车使用过程中起到承载人员、物资以及客车运行所需要的各种零部件的作用, 同时, 由于客车在行驶的过程中会遇到各种环境气候和路况的变化, 客车骨架结构还应该具有在客车内外环境变化而引起的客车运行状况发生变化时, 保证客车能够始终在最佳的状况下运行。在人们的消费水平和审美情趣不断提升的今天, 人们对客车骨架的要求已经不仅仅局限于此。客车行车的稳定性、舒适性、安全性、维修便捷性等性能成了消费者重点关注的对象, 特别是近些年, 客车行车速度有了大幅度提升, 频发出现了许多严重的客车交通事故, 人们开始重视对客车骨架的结构和强度的研究和设计。

2 车身骨架有限元模型的建立

近些年来, 在经济全球化发展的推动下, 国家与社会之间的交流日臻频繁, 许多新的知识体系和技术被创造和发明出来, 并在不断的试验和实践当中走向成熟, 在社会生产和人们生活当中得到了广泛的运用。有限元理论和数学规划法都是在这股浪潮的推动下提出并发展起来的, 这两种技术理论的结合, 形成了当今汽车骨架分析中所常有的一种方法, 即有限元计算分析法。在利用有限元计算分析法进行客车车身骨架有限元模型建立时, 首先, 需要对车身骨架进行一定的简化, 将一些例如客车座椅等在刚度上对客车骨架设计没有影响的附件简化成作用在固定节点上的力。经过这一层简化, 就可以以简单的线条绘制出车身骨架的粗略模型。对一些在受力计算过程中, 其结构不能忽略的构件, 为了使骨架模型简洁, 以便于坐标的建立, 可以采用具有代表性的符号来标示。另外, 由于在不同载荷情况和不同行驶路况下, 骨架某些部位会发生相应的变化, 需要在建立有限元模型的过程中, 全面地考虑这些情况, 避免由于考虑不周到而出现客车在行驶过车中, 车身骨架过度变形等危险情况的出现。

3 车身骨架结构的分析

3.1 车身骨架强度分析

随着世界人口数量的增加, 环境资源不断严峻, 客车载客数量也不断增加, 同时由于地区经济发展的需要, 客车行驶的路况也变得多种多样, 道路的质量也参差不齐, 这给客车承载能力也带来了新的挑战。车身骨架强度分析是车身骨架结构分析中的重要内容, 强度校核质量的好坏, 不仅会影响车身骨架制造的成本, 同时对客车行车的安全性、稳定性有着重要的影响, 这直接关系到客车上人员和物资的安全。因此, 客车设计和制造部门都在进行车身骨架结构设计时, 都十分关注车身骨架强度的分析。在进行骨架强度分析时, 需要充分考虑客车在行驶过程中承载能力的范围, 客车承载能力范围的设定, 要考虑到道路法规、客车生产企业的生产理念、消费者的消费和审美习惯、环境资源形势等诸多方面的内容。这也使得车身骨架强度分析校核工作成为了一种既精密又繁琐的工作。在车身骨架有限元模型的基础上, 要对车身各主要承载部件的剪切、拉伸、弯扭等许用应力及最大应力做校核。再根据这些数据, 在满足相关机械设计守则的前提下, 对车身骨架结构、材料进行必要的调整。简化结构, 减少成本。

3.2 车身骨架结构振动分析

客车在行驶的过程中, 在路过坑洼路段, 或者是在急转弯、急加速时, 车身会产生一定程度的振动。倘若客车的振动频率与人体的固有频率接近时, 就容易引发共振现象, 给人体带来不适。同时, 客车车身振动幅度过大, 还给车上人员站立、货物固定带来不利影响, 给行车安全构成隐患, 影响乘员的乘车的情绪。因此, 在车身骨架结构设计的过程中, 需要对骨架结构进行振动分析, 在悬架、衡量等对车身振动有重要影响的零部件的设计上, 要体现人性化, 避免由于片面的追求经济利益的最大化, 而设计出虽然制造成本低, 但行车舒适性、稳定性极差的客车。在车身骨架振动设计时, 要考虑发动机运行的各个工况带来的影响, 模拟出相关激励下的车身动态振动相应。通过相关检测设备对这些模态信号进行收集和处理, 建立出车身骨架振动模型。再参照相关的设计要求和公式, 校核各个重要部位的振动频率。根据校核的结构, 调整骨架构件厚度等设计变量的数值, 再校核, 直到车身振动频率满足要求为止。

4 客车骨架结构优化分析

4.1 特殊截面的优化

在利用有限元分析计算法对车身骨架结构进行设计和分析时, 往往忽略了某些零部件的刚度, 在强度、振动等方面的校核工作完成后, 在结构部件截面设计上, 仍旧存在着多方面的取舍。这些取舍如果处理不当, 就可能导致客车在使用的过程中, 出现玻璃压坏、车门开关困难等问题。因此, 在对车身骨架结构进行有限元分析后, 还需要进行相应的刚度设计和校核。对客车使用过程中, 容易出现变形的零部件进行刚度设计和校核时, 要在保障强度、振动等方面的要求满足设计标准的前提下, 对零件截面作相应的调整。例如将L型截面改成工字型截面, 并且对工字型截面各个尺寸, 也要依据零件的刚度要求作相应的调整。保障其在工作时, 在允许的范围内变形。防止零部件之间配合不当所带来的客车性能上的问题。

4.2 车身侧围结构优化

在社会和经济发展的过程中, 人类对自然资源的大肆掠夺和对环境保护意识的缺乏, 给生态环境的平衡和发展带来的沉重的负担。尽管在近些年来, 许多国家和地区相继提出了各种有关资源利用率提升和环境保护的发展思想和战略, 但资源环境形势仍旧严峻。在这种背景下, 客车设计人员提出了整车轻量化的设计思想, 这不仅减轻了整车质量, 降低了燃油消耗, 缓解了资源消耗和环境污染的局势, 同时还减少了整车生产成本, 提高了车辆行驶性能。客车车身侧围结构的加强, 能够减小骨架部位的承载负荷和要求, 有利于汽车轻量化设计, 同时, 加固了的汽车侧围, 还能提升汽车的安全性。

结束语

客车的骨架结构是客车中的重要部分, 对客车行车安全性、稳定性、舒适性等方面的性能有着重要影响。因此, 我们必须加强客车骨架结构设计的研究, 优化骨架强度、刚度、振动频率等方面的内容, 让客车在社会生产和人们生活当中的作用充分发挥出来。

参考文献

[1]庄隽涛.客车动态特性分析和噪声估计[J].湖北汽车工业学院学报, 2013, 27 (2) :59-62.

细胞骨架 篇5

细胞骨架：是指存在于真核细胞中，由蛋白质亚基组装而成的纤维网络体系，主要包括微丝、微管和中间丝等结构，在维持细胞形态，承受外力、保持细胞内部结构的有序性方面起重要作用，而且还参与许多重要的生命活动。

微丝：微丝又称肌动蛋白丝或纤维状肌动蛋白，指真核细胞中由肌动蛋白组成、直径为7nm的骨架纤维。微丝在细胞生命活动中发挥着重要的作用如细胞的运动，它的空间结构与功能取决于所结合的微丝结合蛋白。

微丝结合蛋白：微丝结合蛋白调节肌动蛋白的组装，通过影响微丝的组装与去组装，介导微丝与其他细胞结构之间的相互作用来决定微丝的组织行为，决定微丝的网络结构与功能，有的还使微丝保持相对稳定的状态。

细胞松弛素：是真菌的代谢产物，与微丝结合后可以将微丝切断，并结合在微丝末端阻抑肌动蛋白在该部位的聚合，但对微丝的解聚没有明显的影响。用细胞松弛素处理细胞破坏微丝的网络结构，可阻止细胞运动。

鬼笔环肽：是一种由毒蕈产生的双环杆肽，与F-actin有强亲和力，不与G-actin结合，对微丝的解聚有抑制作用，可使肌动蛋白丝保持稳定的状态。

微管：是存在于所有真核细胞中的圆柱形中空的管状结构，由微管蛋白组装而成，直径24-25nm。微管结合蛋白：MAPs，与微管密切相关并结合于微管，对微管的结构进行调节并参与微管的功能的蛋白。

秋水仙素：是微管聚合的抑制剂，与微管蛋白亚基结合，使该亚基组装到微管末端后其他的微管蛋白亚基很难再在该处进行组装；但带有秋水仙素的微管对其去组装没有影响，从而导致细胞内微管系统的解体。

紫杉醇：是微管解聚的抑制剂，与微管结合后阻止微管的去组装，增强微管的稳定性，但不影响新的微管蛋白亚基在微管的末端进行组装。

踏车现象：正极端因组装而延长，负极端则因去组装而缩短，当一端组装的速度和另一端解聚的速度相同时，微管的长度保持稳定，即所谓的踏车现象。

应力纤维：广泛地存在于真核细胞，由肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和α-辅肌动蛋白组成，微丝反向平行排列，具收缩能力。

微绒毛：是肠上皮细胞的指状突起，用以增加肠上皮细胞表面积，以利于营养的快速吸收。电镜观察由细胞膜和细胞质形成的指状突起，中轴含有纵行微丝，微丝一端附着于微绒毛尖端，另一端伸到细胞顶部，附着与此部胞质中的终末网。

微管组织中心：在活细胞内，能够起始微管的成核作用，并使之延伸的细胞结构成为微管组织中心（MTOC）。

细胞分裂环：在有丝分裂过程中，染色体移向两级后细胞质和细胞器要等分为两部分分配到子细胞，胞质收缩环由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白的相对滑动。

肌球蛋白：具两个球形头部结构域，具有ATPase活性，多个尾部相互缠绕，形成粗肌丝。

肌钙蛋白：含3个亚基，其中肌钙蛋白-C能与Ca2+结合，肌钙蛋白-T与原肌球蛋白有高度亲和力，肌钙蛋白-I能抑制肌球蛋白马达结构域的ATPase活性。

肌质网：是心肌和骨骼肌细胞中的一种特殊的内质网，其功能是参与肌肉收缩活动。

肌小节：肌原纤维上每一段位于两条z线之间的区域，是肌肉收缩和舒张的最基本单位，它包含一个位于中间部分的暗带和两侧各1/2的明带，合称为肌小节。

动力蛋白（Dynein）：既能与微管结合又能与膜泡特异性结合，利用水解ATP将化学能转变为机械能，有规则地沿微管负极方向运动运输货物的分子马达。

驱动蛋白（Kinesin）：既能与微管结合又能与膜泡特异性结合，利用水解ATP将化学能转变为机械能，有规则地沿微管正极方向运动运输货物的分子马达。

思考：

1.试述微丝的组成、装配特点及其主要功能。

MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性，装配时呈头尾相接，故微丝具有极性，有正极与负极之别。体外实验表明： MF正极与负极都能生长，生长快的一端为正极，慢的一端为负极；去装配时，负极比正极快。

微丝在体外的聚合需要一定的聚合条件。一般来说，在高盐（一般用钾或钠盐）、镁离子、ATP和一定浓度的G-肌动蛋白的条件下，肌动蛋白趋向于聚合；而在低盐、钙离子和无ATP条件下，微丝趋向于解聚。

微丝聚合过程分为三步：（1）成核（nucleation）（2）延长（elongation）（3）达到表观稳定态。成核过程需有Arp2/3复合物参与。Arp2、Arp3与其他5种蛋白相互作用，形成微丝组装的起始复合体。体内装配时，MF呈现出动态不稳定性，主要取决于F-actin结合的ATP水解速度与游离的G-actin单体浓度之间的关系

主要功能：细胞内微丝组装和去组装的动力学过程与细胞突起（微绒毛、伪足）的形成、细胞质分裂、细胞内物质运输、肌肉收缩、吞噬作用、细胞迁移等多种细胞运动过程相关。细胞皮层功能：①维持细胞形状②参与细胞运动③影响膜蛋白的流动性；应力纤维功能：①介导细胞间或细胞与基质表面的粘着（在形成粘合斑的质膜下，微丝紧密平行排列成束形成应力纤维）②抵抗细胞表面张力,维持细胞形态；此外还在微绒毛的突起和胞质分裂中染色体迁移发挥作用。2.试述骨骼肌收缩的机制。（1）动作电位的产生；（2）Ca2+的释放；（3）原肌球蛋白位移；

（4）肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动；（5）Ca2+的回收。

3.举例说明微丝及其结合蛋白在细胞运动中的作用。

细胞运动并不直接涉及肌球蛋白的活动，仅仅是通过肌动蛋白的聚合以及和其他细胞结构组分的相互作用实现的。肌动蛋白的聚合使细胞伸出宽而扁平的片状伪足，内部有大量的微丝存在，其正极端通常位于靠近细胞质膜的部位，存在于该部位的WASP蛋白家族的成员能够激活Arp2/3复合物，导致肌动蛋白的聚合。细胞表面在它运动方向的前端伸出突起；突起与基质之间形成新的锚定位点（如黏着斑），使突起附着在表面；细胞以附着点为支点向前移动；位于细胞后部的附着点与基质脱离，细胞的尾部前移。

4.试述微管的组成、装配特点及其主要功能。

组成：①微管是存在于所有真核细胞中的圆柱形中空的管状结构，由微管蛋白(tubulin)组装而成，其直径为24-25nm。

②α-微管蛋白和β-微管蛋白形成微管蛋白异二聚体，是微管装配的基本单位。微管二聚体上有GTP结合部位。 ③微管可装配成单管、二联管(纤毛和鞭毛中)、三联管(中心粒和基体中)。

装配特点：-微管蛋白和β-微管蛋白形成β二聚体,  β二聚体首先纵向聚合形成短的丝状结构，即成核反应，然后通过在两端以及侧面增加二聚体而扩展为片状，当片状聚合物加宽至13根原纤丝时，即合拢形成一段微管。微管的聚合需要微管蛋白二聚体达到一定的浓度方可进行，这个浓度称为微管聚合的临界浓度。微管在体外的聚合还需要镁离子、GTP和适当的缓冲体系。微管的聚合对温度十分敏感，通常在低温（4℃）下微管发生解聚，而在高温（37℃）下微管聚合。主要功能：维持细胞形态；对细胞结构的组织作用；细胞内的物质运输；鞭毛和纤毛运动；纺锤体和染色体运动。5.说明微管及其分子马达在细胞内运输中的作用。

分子马达既能与微管结合，又能与膜泡特异性结合。利用水解ATP将化学能转变为机械能，有规则地沿微管运输货物。分为驱动蛋白（kinesin，朝微管的正极方向运动）和胞质动力蛋白（cytoplasmic dynein，朝微管的负极运动）。驱动蛋白球状的头部具有ATP结合部位和微管接合部位。驱动蛋白分子沿微管轨道运输小泡，步行位移，从负极到正极。动力蛋白激活蛋白复合体：介导胞质动力蛋白与“货物’间的结合。

6.说明细胞骨架在细胞分裂中的作用。

当细胞从间期进入有丝分裂期，间期细胞微管网络解聚为游离的αβ-微管蛋白二聚体，再重组装形成纺锤体，介导染色体的运动；分裂末期，纺锤体微管解聚，有重组装形成胞质微管网络。纺锤体微管可分为：（1）动粒微管：连接染色体动粒与两级的微管；

（2）极微管：从两级出发，在纺锤体中部赤道区相互交错重叠的微管；（3）星体微管：中心体周围呈辐射分布的微管。

在有丝分裂过程中染色体的运动有赖于纺锤体微管的组装和去组装。在这一过程中动粒微管与动粒之间的滑动主要是靠结合在动粒部位的驱动蛋白和动力蛋白沿微管的运动来完成。极微管在纺锤体的中部交错重叠，有些分布在极微管之间特殊的驱动蛋白成员如CIK1和CIN1等双极马达蛋白，其中2个马达结构域沿一条微管运动，另2个马达结构域沿另一条微管运动。由于重叠的2条微管分别来自两极，故极性相反。当双极驱动蛋白四聚体沿微管正向运动时，纺锤体两极间的距离延长。反之缩短。

7.说明鞭毛的结构及其运动机制。在结构上，完整的鞭毛是细胞质膜所包被的细长突起，内部是由微管构成的轴丝结构，轴丝的外周是9组二联体微管，中间是2根由中央鞘所包围的单体微管，称为“9+2排列”，正极端向外，只想鞭毛的顶端。位于基部的基体在结构上和中心粒类似，基体外围含有9组三联体微管，没有中央微管，呈“9+0”排列。

运动机制：鞭毛的运动是由轴丝动力蛋白所介导的相邻二联体微管之间的相互滑动所致。8.说明中间丝的组成、装配特点及其主要功能。

组成：中间丝是10nm纤维，直径介于微丝和微管之间，几乎分布于所有动物细胞，形成一个网络结构，在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富。中间丝的成分具有组织特异性，头部和尾部为非α-螺旋结构，序列多变通常折叠成球状结构；杆状区约由310个氨基酸残基组成，高度保守，为a-螺旋。

装配特点：（1）IF装配的单体式纤维状蛋白（MF、MT的单体呈球形）；

（2）反向平行的四聚体导致IF不具有极性；

（3）IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅助；（4）在体内装配后，细胞中几乎不存在IF单体。

主要功能：①在上皮细胞中间丝增强细胞抗机械压力的能力

②在神经元内，NF-M和NF-H的尾部结构域突出于神经丝的表面，在与之相邻的神经丝、微管以及一些膜性结构之间形成横桥，将轴突内部的细胞骨架等结构连成一体，为细胞提供必要的内部支撑

骨架突破法 篇6

那么，有没有捷径可走？就从骨架内容开始突破吧。

什么是数学的骨架内容？

所谓骨架内容是指数学的基本概念和重要公式，概念是数学的核心内容，学习一个新符号，概念就是指那个符号的定义、性质、特征等；学习一个图形，概念则是指图形的定义、定理、性质一类的东西，公式可以让我们省略很多解题步骤，很容易直接得出结果，如三角诱导公式、正弦定理、余弦定理等，重要的数学用语或公式要在理解的基础上熟练背诵，并能准确默写，需要注意的是，在作为骨架的概念或者公式里没有必要包含过难的内容，认真学习以后就应该能够记得住，骨架学习，旨在把握知识整体的骨架，

怎么学习骨架内容？

数学的骨架内容，大部分的辅导书都已经列出了，教科书和辅导书在学习上的作用各有千秋，教科书的长处在于它有较为详尽的说明，重点是把既简单又重要的内容整理出来；辅导书的长处则在于它收录了考试中常常出现的题目类型，而且把概念整理得条理清晰、一目了然，在学习的时候，要以教科书为主，并依靠辅导书的帮助来整理一些需要背诵的东西，如果喜欢自己整理，还可以用荧光笔或彩色笔把必须要记住的东西标注好，或把它们抄写在笔记本上去记忆，这样可能会更有成效。

为了提高骨架内容的学习效果，还要辅之以相应的骨架题，骨架题就是那些与重要的概念、公式直接相关的题目，这些题目是考试中的必考题，是检验各个单元的重要概念是否掌握的尺子，大致来说，围绕每个知识点的骨架题有4个左右，有时候也会只有一两个，学习骨架题最好以教科书为蓝本，一般都是在重要概念或公式的说明之后出现的题目，课本的例题和习题大多是骨架题，前面举的好多例子都是在课本骨架题的基础上拓展开来的。

为什么学习骨架题可以迅速提高成绩？

第一，骨架内容和骨架题代表的是所在单元的基本学习目标，要想获得基础分，掌握它们就已经足够了，如果说骨架内容是构筑数学大厦的钢筋，骨架题就是构筑大厦的混凝土，其他数学题目只是建筑需要的砖瓦，砖瓦也不是多多益善，但没有钢筋、混凝土，高楼大厦就无法构筑。

第二，骨架题是学习相关知识点的重要载体，让整个知识血肉相连，促进了骨架内容的理解和消化，就像钢筋、混凝土融合在一起的时候才牢不可破，如果连骨架题都不会，其他题目做得再多也不会有什么帮助。

第三，骨架题在考试中一定会出现，如果把略微应用了骨架题的题目都算在内的话，很多的考试题目实际上都在此列，即使是高考，只要把这些内容切实掌握好，考个100分以上（满分按150分或160分计）也不是一件很难的事，而且对骨架题集中学习，量并不大，时间也可以大幅减少，只要把骨架题实实在在掌握好了，至少能使你保持中游水平。

第四，如果在平时学习时，已经预习过课本的骨架内容和骨架题，你就能更加积极地参与课堂上的互动，理解也会更清楚，自然也就会觉得更为有趣。

骨架题要练习到什么程度？

骨架题要练习到在没有任何外界帮助的情况下，能够自己把它们解答出来的程度，这与背诵公式和概念差不多，特别是对于教科书中的解题步骤，尽可能原封不动地把它们写出来是很重要的，有些同学总是自己随心所欲地杜撰一些解题步骤，这是一个必须改正的不良学习习惯。

以《平面向量》为例，我们编制了如下资料（注：受篇幅限制，本文仅摘录部分）：

1.向量的基本概念

[骨架知识]

①向量的定义：既有大小又有方向的量，向量具有数量和方向两重性，向量可以用有向线段来表示，有向线段是固定不变的，但向量可以平移，向量平移后，其起点和终点的坐标都变了，但向量的坐标不变。

②零向量：长度为0的向量叫零向量，记作：0，零向量的方向是任意的。

数学并不是一门一学习就立竿见影的学科，实实在在地突破重要知识点的骨架内容，比起漫无目的地做大量的题目、一个单元一个单元往下赶进度来说，效果会更为明显。

不要指望一下子把那么多的东西都学好，只需把重要的题目集中起来实实在在地掌握好即可！

复合材料天线骨架结构设计 篇7

球载雷达是一种空中平台监视系统。该系统利用系留气球作为平台, 搭载专门研制的雷达升空, 用以实现对远距离低空小目标的探测。为了尽可能增加气球的剩余浮力, 提高气球空中工作的稳定性, 结构总体设计时应贯彻轻量化设计原则, 其中采用轻质复合材料设计制造球上设备是一种行之有效的方法。本文根据雷达系统的总体要求, 结构设计时充分考虑质量、布局、体积等条件的约束, 进行综合优化设计, 最终采用复合材料设计制造天线骨架。

2 天线骨架结构设计

该雷达系统球上设备主要包括通侦设备、雷达设备、稳定平台以及作为承载结构的天线骨架。球上设备安装在气球整流罩内, 通过稳定平台悬挂于气球的设备挂架。各天线设备则通过天线骨架悬挂在稳定平台下方。天线骨架作为系统的主承力结构及安装平面, 要求其具有较好的刚度和强度。

根据系统设计要求, 天线骨架为矩形平板结构, 尺寸约为3000mm×1250mm, 天线骨架正面安装通侦设备及雷达设备的天线阵面, 同时天线骨架背面安装射频前端等其他设备。球上天线设备总重超过75kg, 且总体重量 (不包括稳定平台) 要求小于110kg。综合分析以上需求, 确定天线骨架选择复合材料进行设计, 同时为了验证其可靠性, 对其进行力学分析。

以天线骨架结构力学分析为设计依据, 考虑现有材料的性能以及天线结构形式本身的特点, 天线骨架的材料选择铝蒙皮-碳纤维/泡沫-蜂窝夹层结构, 以提高天线骨架的整体刚度及稳定性, 同时满足使用的需求。天线骨架的主体结构包括碳纤维/泡沫结构承力梁, 铝蜂窝中间夹层以及覆盖在两者外表面的薄铝蒙皮, 如图1所示。

碳纤维/泡沫结构作为天线骨架的主承力梁, 对整体的刚强度及稳定性起到了至关重要的作用。梁结构内部为泡沫F50-50胶结而成的泡沫框架, 框架外部缠绕5层厚度为0.2mm的碳纤维布, 框架内部相应位置预埋预制的铝件作为稳定平台的安装接口。框架中间拼接厚度为50mm的铝蜂窝夹层, 夹层内部同样通过预埋预制铝件的方式作为天线其他设备的安装接口。拼装完成后, 在天线骨架的正反两面安装薄铝蒙皮, 稳定平台与天线骨架的安装点通过厚铝件进行加固处理。

3 天线骨架力学分析

天线骨架的有限元建模首先采用CAD软件PRO/E建立详细的几何模型, 然后使用Hypermesh对几何模型进行网格划分和网格优化, 然后导入ABAQUS求解器进行求解。复合材料各组分的力学参数如表1、表2所示。

计算过程中, 模拟天线系统实际使用条件, 稳定平台在最上端与天线骨架上相应的安装接口相连, 计算时约束稳定平台最上端节点上所有自由度。有限元模型共1437865个节点, 划分为1662341个单元, 如图2所示。坐标原点取稳定平台转轴的最上端点, Z向为由天线阵面指向天线阵面背面方向, Y向为竖直向上方向, X向由右手定则确定。

由计算结果可知, 天线骨架在工作状态沿OX轴横滚23°且受到法向 (Z向) 5m/s2过载时, 结构发生最大变形, 最大变形为5.3mm, 最大变形位置出现在天线骨架底部;天线骨架在工作状态沿OX轴横滚23°且受到法向 (X向) 3m/s2过载时, 结构产生最大应力, 最大应力为34.1MPa。取安全系数1.5, 则最小剩余安全裕度为1.5>0, 满足强度设计要求。

4 结论

(1) 经过力学分析, 可以看出设计的复合材料天线骨架力学性能满足设计指标的要求, 工作状态下结构的应力水平远小于材料的许用应力, 最小剩余安全裕度较高, 同时结构变形也可以满足使用要求。 (2) 通过实测可知, 复合材料天线骨架总重量约为32kg, 满足总体的重量要求, 较金属铝合金制造的天线骨架减重超过40%, 较好地达到了轻量化的设计目的。 (3) 在设计各个阶段充分运用经验分析、理论计算、试验测试等设计手段, 不仅保证了整个设计过程沿着正确的方向进行, 避免造成设计反复、浪费人力和物力, 而且现代设计手段的应用有效提高了设计水平, 很好地解决了该复合材料天线骨架结构设计中的各种难点。

摘要：球载雷达对球上设备的重量要求严格, 因此结构设计时应贯彻轻量化设计原则。为了达到设计要求, 天线骨架采用轻质维复合材料以减轻重量。同时, 利用有限元软件对天线骨架进行力学分析, 在力学分析的基础上, 充分利用复合材料的可设计性, 设计并研制出符合要求的复合材料天线骨架结构。

关键词：球载雷达,复合材料,天线骨架

参考文献

[1]彭天杰.复合材料在雷达天馈系统结构设计中的应用[J].纤维复合材料, 2008, (2) :18-19.

[2]万录明.雷达天馈系统轻量化技术[A]//第九届机械加工技术学术年会论文集[C].2004.

结构骨架 篇8

1 电梯升降式立体停车库钢结构骨架基本结构的设计

立体停车库钢结构承载框架与外表装饰材料构成停车库主体。钢结构由底部、中部和顶部结构架组成。底部为车辆进出车库和车辆调头之用, 高度最大为2.6m。中部为标准层, 高度为2.2m, 用来停放车辆, 它由标准单元组成, 可以根据实际车库容盘来适当加减层数。顶部用来安装滑轮组并留有检修滑轮组及其他设备的空间, 因此高度最小, 为1.5rn。车库设计容量为20辆, 需要10层停车标准单元, 这样车库总层数为12层, 总高度为H=2.6+10×2.2+1.5=26.1m。升降吊笼导轨设计为两根, 作对角布置, 固定在立柱6上。钢结构分段制造, 用高强度螺栓在现场拼装。

2 电梯升降式立体停车库钢结构骨架的结构分析

2.1 电梯升降式立体停车库钢结构骨架的模型化

应用有限单元法进行分析, 对整个停车库钢结构骨架的受力进行了分析。有限元分析的基础就是弹性连续体的离散化, 即把整个连续停车库钢结构骨架分割成由限个单元组成的集合体。这些单元仅仅在节点处连接, 单元之间的载荷也仅由节点传递, 所有的计算分析都将在这个模型上进行。停车库钢结构骨架主要由一些型钢通过螺栓连接或焊接而成, 对它进行单元划分时比较容易, 通常以连接点作为节点。

停车库钢结构骨架由柱、梁和杆组成。采用三维梁单元和杆单元模拟实际结构, 用固定约束边界条件模拟结构在基础上的安装情况。梁单元具有拉伸、压缩、扭转和弯曲能力;每个节点有6个自由度, 杆单元为单向拉压单元, 每个节点有3个移动自由度。所建立的钢结构力学模型如图1所示 ( (a) 钢结构侧视图 (b) 钢结构正视图。 (1) 底层侧面K形斜杆。 (2) 标准层侧面K形斜杆。 (3) 标准层侧面K形横杆。 (4) 立柱。 (5) 底层立柱。 (6) 标准层正面K形横杆。 (7) 标准层正面K形斜杆。 (8) 井道立柱) , 整个车库钢结构骨架共有330个单元, 172个节点。除考虑停车库钢结构骨架自重和机械传动系统的重量外, 还考虑每个车位均受额定车辆载荷的作用情况。所研究的停车库共有20个车位, 额定车辆载荷为1600kg。

2.2 电梯升降式钢结构骨架的受力情况

钢结构受力主要包括:钢结构本身自重, 结构架上各停车位的车辆及固定叉梳重量, 提升系统制动所产生的惯性力, 驱动装置的重力, 顶部梁架所受滑轮组和配重的重力, 整体结构所受的风力、地展载荷以及由于外界环境温度变化而引起的温度应力等, 它们以集中或均布方式作用。

2.3 进行受力分析的基本假设

由于车库的实际受力情况很复杂, 必须对它进行必要的简化和假设后才能进行进一步的受力分析, 基本假设如下: (1) 停车库单独建立, 不与其它建筑物相接; (2) 不计由于结构阴面与阳面温差引起的热应力: (3) 整体结构无初始变形和缺陷; (4) 按可能是最危险的x, y以及对角线方向3种工况计算风载荷; (5) 地震载荷按与风载作用方向一致的工况进行计算。该立体车库承载框架是由型钢经高强度螺栓连接而成, 整个车库框架连接并调整好尺寸后再对连接节点焊接起来。这样, 各杆件可承受轴向力、剪力和弯矩, 在用有限元软件进行受力分析时, 此种结构属于梁单元, 按空间6个自由度梁单元进行处理。

2.4 电梯升降式钢结构骨架的受力分析

各工况钢结构骨架均在前轮放置一侧两边立柱与下方横梁交点处产生最大压应力, 其中对称载荷工况压应力最大。4种工况分别在钢结构骨架后轮放置一侧立柱与基础连接点处产生最大拉应力, 其中非对称载荷工况拉应力最大, 并且其绝对值大于对称满载荷工况的最大拉应力。各工况钢结构骨架的杆单元均受压, 其中左右两侧杆单元压应力最大, 而前后两侧杆单元压应力最小。在前后两侧杆单元中, 下部单元的压应力均大于上部单元的压应力, 并且前侧最下面两个单元压应力最大。在各种工况载荷作用下, 钢结构骨架的工作应力均小于许用应力, 钢结构有足够的强度和稳定性, 能够保证停车库安全可靠地工作。

2.5 电梯升降式钢结构骨架的变形分析

根据计算, 在工况1的情况下, 车库钢结构骨架的变形很小:在其它3种工况的载荷作用下, 钢结构骨架节点x, y向位移比较小, z向位移比较大。除工况1外, 其它3种工况钢结构骨架节点x, y向最大位移发生在第1层横梁上 (横梁层数由下往上计) 。该层前、后横梁中部y向位移较大, 梁向内侧变形。z向最大位移和总位移最大值发生在上支承梁上, 梁向下弯曲变形。在4个工况, 非对称工况节点x向位移最大, 对称满载荷工况节点z向位移和总位移最大。对称满载荷工况上支承梁中点挠度为-1.2161mm, 小于许用值, 支承梁能满足驱动装置和传动系统正常工作的需要。

3 电梯升降式钢结构骨架结构的优化

为保证停车库栩结构骨架具有足够的强度、刚度和稳定性, 以结构应力和节点位移不大于许用值作为减轻结构重童设计的约束条件, 即:

式中σmax (X) 、Umax (X) 一结构中的最大应力和最大节点位移, [σ]、[Ux]一结构的许应力和许用节点位移。

对20车位机械式立体停车库钢结构骨架进行了优化设计。设计采用的许用应力为100MPa, 许用位移为4mm。对钢结构骨架角柱、前后侧中间立柱、左右横梁、前后横梁、上下支承梁、左右腹杆、前后腹杆的截面积进行了优化, 可使结构重量降低30%左右。

摘要：设计了立体车库的钢结构骨架, 运用有限元方法对钢结构骨架进行模型化, 按照实际要求对车库的受力情况进行假设, 找出了立体车库的钢结构骨架的最大应力单元和最大变形单元, 它们都小于许用应力和许用变形量, 验证结构设计的可靠性。为进一步降低钢结构骨架的重量, 建立了钢结构骨架的数学模型, 对钢结构骨架进行了优化设计, 使钢结构骨架的整体重量减轻许多, 并提高了电梯升降式车库的经济性。

关键词：电梯车库,钢结构,优化设计,提升系统

参考文献

[1]高健.机械优化设计基础[M].北京:科学出版社, 2000.

结构骨架 篇9

客车车身结构设计阶段往往存在的薄弱环节, 为消除车身结构安全隐患, 解决其使用过程中出现的强度问题, 有必要对客车的强度与刚度进行一个客观评价。当车辆以某一速度驶过凸凹不平路面过程的动态激励是随时间变化的位移激励, 其经过轮胎、悬架、车架等部件传给车身。

本文以某6101型客车车身骨架为研究对象, 应用ANSYS软件, 建立其车身骨架结构有限元模型。采用客车右前轮越障来模拟客车的动态扭转工况, 位移与时间的对应关系由车辆行驶速度和路面形状共同决定。通过客车驶过正弦波形路面的方式, 分析客车动态扭转过程中瞬态响应, 得到车身危险点的位移和应力的时间历程响应。

2有限元模型建立

利用ANSYS软件, 建立某6101型客车车身骨架三维数据模型, 选择单元类型、定义材料属性、划分网格、施加边界条件。材料属性一般包括弹性模量、泊松比、密度和强度等属性。本文的研究对象某6101型客车的车身骨架与车架的零部件的材料都是钢材, 为线性各向同性材料, 其相关参数见表1。

基到计算成本及硬件条件考虑, 在客车有限元模型建立过程中, 忽略了蒙皮对车身结构分析的影响, 主要选用铁木辛柯梁单元 (Beam188) 离散车身骨架结构。其中, 本文选择矩型和槽型两种截面类型, 共定义了九种截面, 具体截面类型参数如表2所示。

对于布置于客车底架上的各总成部件, 如发动机总成、储气筒、变速器、燃油箱等, 本文将其简化为集中载荷, 按实际位置及各位置施加于底架相应的节点上。最终建立了某6101型客车的车身骨架有限元模型, 如图1 所示。其中, 包括节点共2302个, 单元共2 360个。

3动态扭转工况

3.1工况描述

本文采用客车右前轮越障来模拟客车的动态扭转工况, 位移与时间的对应关系由车辆行驶速度和路面形状共同决定。假定该客车以40 km/h速度驶过正弦波形路面。具体描述:客车右前轮通过的正弦波形凸出路面 (半波长为1 米, 波高为0.2 米) , 0.045 s达到路面波峰, 0.09 s通过障碍物。在此过程中, 其余三个车轮始终位于水平的路面上。对该工况施加的动态载荷, 在客车底架的悬架安装点施加随时间变化的位移载荷。正弦波形路面对车身的载荷输入简化为有限元模型的位移约束时间历程, 如图2所示。

在此工况下, 车身骨架主要承受右前轮与地面的接触点在垂直方向上的位移变化而引起的动态扭转载荷。

3.2载荷步划分

在瞬态分析中, 采用多载荷步定义加载历程。根据已知参数, 将整个瞬态越障动态扭转过程用6个载荷步表述。在每个载荷步中, 如表3所示。

对某6101 型客车右前轮的悬架安装点施加相应的位移载荷, 约束其余三个车轮悬架安装点的自由度。

4计算结果及分析

本文选取某6101 型客车前围 (31 节点) 、后围 (80 节点) 、右侧围 (1808 节点) 、左侧围 (824 节点) 、车顶 (520 节点) 、底架 (1037 节点) 等车身六个测点位置图。六个危险测点的位移时间历程响应曲线, 如图3、图4以及图5所示。

选取车门两个对角点 (车门右上角点、车门左下角点) 位移及位移差。其中, 在X方向的位移时间历程曲线 (见图6) , 及其两点位移的差值 (见图7) 。Y方向的位移时间历程曲线 (见图8) , 及其两点位移的差值 (见图9) 。

由上图可知, 车门两个对角点各测点位移比较小, 均未超过15 mm。因此, 该车身满足刚度要求。

某6101型客车车身最大应力的时程曲线, 如图10 所示。从上图可知, 其最大应力发生在0.04 s~0.05 s之间, 故提取0.045 s时刻的动态响应结果予以分析。

本文选取0.045 s时刻, 车身Y向位移云图 (见图11) , 车身Y向速度云图 (见图12) , 车身Y向加速度云图 (见图13) , 其最大值均出现在车门位置。

当0.045 s时刻, 车身的最大应力 (见图14) 出现在前围, 达到130 MPa, 但仍小于材料的屈服强度。因此, 该客车结构设计是安全的。

5结论

通过瞬态响应分析模拟了客车右前轮越障的动态扭转工况, 获取了某6101型客车车身骨架任意一点的位移和应力变化情况, 为进一步改进车身结构, 克服薄弱环节提供了理论依据。

研究表明, 动态扭转工况, 在0.045 秒时最大应力达到130 MPa, 小于材料屈服强度。因此, 某6101型客车结构是完全安全的。

参考文献

[1]陈家瑞.汽车构造 (下册) [M].北京:机械工业出版社, 2001, 392-412.

[2]陈阳.客车车身的动态响应及可靠性分析[D].东北大学硕士学位论文, 2009.

[3]胡方勤.半承载式客车车身骨架有限元建模分析[D].合肥工业大学硕士学位论文, 2007.

[4]博嘉科技.有限元分析软件——ANSYS融会与贯通[M].北京:中国水利水电出版社, 2002, 45-210.

结构骨架 篇10

1.1 钢结构制作安装要求

经脉幕墙钢结构是一种新型的经脉骨架结构, 具有造型精致、技术含量高的特点, 结构钢材的苛刻要求表现在钢结构制作的各个方面。为了达到良好的钢结构制作效果, 在钢结构制作中对焊接材料的选用、普通螺栓、高强螺栓以及使用涂料的选择都有严格的要求。因此, 只有严格把关这些环节, 才能达到较好的制作效果。钢结构的焊接工作需要使所有腹杆、弦杆之间的缝隙达到饱和程度, 不能留有空隙。各种钢管材料的焊接对接口一定要焊接牢固, 以所有零部件的节点为标准。避免焊接中出现钢结构部件焊接不牢固, 导致的钢结构收缩变形的不良后果。

1.2 钢结构制作艺术

钢结构工程结构复杂、焊接点多以及安装精准度高, 因此需要有现代化、专业化的制作加工。严格的控制钢结构的制作艺术, 保证钢结构的制作施工质量。通过钢结构制作的加工流程, 了解各环节的重要性和需要注意的问题。

制作工艺的最初环节是钢材的选择进场, 钢材选择的环节是第一层的把关, 选用密度性好、耐高温气密性较好的钢材。钢材选择好进场后, 需要对钢材进行一定的检查和矫正。检查钢材是否达到加工使用的标准, 对一些钢材的形状进行矫正, 达到合理使用的效果。在钢材没有问题的情况下进行放样检验, 然后进行一系列的技术加工。采用坡口加工是钢材达到合理运用切割、边缘打磨、制孔、焊接检验等多重环节的关键。通过加工处理达到钢结构制作的要求, 最后编号验收。

2 钢结构安装施工工艺

2.1 经脉幕墙结构施工放线准备

经脉幕墙结构施工前先要做好放线准备, 为施工制定规范标准。放线准备通过基础定位等高线来完成, 检查主轴线是否完全闭合。经脉幕墙结构施工放线与验线都要求在地下部分采用柱网状平面外控制法来检测方格网, 找准各轴线的端点运用正倒镜法将各个轴点连接起来, 形成十字基准轴线网。构建放线需要按照钢管的桁架制定标准线, 与各层之间的距离是500mm水平线, 其他钢材构建按照施工要求安装位置线。这种主轴点的放线方式能保证安装的准确性, 减少误差及时的调整桁架的长度和高度, 保持焊接缝隙要求和调节脚螺栓间隙。

2.2 经脉钢结构吊装施工的关键技术

吊装施工经脉钢结构的重要环节, 吊装施工的准确性需要经过大量的施工程序。吊装施工的操作环节繁琐, 需要采用多种方式来减轻吊装的施工程序。采用分件吊装的方式, 不必经常调换钢构件索具有效的减轻了施工步骤, 操作起来简单方便。

2.3 经脉钢结构安装施工关键技术

钢构件在安装施工前要先经过厂内预拼装, 在预拼装过程中要严格按照安装要求拼装, 及时的发现问题, 矫正失误保证螺栓都能顺利穿入。钢结构在施工时先要对构件的位置进行确认和矫正, 保证没有丝毫的偏差, 然后放入高强螺栓。通过高强螺栓的轴力控制, 拧紧接口螺栓使两层钢板紧密贴合。

2.4 经脉钢结构防腐涂装过程

经脉钢结构的防腐施工必不可少, 通过防腐涂装保证钢结构的使用时间和使用价值。钢材容易在长时间闲置和外界环境影响下出现氧化、锈迹的现象, 一旦出现了锈迹的情况钢材的使用寿命就会大大降低。防腐涂装不仅能保证钢材的使用时间, 而且提高了安全性能保证了经脉幕墙质量。

在刷漆涂抹前要先进行清理工作, 清理钢材上的铁锈、焊接残留物、油污等杂物, 保证刷漆均匀减少质量问题。涂抹刷漆时可以采用自动喷丸除锈机进行除锈工作, 在有效提高工作效率的同时, 保证了涂装的质量。为了保证经脉钢结构防腐涂抹的效果, 采用两次涂抹的方式。第一层漆的涂抹方向始终保持一致, 在第一遍涂抹干燥后进行第二次的涂抹。第二次涂抹方向与第一次涂抹方向保持垂直, 从而达到均衡涂抹的效果, 加强经脉钢结构的使用性。

3 经脉刚骨架结构质量保证措施

3.1 采用垂直偏差控制

为了避免施工误差, 钢柱对基准点以及放射线测量都有严格的监测程序。通过钢柱安装初检、钢梁观测、高强螺栓复核等环节减少偏差。钢柱吊装完成后需要安装钢梁矫正, 增强稳定性。高强螺栓复核是对焊接点的的检查, 避免出现钢柱内部倾斜的状况。确保层层检查时出现的偏差在规定范围内, 出现问题及时调整达到较好的偏差控制效果。

3.2 钢结构制作过程质量监控

钢桁架制作的长度要符合规定的误差要求, 不能出现倾角的情况, 因此钢桁架需要经过大量的检查环节。钢桁架出厂使用前, 在车间内需要符合检查标准和设计规范的要求。通过车间检查无误后对钢材编号、登记作为施工检查的依据, 可以投入到工程施工中。钢桁架的制作要求, 需要各螺栓连接孔之间达到紧密贴合的效果。既要符合测量工作的标准, 又要保证预埋轴线定位的复核。钢桁架结构在保证焊接质量的同时, 要控制好焊接水平, 不要出现焊接变形的状况。

4 结语

经脉幕墙钢骨架施工主要起到的是支撑效果, 在幕墙建筑设计过程中对于高大的建筑施工, 需要有质量效果较好的钢骨架结构。钢骨架的建立不仅能为建筑幕墙设计提供支撑帮助, 而且也是保证施工安全的重要环节。因此保证钢骨架的制作质量对幕墙施工设计起着重要的辅助作用。钢骨架施工主要的支撑技术是经过经脉幕墙设计理念、钢材加工、钢材结构吊装以及经脉钢结构的施工与安装, 每一个环节都是保证钢骨架质量的关键。在经脉幕墙异形钢骨架结构中, 应该保证每一个环节的质量, 促进钢骨架结构优势的发挥。

参考文献

[1]陈先利.晋江火车站钢结构综合吊装技术[J].钢结构, 2010 (2) .

钢铁行业：铸造工业的骨架 篇11

很多人对钢铁行业的印象大概都停留在电视里头看到的景象：巨大的钢铁机械、烧得火红的钢坯、刺人耳膜的噪音、热浪四溢的厂房、弥漫着烟尘的车间、头戴着安全帽的工人忙忙碌碌……其实，很多钢铁车间也的确是这个样子，但钢铁行业到底怎么运行，需要什么样的人才，大家都就不知道了。

钢铁企业的人才需求

钢铁作为工业的基石，新中国对成立钢铁企业十分钟情。随着鞍钢的恢复生产，武钢、包钢、攀钢等大型钢铁企业的陆续建立，中国的钢铁产量开始追赶世界先进水平。另一方面，20世纪末，随着新材料、新技术的不断发展，发达国家的钢铁产业逐渐步入没落，出现了向发展中国家，尤其是中国转移的趋势，因此到了2009年，中国粗钢产量达到了5.6亿吨，成为世界第一钢铁大国。

我进入钢铁行业，也恰好是在这一年。

钢铁企业有两种，一种是大型的钢铁企业，基本都是国企，人员众多，比如我就职的武钢，人数约莫有十万人，需要的人才也非常多。另一种是中小型钢企，可能是私企也可能是地方集体所有。这种企业的特点是不稳定，福利保障较差，但同时企业的制度比较灵活，人才的上升渠道更为通畅，跳槽更换工作也比较容易。

作为现代大工业的代表『生产业之一。钢铁行业需要的人才是多方面的，在我就职的武钢，我的同事们毕业于各种学校各种专业—机械、自动化、控制、化工等等。顶层的经营管理人员自不必说，外围需要销售、法律人才，工厂需要相关的各类专门技术人才。大型钢企近年来出现了进行综合经营发展的趋势，于是还需要房地产、金融方面的专业人才。图书管理、车辆驾驶、生产设备操作等事务也需要人员以保证日常工作的进行。

在钢铁企业，各方面的技术需要改进或者吸收，因此也大量需要科研人员。具体来说，钢铁企业作为冶金行业需要冶金相关专业人才：作为原材料生产需要材料学相关人才：高炉和转炉等耗费大量燃料，需要热能工程方面人员：对原料和产品的鉴定和检测需要分析和仪器操作方面的专业人才；对钢材表面涂层的研究需要物理化学、有机合成等方面的研究人员，比如我就是毕业于化学系，最后进入了钢铁企业；对钢铁生产过程的模拟研究需要数学和计算机方面的人才；企业生产对于环境的影响也需要监测……一个大型钢企需要的技术，包含了现代科技的方方面面，只有尖端科技和生物学等少数专业不太为钢企所需。我在公司中所在的岗位就是科研人员。

我的研究生活

几年工作之后，我最大的感受就是，作为钢铁企业的科研人员，和科研院校所中的科研人员有着巨大差别。

这种差别首先体现在和生产现场的关系上。作为企业员工，我们的大量时间会耗费在车间、仓库等生产一线。作为武钢职工来说，进入研究机构的头一年甚至两年。新职工会被安排在各个分厂进行实习。在此期间新员工被要求在各个厂的多个车间轮班，和工人一起吃喝上班，以了解各条生产线的工艺流程、各项工艺参数、各分厂的规章制度、各产品的性能指标、各车间面临的实际问题。这个过程看似冗长，但由于钢铁产品的种类多、流程复杂，分摊在各个车间的实习时间实际上并不长。在此期间如果掉以轻心，不努力记录和背诵。很容易错过某些知识点，而这些知识点在未来的研究工作中也许就是相当重要的。

回到研究机构中以后，由于钢企科研的任务是为了钢铁企业的经营服务，因此绝大多数科研人员仍然要时常走入车间，走到生产线旁，靠近钢带、钢坯、钢板甚至铁水、钢水进行观察，和现场工作人员进行研讨，时刻掌握产品参数，才能保证科研工作的顺利进行。值得强调的是，这一过程在很多时候具有一定危险性，对研究人员的身心健康有较高的要求，也要求现场人员严格遵守安全规章制度，否则随时可能发生事故。

钢铁行业作为现代化工业生产的代表性行业，其各种生产经营活动常常相当复杂，涉及多个环节，自然也包括科研环节。因此作为和钢铁企业的生产经营紧密结合的研究机构，其中的研究人员常常会接到各种会议通知、出差通知。有的研究人员一年里有大部分时间都不在本单位进行研究工作，而是消耗在参加企业内部的各种协调会议、和外部厂商进行各种交流谈判、外出为用户提供各种所需服务当中。

由于钢铁企业的产品周期长，生产成本高，新产品的上线或者技术的改动都往往需要再三斟酌，并进行要多次实验之后，才能正式投入生产，相对来说周期较长，需要研究者提前做好规划和沟通工作。比起科研院所，钢企研究人员工作中这种预先的计划和沟通所占的比重要大得多。

作为企业科研，研究成果以技术诀窍或者专利的形式为主，首重研究经济效益，在经济形势不景气的时候尤其如此。这也是我们钢铁企业科研人员和院校科研人员的一个重要差别。

在科研过程中作出突出贡献的部分科研人员将会有机会迅速提升到领导岗位，从此脱离科研一线，转而进行科研管理工作，指导和监督其他人员进行科研工作。这部分科研领导的日常工作会更加忙碌，但收入也会大幅度提高。

钢铁企业的现状

由于钢铁行业的“工业基础”的特性，随着世界经济形势犹如海水的潮涨潮落，钢铁企业的变化也和世界经济形势密切相关。

上世纪八十年代以来，随着发达国家基础建设基本完成。世界钢铁经济陷入了长期的停滞。直到中国经济发展之后，随着我国大量基础建设工程的展开。钢铁行业迎来了新的春天。随着2008年的全球金融危机后，世界经济陷入停滞，对钢铁的需求也有所萎缩。

钢铁企业建设周期长、停产代价高昂的特点加上金融危机的突然性，使得我国诸多大小钢企出现了过度发展的情况。

2008年世界金融危机之后，尽管国家出台了调控政策，但由于种种原因这些调控政策并没有收到良好效果。2011年，中国钢产量已达7.3亿吨，而全年消费仅6.8亿吨，仅一年就产量过剩5000万吨。这造成钢铁价格低迷不振，钢铁行业面临微利甚至亏损的困境。2012年这种情况进一步加剧。产能过剩和原料价格居高不下导致钢铁企业几乎无法盈利。比如，建筑用螺纹钢每吨利润低至1.68元——还不够买一张地铁票。2012年三季度，我国钢铁行业主要企业几乎全部亏损。唯一盈利的宝钢如果除去其金融和房地产利润，钢厂部分也是亏损的。在这样的大环境下，我作为过来人，也要提醒大家，进入钢铁行业也需要小心选择。

结构骨架 篇12

随着互联网和计算机技术的快速发展,用于共享和重用的三维模型越来越多,因而,如何高效地进行三维模型的语义检索成为热点问题,而准确的模型语义标注是提高模型语义检索效率的重要前提。

三维模型的语义标注是为了建立起模型语义特征和低层内容特征之间的关系。按照标注方式划分,模型语义标注方法分为两种: 一是基于模型分割的语义标注方法。文献[1]结合本体领域知识和分割结果进行语义标注,此方法需要设计不同分类领域的本体结构,工作量太大。文献[2]利用已标注的训练模型以及模型的几何特征实现模型的语义标注,但是所使用的分割方法并不能满足语义标注的需要。二是基于模型整体的语义标注方法。文献[3]以用户反馈的语义关系为三维模型语义属性,通过以语义属性为根据确定的语义距离来判断语义群,并结合少量样本关键字确定语义标注词汇。文献[4]通过权衡模型内容特征相似性、样本模型标注结果、WORDNET语义相似度计算规则、以及相关反馈四个方面确定最终的标注结果,精确了标注效果。文献[5]结合了基于正交投影图像边缘夹角的模型检索算法和Jiang&Conrath提出的计算语义相似性算法,对模型进行自动标注,提出了一种改进的自动语义标注算法,该算法在提高模型查找和语义词汇匹配准确率的基础上有效地改善了自动标注效果。文献[6]通过利用深度信息的特征提取方法计算三维模型形状特征描述符和利用信息量理论定义的词汇相似度计算方法来进行语义排歧,结合深度特征和词汇信息量共同完成语义标注,实验结果表明该方法具有较好的准确性和有效性。文献[7]描述三维模型内容特征和语义特征之间的映射关系,较好地实现了模型库中三维模型的自动语义标注。文献[8]首先采用半监督学习方法进行标签传播,得到标注词汇置信度。然后采用一种基于最大后验概率准则的方法进行多标签学习,得到最终标注词。文献[9]使用人工标注词汇创建的概率模型对相似性度量方法进行调整,并通过相关反馈过程动态更新概率模型,提高语义标注的效果。文献[10]提出了一种基于半监督测度学习方法的三维模型语义自动标注方法。该方法在PSB数据集上测试表明,在利用大量未标注样本参与标注过程条件下同样能取得较好的标注效果。文献[11] 提出了一种基于模糊K近邻的三维模型半自动标注方法,解决了三维模型缺乏语义信息。文献[12]在获得模型“视觉词汇”的基础上,采用模糊k近邻分类算法,得到以概率表示的模糊分类结果,并据此用类别标签半自动地标注三维模型的语义,完善了模型文本标注信息。

三维模型领域广泛并且组织结构也比较复杂,很难开发出一种完善的三维模型分割算法,所以第一种方法没有被大范围接受和应用。在综合分析目前已有的模型整体语义标注方法的基础上,提出了一种融合相似词汇概率、模型语义直接相关性和模型整体相似性的三维模型与语义词汇之间的相似度计算算法,并结合模型骨架节点的拓扑属性与局部突起的几何形状属性在模型检索中的应用,设计出了一种新的三维模型自动语义标注方法。

1 融合拓扑属性与几何形状属性的模型匹配

根据三维模型自动语义标注的步骤[13]可知,在建立一个三维模型样本库之后首先需要做的就是模型匹配,筛选出形状相似的模型。为了提高模型匹配的有效性,将反映模型拓扑特征的Reeb图骨架映射成树形结构,结合模型骨架树的拓扑特征和几何形状特征来计算三维模型的整体相似度,进而匹配出相似的模型[14]。

模型骨架节点的拓扑特征Tf定义如下:

其中,K为骨架树的最大层数,wi为骨架节点所属的骨架层的权值,deg( pi) 为骨架节点的出度。

模型几何形状特征Gf定义如下:

其中,Area( pi) 为骨架节点对应的连通区域的面积与模型总面积的比值,Cuve( pi) 为骨架节点对应的连通区域的网格点标准化后的曲率平均值,N为骨架节点对应的区域曲率极大值或极小值点的数目,Var( pi) 为骨架节点对应的区域曲率方差值,w1、w2分别决定模型突起性和形状性对形状特征的影响程度,由于影响程度相同,所以w1和w2都赋值为0. 5。

则模型S和R的拓扑相似性与几何形状相似性定义为:

其中,D为两模型对应骨架层的相差度,p和q为S和R在第i层骨架层上的骨架节点,因此,三维模型的整体相似度定义如下:

其中,wT和wG分别表示拓扑相似度与几何形状相似度对模型整体相似度的影响程度。

根据式( 4) 计算出待标注模型Ma和样本库中的模型Mi的整体相似度值Sim整体( Ma,Mi) 。按照模型整体相似度值的大小对样本库中的模型进行排序,挑选相似度值大于等于阈值τ1的前n个模型,即:

提取满足条件的样本模型的语义词汇,构建语义集合如下:

为了验证该方法的准确性,引入了一个待标注模型,图1为待标注模型与样本模型的匹配结果。此外,经过多次实验,在权衡标注效果后将全文所涉及到的所有参数设定如下,此后不再赘述。wT= 0. 6,wG= 0. 4,τ1= 0. 60,τ2= 0. 60,τ3= 0. 60,τ'3= 0. 70,α = 0. 5,β = 0. 2,γ = 0. 3。

2 三维模型与语义的相关性计算

2. 1 语义相似度计算

计算与待标注模型相匹配的样本模型所对应的语义词汇的相似度[15,16],首先计算词汇w的ic( Information Content) 信息量值,定义信息量公式如下:

其中,maxwn为分类中概念的最大数目,hypo( w) 为词汇w的下位词汇数目。

通过词汇的信息量值计算语义相似度,其计算公式为:

其中simres( wi,wj) = max( icres( w) ) ,wi∈W,wj∈S,W,S是两个不同的同义词集[17]。然后进行第二次筛选,确定阈值为τ2,令Sim语义( wi,wj) ≥τ2,wi和wj属于语义集合W1,将结果词汇集定义如下:

其中,k1为结果词汇集W2中语义词汇的数量。

通过式( 7) - 式( 9) 对图1中满足条件的样本模型的语义进行相似性计算并筛选,符合条件的词汇集合W2= { dog,horse,animal,pig,rabbit } 。

2. 2 模型与语义的相似度计算

通过2. 1节匹配出相似的语义词汇后,下一步需要做的就是计算待标注模型与这些相似的语义词汇的相似性,筛选出与待标注模型相似程度较高的语义词汇作为待标注模型的语义。

2. 2. 1 传统模型与语义相似度计算

对待标注的三维模型Ma和W2语义集进行相似性度量,公式如下:

其中,wi∈W2,Mi是词汇wi所对应的样本模型,max( Sim整体( Ma ,Mt) ) 为待标注模型和样本库中模型整体相似度最大值,ss( wi) 表示在语义集中相似词汇出现的概率值,其定义如下:

进行第三次筛选,确定阈值τ3,满足条件的词汇集合为:

其中,k2为满足条件的词汇数量。

我们通过式( 10) - 式( 12) 计算实例中词汇集W2的相似词汇出现的频率值及其与待标注模型间的相似度值并进行筛选,结果如表1所示,满足条件的词汇集合W3= { dog,horse,animal} 。因此,待标注模型的最终语义为{ dog,horse,animal} ,但是,从视觉上判断,词汇horse显然不是待标注模型的语义,而词汇horse和词汇animal与待标注模型的相似度值均为0. 69,不符合客观事实。

2. 2. 2 基于相关传递原理的模型与语义相关性度量算法

设模型Mk出现在第i次检索结果中,即Vki= 1,则Mk和目标模型即本文提到的待标注模型Ma之间存在着较强的直接语义相关性[18]。根据相关具有传递性的原理,L次检索结果中结果词汇和待标注模型Ma之间同样具有直接语义相关性,直接语义相关次数记为SemⅠ( wi,Ma) 。则将模型语义相似度计算公式重新定义如下:

其中,AVG( Sim整体( Ma,Mi) ) 表示经过模型整体匹配后的样本词汇所对应的样本模型与待标注模型的相似度平均值,例如,图1中样本词汇horse所对应的样本模型与待标注模型相似度平均值为0. 825。MAX( Sim整体( Ma,Mt) ) 表示模型整体匹配后样本模型与待 标注模型 相似度最 大值,例如,图1中MAX( Sim整体( Ma,Mt) ) = 0. 97。N总为匹配后的样本词汇的总数目。α、β、γ分别表示模型整体相似度,模型语义直接相关次数和相似词汇概率值对整个模型与语义词汇相关性的影响程度。

进行筛选,确定阈值τ'3,满足条件的词汇集合为:

其中,k'2为满足条件的词汇数量。

通过式( 13) 和式( 14) 计算实例中待标注模型与2. 1节中的词汇集W2的相似度并进行筛选,结果如表2所示。

3 实验结果与分析

本次实验平台为奔腾3. 0 GHz,内存为1 GB的PC机并在VC + + 6. 0与Open GL的环境下进行的,共使用了斯坦福大学数字图形库中的150个三维模型。根据人工标注的百分比设定模型样本库的规模。

为了验证在模型整体匹配过程中通过模型骨架结构的拓扑属性与几何形状属性来计算模型间整体相似度算法的有效性和准确性,使用了查全率和查准率两个概念来衡量。其中查全率定义为正确检索的相关模型与用到的所有相关模型的比值,查准率定义为正确检索的相关模型与检索返回模型之间的比值,具体见如下公式:

图2表示的是在实验过程中基于骨架结构的模型整体匹配算法的查全率和查准率,从图中可以很清晰地看出,查全率和查准率两方面都比较高,这充分表明了该方法具有非常高的有效性和准确性,同时也为下一步的模型语义标注打下良好的基础。

图3是文中提出的通过基于相关传递性的模型语义相似度计算算法进行语义标注与使用传统模型语义相似度计算算法进行语义标注的准确率对比图。从图中可以看出当人工标注百分比一定时,基于相关传递性的模型语义标注方法的准确率高于传统标注方法的准确率,表明基于相关传递性的模型语义标注方法具有较高的准确性。当人工标注百分比发生改变时,相同标注百分比的情况下,基于相关传递性的模型语义标注方法的准确率始终高于传统方法的准确率,表明基于相关传递性的模型语义标注方法具有较高鲁棒性。

4 结 语