DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 6. 仿真结果 如图8所示为模拟界面的主界面，可选择进入迈克尔逊干涉、法布里–珀罗干涉和多棱锥多光束干涉的模拟界面。 6.1. 迈克尔逊干涉仿真结果 如图9为介质薄膜厚度分别为45 mm、30 mm、20 mm、10 mm的干涉图样，由此可知 与 之间的距离(即薄膜厚度)越小，干涉条纹越稀疏，一定区域内所能观察到的条纹数目越少。 6.2. 法布里–珀罗干涉仿真结果 利用MATLAB软件设计了法布里–珀罗多光束干涉的GUI界面及其相应的干涉图样，如图10所示。由图可以看出，该GUI界面清晰，功能分区合理，提示按钮和执行按钮醒目，菜单功能强大，输出图像清晰可见。对比迈克尔逊干涉的结果，法布里–珀罗干涉的条纹细锐明亮程度都要大很多。图11为透射光强度曲线图，随着反射率的增加，透射光相对光强递减越快，反射率趋近于1时，透射光的干涉图案是以几乎全黑的背景下一组很细的亮条纹构成的。 图12是反射率分别为0.65、0.75、0.85、0.95的干涉图样，随着反射率的增大，所产生的干涉条纹越明亮细锐。 图13是介质插入深度分别为0.00019 m、0.0005 m、0.0007 m、0.001 m的干涉图样，由图可知介质插入深度只改变相应等效厚度的干涉区域的大小。 6.3. 多棱锥的多光束干涉仿真结果 改变多棱锥的棱数，使其分别为2、4、7、9、15、40，设计的GUI界面及其相应的干涉图样如图14所示。很显然，不同棱数的棱锥产生的多光束干涉图样不同，在棱数增加至40左右时所产生的干涉图样与圆锥镜产生的零阶贝塞尔光强分布图非常相近。
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user: 7. 总结 本论文研究了法布里–珀罗干涉和多棱锥多光束干涉，编制的GUI界面形象生动地表征了相关参数变化引起的干涉条纹的变化，模拟结果与理论一致。平行平面薄膜产生的多光束干涉条纹十分细锐明亮，干涉条纹的细锐程度与反射率有关，反射率越大条纹越明亮细锐，并且随着入射光波长的增大，在一定的区域内所能观察到的干涉条纹的数目将会减少，而增大介质折射率或者增大夹层厚度和介质薄膜厚度，在一定区域内所观察到的干涉条纹数则越多。多棱锥干涉产生的是沿光束传播方向没有变化的二维周期 图8. 主界面 图9. 介质薄膜厚度分别为45 mm、30 mm、20 mm、10 mm的干涉图样 图10. 法布里–珀罗干涉结果 图11. 透射光强度曲线图 图12. 反射率分别为0.65、0.75、0.85、0.95的干涉图样 图13. 介质插入深度分别为0.00019 m、0.0005 m、0.0007 m、0.001 m的干涉图样 图14. 棱数分别为2、4、7、9、15、40的干涉图样 性图案，干涉场随着棱数的增加会有一系列复杂的变化，当棱锥的棱数增加至足够多时，可以近似为一个圆锥，干涉场将会变为同心圆结构的贝塞尔光束的场分布。
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user: 摘 要 本文提出一种基于模糊运算的智能车辆防撞预警系统。针对动态环境不易侦测的特点建立动态避障规则库，利用鱼群算法刻画和解答智能车辆在动态环境下的避障问题。进而，利用智能车辆和障碍物之间的距离和操作者的反应时间建立模糊函数模型。操作者如果没有在预警条件下及时做出反应，该系统将会采用最优路线。实验结果证明，该系统可以根据环境条件做出相对合理的选择，准确地做出预警或者主动避障。 关键词 :模糊逻辑，鱼群算法，预警，主动避障 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 防撞预警能够有效地减少意外事故的产生，是智能车辆领域中一个重要的研究方向，具有广泛的社会意义。国内外学者已经对车辆的防撞预警做了一些研究工作。文献 [ 1 ] 提出了汽车在一定初速度时的危险报警距离，但无法确保操作者能够觉察到警报并及时做出反应；文献 [ 2 ] 利用超声波感器结合模糊逻辑对机器人避障进行了研究，但此系统忽略了操作者主观因素的影响；文献 [ 3 ] 利用鱼群算法较为合理的解决了动态环境下的路径规划，但是系统应用具有严格的客观条件限制，没有考虑到实际应用场景下操作者的反应时间等主观因素的影响。针对现有研究存在的这些问题，本文通过车辆与障碍物之间的距离和操作者的反应时间两个重要参数建立模糊函数模型，结合鱼群算法，采用模糊逻辑技术分析操作者对预警信号的反应，较好地解决了在复杂动态障碍物环境下的车辆防撞预警问题。
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user: 2. 总体设计 如图1所示，首先，利用传感器获取基本的预警信息。数据采集数据模块主要包括如下功能：1) 通过超声波鉴别障碍物位置和大小；2) 轨道数据，用以判断智能小车是否偏离轨道；3) 用于判断路标的视频数据；4) 车速数据。其次，根据鱼群算法 [ 3 ] 建立动态避障规则库，规划最优路径。然后根据数据建立函数模型，并依据模糊逻辑确定系统做出选择的阈值。最后，给出对预警信号的智能操作：1) 当操作者无法及时做出反应时，系统将会采用规划路径，主动避障；2) 当操作者及时做出反应时，系统将停止预警，不会主动避障。
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user: 3. 路径规划问题 在路径规划模块中，暂不考虑操作者的反应。在假设操作者无法做出正确反应的情况下，规划智能防撞的最优路线。 智能小车的动态路径规划是智能小车领域中的一个重要研究方向，其目的是面向避开动态障碍物这一的前提采取最优路径 [ 4 ] 。目前，各国学者已经针对动态环境的路径规划做出了大量的研究工作。较为成熟的包括鱼群算法，蚁群算法 [ 5 ] ，人工势场法 [ 6 ] ，神经网络法 [ 7 ] ，遗传算法 [ 8 ] 。其中，蚁群算法具有强鲁棒性和搜索较好解的特点，但存在收敛速度慢、容易陷入局部最优的缺点；人工势场法容易实现底层的实时控制，但存在终点不可达和局部最优值的问题；神经网络法具有自主学习和高速寻找最优解的能力，但当动态障碍物的信息量过大时存在神经元的阈值不断变化的问题；遗传算法又存在环境变化时 图1. 总体设计 必须重新建立环境模型的问题。为此，本文采用具有较高收敛速度的鱼群算法完成路径规划。 鱼群算法也叫人工鱼群算法，是构造人工鱼模仿鱼群觅食、聚群和追尾行为，从而实现寻优的目的。本文采用栅格法 [ 9 ] ，将行驶路面划为诸多栅格。 图2中，A为智能小车所在位置，B为动态障碍所在的位置。在A通向下一个栅格时通过不断探测，进行碰撞分析并预测碰撞点，从而达到避障。这里利用文献 [ 10 ] 中建立的动态避障规库。 将智能小车探测到的信息先进行预处理，通过不断对该动态避障规则库的访问完成路径规划。然后，将路径保存到系统中，形成预警防撞模块，碰撞规则参数定义见表1，碰壁规则见表2。
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user: 4. 预警防撞原理 在和障碍物之间距离达到一定阈值(该值远大于最小安全距离)时，智能小车会发出预警。如果在达到最小安全距离之前操作者适时做出反应，智能小车将会采取主动避障。如下图3。 本文通过超声波探测智能小车周围的障碍物的运行环境，进而判断是否要做出相应反应。超声波速度为340 m/s，智能小车与障碍物之间的距离 ，其中 为超声波从发射到返回到发射端的时 间。分别计算在 和 时刻发射出超声波时所对应的距离 和 ，当 不成立时运行环境为动态环境。反之，运行环境为静态环境。其中， 与 不相等。 令智能小车A在运行轨道上与同方向障碍物B的相对位置距离为 。 如图4， 为从小车发射刹车信号到做出反应消耗的时间， 为制动器制动力增长过程中消耗的时间，t为操作者的反应时间。根据文献 [ 11 ] ，设置智能小车的安全距离。 车辆的安全距离分为三种情况进行计算： 1) 障碍物静止 (1) 2) 障碍物相对于智能小车减速行驶 图2. 行驶道路的部分栅格路径 图3. 防撞预警流程 图4. 汽车的制动过程 Table 1 Definition of collision rule 输入/输出 子集 符号含义 DIR SD， OD， OT 同向，反向，其他情况 NCT NFI， NPI， NSI 正面碰撞，追尾碰撞，侧面碰撞 PCTL LE， LN LE表示非空，LN表示空 N EXIST， NULL 存在可选点，空 V DLTR， EDQR， DGTR P W， DR， SP 等待策略，回归策略，选点策略 表1. 碰撞规则参数定义 Table 2 Constraint rule IF THEN IF THEN LN & NSI W LN & NFI & SD & EXIST & DEQR SP LN & NFI & OT DR LN & NFI & SD & EXIST & DLTR SP LN & NPI & OT DR LN & NFI & OD & EXIST & DEQR SP LN & NPI & OD & EXIST & DEQR SP LN & NFI & OD & EXIST & DLTR SP LN & NPI & OD & EXIST & DLTR SP LN & NPI & SD & EXIST & DEQR SP LE & EXIST & DEQR SP LN & NPI & SD & EXIST & DLTR SP LE & EXIST & DLTR SP 表2. 碰壁规则 (2) 3) 障碍物相对于智能小车匀速或加速行驶 (3) 其中， 为智能小车的初速度， 为障碍物相对于智能小车的速度， 为智能小车开始制动与地面产生的减速度， 为智能小车和障碍物性对静止时的安全距离。 时，智能小车与障碍物之间的距离为安全距离，满足这一条件，小车不做出任何反应。反之，当智能小车和障碍物之间的距离无限接近于 而且操作者并没有及时做出反应时，小车将会采取已规划的路径、避开障碍物。 采取文献 [ 12 ] 中不同年龄段的反应安全距离数据，建立模糊函数的隶属函数。静态环境的路径规划有一个模糊输入和一个模糊输出决定，见表3。其中，操作者类型有四个典型隶属函数 [ 13 ] 。 图5表示了操作者类型隶属函数的语义变量表达，纵坐标表示了每个模糊变量的真值区间 [ 14 ] ，横坐标为输入的模糊变量值。其中，安全距离 8.1787m 被定义为SL(很近)，此时为隶属函数最小值。8.8442 m被定义为“L”(近)，9.3292 m和9.6677 m分别被定义为“M”(中等远近)和“H”(远)。在该模糊函数中，各模糊逻辑变量集合之间不存在跳跃性。因此交替过程中会出现集合之间的重合，但重合过多时会出现过于模糊的现象。 图5. 各驾驶类型隶属函数 Table 3 Input-output variable 操作者类型 男青年谨慎型 SL 女青年谨慎型 L 男老年普通型 M 男老年谨慎型 H 表3. 模糊输入和模糊输出变量 对于不同的驾驶类型输入不同的安全距离x，系统将在设计时间内做出判断，防止出现因为操作者没有及时对预警信息做出反应而产生的安全事故。
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user: 5. 硬件电路设计 系统硬件的设计主要包括电子元件的选择和电路原理设计图的设计，分为信息采集和预警防撞模块。 5.1. 信息采集模块 TMS 320F 2812是美国TI公司推出的C2000平台上的定点32位DSP芯片，主频150 MHZ、处理性能可达150 MIPS，每条指令周期6.67 ns。鉴于其强大的事件处理器和丰富的外接资源，本文的实验选择TMS 320F 2812作为信息处理器。采用模数转换器AD7656作为信息转换器，如图6。AD7656是高集成度、6通道、16 bit逐次逼近(SAR)型ADC具有最大4 LSBS INL和每通道达250 kSPS的采样率，并且在片内包含一个2.5 V内部基准电压源和基准缓冲器，能够满足对大量信息转化的需求。来自传感器的距离信息和障碍物的环境信息经AD7656转换后，送往单片机进行处理。 5.2. 预警模块 如图7，本文实验采用的预警系统为语音系统，该系统包括语音处理和音频输出。采用ISD4004语音集成芯片，语音提示音都事先储存在该芯片中。当智能小车和障碍物之间的距离接近预警阈值时，TMS 320F 2812芯片送出信号，在没有收到信息回馈时激活该电路，从而达到预警的目的。 ISD4004系列工作电压3 V，具有音质好的特点，并且适用于本文中智能小车的移动。芯片采用CMOS技术，具有以下优点：内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。 图6. TMS 320F 2812与模数转换器AD7656的接口电路 图7. 语音预警电路图
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user: 6. 实验结果 为了验证本文算法的可行性，利用智能小车进行实地测试。本实验将智能小车行驶轨道划分为20 * 20个栅格 [ 14 ] ，每一组栅格上分别有静态或动态障碍物。 图8中，A为智能小车出发点，B为智能小车终点。轨道中障碍物有三种：黑色为静态障碍物，蓝色为可左右移动的障碍物，红色为可上下移动的障碍物。 6.1. 传感器 本实验所需传感器主要包括超声波传感器和霍尔车速传感器。超声波传感器利用超声波反馈时间判断障碍物的距离和运动状况。同时将霍尔车速传感器安装在变速器后部的蜗轮轴转轴处，采取不同时刻的车速。 6.2. 实验过程 实验分为三个阶段：1) 系统发出预警时不对智能小车发出任何指令，测试结果；2) 对部分系统发出警报做出指令，测试结果；3) 对系统发出的警报均给予指令。 1) 测距功能测试：改变信息采集模块与前方障碍物之间的距离，将电路测量值和实际测量值进行比较。具体过程是在图8中A处的智能小车所在轨道内设置15个采样点，分别进行电路测量和实际测量。测量数据显示距离检测误差不超过2.5%。实验表明，信息采集模块测距功能较为精确。 图8. 轨道障碍物布置图 2) 选择性避障功能测试：启动A处智能小车，统计小车在20个不同采样点处的避障误差情况。其中，10个采样处操作者在系统发出预警时对智能小车发出指令。试验表明，避障误差不超过2%。实验表明，该系统的选择性避障功能较为完善。 实验结果表明，在本文算法的处理下，智能小车可以实现及时预警和主动避障，并能够及时对操作者发出的指令做出反应。
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user: 7. 结论 行驶状态中的车辆处于动态的复杂环境中，不仅障碍物有动静之分、分布随机而复杂，还有驾驶者的反应等众多主观因素，因此需要借助模糊运算才能更好的模拟实际驾驶场景。本文的研究充分考虑了驾驶人对预警信息的反应时间，很好的解决了传统逻辑技术中虽然发出预警，但驾驶人却来不及反应的情况下存在的问题。实验结果表明，本设计能有效适应复杂动态障碍物环境，能有效减少车辆对障碍物的碰撞次数，具有一定的实用价值。下一步，将进一步改进模糊算法，更好的与鱼群算法结合，进一步提升智能车辆的避障效果。
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user: 摘 要 控制数是刻画容错网络中资源共享可靠性的一个参数。确定网络的控制数是NPC问题。Lakshmivarahan， Dhall提出了著名的互连网络—广义b-基超立方体网络。该文给出了当 时广义b-基超立方体网络控制数的具体值，以及当 时控制数的界；进一步提出了两个问题和与该问题相对应的两个猜想。 关键词 :广义b-基超立方体网络，NPC问题，控制数 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 互连网络是超级计算机的重要组成部分。互连网络可以模型化为一个图。图的顶点表示系统中的处理机，图的边表示处理机之间的通信链路，其中有向边表示单工通信链路，无向边表示半双工通信链路 [ 1 ] 。该文中讨论的是无向图。各种已有互连网络参见 [ 1 ] - [ 15 ] 。广义b-基超立方体网络是一种特殊的凯莱图，由Lakshmivarahan和Dhall [ 2 ] 中提出，因广义b-基超立方体网络有简单对称正则的结构而被研究。广义b-基超立方体网络是超立方体网络的推广，在很多性质方面优于超立方体网络，例如直径，连通性，容错直径等 [ 3 ] 。 图的控制理论是图论的重要分支，美国图论学者W. T. Haynes等 [ 16 ] 在1998年出版的专著较为系统地综述了这一领域的一些重要研究成果。尤其在图的点控制方面，提出了多种控制概念。事实上，我们在研究网络的各种控制数时，总是将该网络的一些基本参数(如顶点数，度，直径等)相联系。该文其余结构如下，第二节，给出相关的定义；第三节，给出当 时广义b-基超立方体网络控制数的具体值，以及当 时控制数的界，进一步提出了两个问题和两个猜想；第四节，结束语。
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user: 2. 预备知识 定义1 [ 17 ] ：设 ， ，其中 都是整数。定义 表示由 生成的凯莱图，并且 同构于 ， 是具有 个顶点的完全图。在这里“ ”表示标准的笛卡尔积运算。 显然，广义b-基超立方体网络是2元超立方体的一种推广。 定义 置换 的子群由 生成。 设 ，定义一个编码 因此，我们将 表示为 维b-基超立方体。 的主要性质： 1) 是 正则的，有 个顶点和 条边。 2) 直径为 。 3) 是距离可迁的，因而是顶点可迁，且是对称的，距离正则的。 定义2 [ 18 ] ：设 为一个图， 如果对于每个点 ，存在 ，使得 ，则称 为 的一个控制集。图 的控制数 定义为： 。
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user: 3. 广义b-基 超立方体网络 的控制数 当 时， ， ， [ 19 ] 。 当 和 时， [ 20 ] 。 定理1：当 时， 。其中 是 的控制数。 证明：当 时， 见图1，取 。即 为 的控制集，且 。 为了证明以下定理，我们给出以下记号。 我们用 表示顶点坐标第1个位置为 的所有顶点的集合， 。 定理2：当 时， 。其中 是 的控制数。 证明：当 时， 见图2，取 是 的控制集。因此 。现在，令 是 的任意一个控制集。我们断言 ，我们考虑以下情况。 图1. 图2. 情况1： 若 ，那么 ，即 。 若 而 ，那么 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。以上情况 。 若 而 ，证明过程和 而 类似。 情况2： 根据对称性，证明跟 情况1类似。 情况3： 根据对称性，证明跟 情况1类似。 情况4： ， 若 ，那么 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。以上情况 。 若 ，证明过程和 类似。 若 ，那么 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。以上情况 。 情况5： ， 根据对称性，证明跟 情况4类似。 情况6： ， ， 。 若 ，那么 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。如果 ，那么 ，即 。以上情况 。 若 ，那么 ，情况跟 的类似，即 。 若 ，那么 ，情况跟 的类似，即 。 若 ，那么 ，即 。 因此在所有的情况下 。 所以 。 定理3：当 时， 。其中 是 的控制数。 由于图过于复杂，我们在此给出顶点 0000， 0001， 0002， 0010， 0011， 0012， 0020， 0021， 0022 0100， 0101， 0102， 0110， 0111， 0112， 0120， 0121， 0122 0200， 0201， 0202， 0210， 0211， 0212， 0220， 0221， 0222 1000， 1001， 1002， 1010， 1011， 1012， 1020， 1021， 1022 1100， 1101， 1102， 1110， 1111， 1112， 1120， 1121， 1122 1200， 1201， 1202， 1210， 1211， 1212， 1220， 1221， 1222 2000， 2001， 2002， 2010， 2011， 2012， 2020， 2021， 2022 2100， 2101， 2102， 2110， 2111， 2112， 2120， 2121， 2122 2200， 2201， 2202， 2210， 2211， 2212， 2220， 2221， 2222 证明 是 的控制集。因此 。可以根据定理2的过程来证明 。所以 。 为了得出以下定理，我们给出如下引理： 引理1 [ 3 ] ：对任意 阶图 ，若 为图 的最大度，则有 由以上引理我们可以推出： 推论1：图 阶为 且度为 ，则有 但是以上推论中得出的控制数的界范围过大，从而我们进一步细化，得出以下定理： 定理4：当 时，图 阶为 且度为10，则有 证明：令 是图 的最小控制集，图中每个顶点最多可以控制它自己以及另外10个点，所以 。若S = {00000， 00111， 00222， 01012， 01120， 01201， 02021， 02102， 02210， 10000， 10111， 10222， 11012， 11120， 11201， 12021， 12102， 12210， 20000， 20111， 20222， 21012， 21120， 21201， 22021， 22102， 22210}是 控制集。因此 。即 。 定理5：当 时，图 的阶为 且度为 ，则有 证明：根据定理4得证 。 下证 。因为 ，所以有 即 。 问题1：广义3-基n-立方体的控制数是多少？ 猜想1：若 ， ，其中 是广义3-基n-立方体 的控制数。 更一般地，我们有 问题2：广义b-基n-立方体的控制数是多少？ 猜想2： ，其中 是广义b-基n-立方体 的控制数。
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user: 4. 结束语 广义b-基超立方体网络是一种非常重要的互连网络，通过分析与研究，给出了低维的控制数，以及其他维的控制数的界，但是广义b-基超立方体网络的很多其他性质还有待于研究。
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user: 摘 要 利用巴音布鲁克气象站2000~2013年常规地面观测资料的云、降水等相关气象要素，对巴音布鲁克山区云类分布特征进行对比分析，结果表明：2000~2013年巴音布鲁克中、低云出现次数为17160，占2000~2013年云类总观测次数的84%，其中，中、低云发展为降水的转化日数达到40.3%。巴音布鲁克地区层状云、波状云出现期比对流云出现期要长，但对流云出现次数比层状云、波状云多，相对应的降水日数与降水量最多，层状云、波状云出现期的降水日数次之，但降水量随降水日数的增多而增大的幅度极小，各类云交替出现期的冷季初期比暖季初期长、相应的降水日数与降水量比暖季初期多。因此，在年内层状云、波状云比对流云出现期的人工增水潜力要大，对流云出现期的人工增水潜力在年内最大，年内6月至8月上旬开展人工增水作业是最佳时机；层状云、波状云与对流云交替出现期的人工增水潜力次之。 关键词 :巴音布鲁克，降水特征，中低云类 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 巴音布鲁克山区位于天山山脉中部，和静县西北部山区，典型的高山高寒草甸草原，是天山南麓重要的畜牧业生产基地。巴音布鲁克草原还是开都河、孔雀河、伊犁河、渭干河、库车河、库米什河的源头。巴音布鲁克山区全年无夏，春秋相连，冷期长，严寒，多冰雪；暖期短，多降水。巴音布鲁克年平均降水量为270.4 mm，最大年降水量为406.6 mm，出现在1999年；最少年降水量为208.9 mm，出现在1995年。巴音布鲁克山区降水年际差异极大，造成山区草场阶段性干旱严重，生态环境恶化。自上世纪90年代以来，巴音郭楞蒙古自治州气象局人工影响天气办公室就开始在巴音布鲁克山区开展人工增雨(雪)作业。杨柳 [ 1 ] 等分析了天山山区水汽输送气候特征，周雪英 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 等分析了巴音布鲁克山区降水特征。本文利用巴音布鲁克气象站2000~2013年地面常规观测资料的云、降水等资料进行统计计算，综合分析巴音布鲁克地区的云类、降水分布特征，以期更好地发挥人工增水作业的作用，提高人工增水作业效果。文中所用资料均来自新疆气象信息中心，均经过严格的质量控制。
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user: 2. 资料 利用巴音布鲁克国家基准气候站2000~2013年逐日常规地面观测资料，选取每日4次常规观测时间的云、降水等资料进行统计对比分析，分别对不同云类的出现频次以及降水时段云类出现特征进行统计分析。将巴音布鲁克山区实际季节特征，把全年分为暖季和冷季，其中5、6、7、8、9月定义为暖季，10、11、12月及次年1、2、3、4月定义为冷季。降水时段分为：日降水(20时~20时)，分别统计降水量达到0.1 mm以上作为一个降水日，1.0 mm以上为具有经济效益的人工增水作业日，10.0 mm以上为大降水日，24.0 mm以上为暴雨日。
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user: 3. 云分布特征 不同云类形成的降水性质、降水强度、降水持续时间均有差别，所采取的人工影响天气作业模式也不同。 各种云类分布特征：2000~2013年巴音布鲁克地区出现的降水性质分为一般性降水和阵性降水两大类。一般性降水产生于层状云、波状云，大气层结是相对稳定的；阵性降水产生于不稳定的云层即对流云；由于高云云层薄且云底高度高，降水概率小，中低云降水概率大，故本文只统计中云和低云(层状云、波状云、积状云)，见表1。 2000~2013年巴音布鲁克地区中云、低云共出现17160次，中云、低云产生降水的转化日数达40.3%。其中，对流云出现10，889次，占总次数的63.5%，比层状云与波状云出现次数多出1.7倍，层状云、波状云出现6271次，占总次数的36.5%。对流云在冷季出现1122次，占总次数的10.3%；暖季共出现9767次，占总次数的89.7%；层状云、波状云在冷季出现4920次，占总次数的78.5%、暖季出现1351次，占总次数的21.5%。 各种云类时段分布特征：2000~2013年巴音布鲁克地区的层状云、波状云集中出现在冷季，对流云集中出现在暖季，冷季转入暖季(冷季末至暖季初)与暖季转入冷季(暖季末至冷季初)的过渡期层状云、波状云和对流云交替出现，图1为巴音布鲁克地区云类起始终止日期分布图。由图可见，巴音布鲁克地区稳定云层Sctra平均出现起始日期和终止日期为当年的8月上旬后期至次年5月中旬末期，在此期间，Sctra在冷季集中出现，冷季初与冷季末也会出现、暖季出现次数较少。故统计Sctra初终日期时，只统计它集中出现时段的初终日，暖季期间偶尔出现的1~2次不做统计。不稳定气层的云类Cuhum、Sccug最早出现的平均起始日期为3月下旬后期，最晚出现的平均终止日期为10月下旬中期。其中，3月下旬后期至5月中旬后期(冷季末至暖季初)层状云、波状云出现时段也会出现对流云、8月上旬后期至10月下旬中期(暖季末至冷季初)层状云、波状云出现时段也会出现对流云，但层状云、波状云和对流云不会同时出现。因此，根据巴音布鲁克地区出现的云类分布，一年里的云类出现时段可分为：层状云、波状云出现期；对流云出现期；层状云、波状云和对流云交替出现期。从图中可以看出，对流云平均出现时段5月21日~8月7日之间，出现在暖季中期，共计77 d，2010年对流云出现期最长，共计148 d，2005年最短共计38 d。 层状云、波状云平均出现时段是每年10月24日至次年3月28日，多出现在年末至年初的冷季中期，共计154 d，最长出现时段为2001年共计186 d，最短出现时段为2007年共计113 d。 冷季末至暖季初各类云交替平均出现时段为3月28日至5月21日之间，共计53 d，平均出现期最长为2005年计115 d，最短为2010年计2 d。暖季末至冷季初各类云交替平均出现时段为8月7日至10月24日，共计78 d，平均最长出现期是2007年共计127 d，最短出现期是2012年共计9 d。 Table 1 Statistics of cloud in Bayanbulak from 2000 to 201 项目 冷季 暖季 合计 层状云波状云 4920 1351 6271 积状云 1122 9767 10889 合计 6042 11118 17160 表1. 2000~2013年巴音布鲁克云类统计 图1. 2000~2013年巴音布鲁克云类时间分布 以上分析可知，巴音布鲁克地区层状云、波状云出现期最长，对流云出现期位居第二，对流云平均出现期比各类云交替平均出现期长，冷季会出现少量对流云，暖季也会出现少量层状云、波状云，冷季初的各类云平均出现期比暖季初的各类云平均出现期长。 各种云类演变特征：降水是云的产物，云的发生、发展与天气系统尺度密切相关。按照降水性质(阵性降水、一般性降水)不同、不稳定气层与相对稳定气层形成的云状，分别分类统计。无论是哪一类云，均按云底高度不同分为高、中、低云。高云冰晶构成的云层薄，云底高度高，降水概率少；中、低云由水滴与冰晶混合构成，降水概率大，云层越厚、水汽含量越多、云底高度越低，降水概率和降水量就越大，相应的人工增水潜力也越大。另外，云的发生、发展受天气系统的影响，在大尺度天气背景下，云类的出现还受季节的影响。图1还可以看出，在巴音布鲁克不同季节出现不同的云类，在季节转换的过渡期，各类云交替出现，并相互演变，冷季主要出现层状云、波状云，暖季主要出现对流云，暖季初与冷季初各类云交替出现并相互演变，其中高、中、低云的不同云类与同一云类之间也可相互演变，天气系统增强过程中，高、中云演变成中、低云，天气系统减弱时，低、中云演变成中、高云，或者高云趋于消散。
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user: 4. 各种云类出现时段的降水特征 不同云类出现时段的降水分布特征：有云并不一定产生降雨(雪)，有云时产生的降雨(雪)的量级也不同，它和季节、时段有直接关系，所以选择人工影响天气作业模式与作业时段非常重要。 从巴音布鲁克14a的降水资料统计结果可见：高、中、低云形成的降水日1739次，降水量4228.2 mm；中、低云形成的降水日1727次，降水量4222.9 mm，高云产生的降水仅12次，平均降水量0.4 mm，所以高云进行人工增水潜力几乎没有。 图2可以看出，14a中出现的各类云中对流云出现期的降水日数最多，相对应的降水量随着降水日数的增多而增大，相应的人工增水潜力大，效果明显。层状云、波状云出现期的降水日数相对于对流云要少，虽然降水日数不少，但降水量很小，相应的人工增水潜力差，效果不明显。各类云交替出现期，冷季初降水日和降水量比暖季初的降水日和降水量多、相应的人工增水潜力冷季初比暖季初要好。选择人工增水作业条件，首先要有云、并且云能产生降水，有了降水云层厚度很关键，如果降水量较大、说明云层较厚，人工增水才能见效益，云层降水量很少、说明云层薄，人工增水效果不好。 图2. 各类云出现时段的降水日与降水量分布图 表2为巴音布鲁克2000~2013年的各类云出现时段的各月降水分布。由表2可见，对流云平均出现期为5月中旬后期，6月、7月、8月上旬后期结束。对流云出现期的平均降水日每月达18.8 d，平均降水量为3.9 mm，其中，每月平均人工增水作业日为12.3 d，每2 d出现1次降水，每次平均降水量为5.7 mm，大降水日每月平均为2.0 d，每15 d出现1次大降水，每次平均降水量16.6 mm，整个对流云出现期的暴雨日数达12.6 d，出现在6、7、8月上旬，其中，7月暴雨日数比其它月多，平均每两个半月出现1次暴雨天气，虽然大降水日与暴雨日人工增水效果很明显，但增水机率小，故在巴音布鲁克地区对流云出现期的人工增水，主要依靠的是降水量在1 mm以上的降水日。层状云、波状云出现在冷季中期，平均出现期为10月下旬中期，11月、12月，次年1月、2月、3月下旬后期结束。在此期间的月平均降水日为6.9 d，平均降水量为0.7 mm，人工增水潜力不大，但对山区形成稳定积雪有一定的贡献，其中，人工增水作业日每月平均为1.5 d，每20 d进行1次人工增水作业，平均降水量为2.3 mm，整个层状云、波状云出现期的大降水日只有1 d，出现在11月，无暴雨日。各类云交替出现期，暖季初(冷季末至暖季初)的各类云交替平均出现期为3月下旬后期，4月至5月中旬后期结束，在此期间的平均降水日为9.9 d，每次平均降水量为1.7 mm，其中人工增水作业日4.9 d，每6 d进行一次人工增水作业，每次平均降水量3.2 mm，整个大降水日4月出现过1次，5月出现过2次，未出现暴雨。 冷季初(暖季末至冷季初)各类云平均交替出现期为8月上旬后期到10月底结束，在此期间每月平均降水日10.5 d，平均降水量为3.1 mm，人工增水作业日5.9 d，平均降水量为8.6 mm，每5 d进行1次人工增水作业，大降水日集中出现在8月中、下旬到9月，分别为1.6 d、0.6 d，其中8月份的大降水日较多，每18~19 d进行1次人工增水作业，整个冷季初没出现过暴雨。 从降水分布可见，暖季末至冷季初(冷季初)的各类云交替出现期的人工增水作业日，暖季末的9月份每5 d进行1次人工增水作业、冷季初的10月每12~13 d进行1次人工增水作业。冷季末的4月份人工增水作业日，每9 d进行1次人工增水作业，暖季初的5月份人工增水作业日每4~5 d进行1次人工增水作业，暖季初的人工增水潜力大于冷季末。 综上分析，2000~2013年巴音布鲁克地区层状云、波状云出现期比对流云出现期长，对流云出现期居第二，但对流云出现次数比层状云、波状云出现次数多，对流云出现期的降水日最多、降水量最大，人工增水潜力大，效果明显，其中，6、7、8月上旬人工增水潜力最大，7月最佳。虽然层状云、波状云出现期最长，但降水日数并不是最少的，但降水量比对流云出现期以外的其他云类出现的降水量都少， Table 2 Monthly precipitation distribution table of different cloud at the cold and warm season in Bayanbulak meteorological station from 2000 to 201 项目 降水日数(d) 降水量(mm) R ≥ (mm) 0.1 1.0 10.0 24.0 0.1 1.0 10.0 24.0 冷 季 各类云交出现期 10月 1.4 2.7 0.0 0.0 5.7 2.4 0.0 0.0 层状云、波状云 出现期 11月 1.4 3.2 18.1 0.0 5.4 2.1 0.1 0.0 12月 0.6 1.8 0.0 0.0 7.9 1.4 0.0 0.0 1月 0.6 1.8 0.0 0.0 6.9 1.4 0.0 0.0 2月 0.5 2.0 0.0 0.0 7.9 1.1 0.0 0.0 3月 0.7 2.0 0.0 0.0 6.5 1.6 0.0 0.0 各类云交替出现期 4月 1.5 3.2 12.7 0.0 7.8 3.2 0.1 0.0 暖 季 5月 1.8 3.2 11.7 0.0 12.9 6.6 0.2 0.0 对流云出现期 6月 3.6 5.5 17.5 31.2 18.0 11.3 1.6 0.2 7月 4.1 5.8 16.0 27.2 19.5 13.2 2.3 0.4 各类云交替出现期 8月 3.9 6.2 16.9 27.1 15.4 9.4 1.6 0.3 9月 2.9 4.9 15.8 0.0 10.4 5.8 0.6 0.0 表2. 2000~2013年巴音布鲁克气象站冷、暖季不同云类出现期的各月降水分布表 降水量随着降水日数的增多而增大的可能极小，相应的人工增水潜力也少、效果不佳。在各类云交替出现期的冷季初降水日与降水量比暖季初的大，人工增水的潜力也大。
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user: 5. 小结 1) 2000~2013年巴音布鲁克地区的中、低云出现了17，160次，其中，中、低云发展为降水的转化日数达到40.3%。 2) 巴音布鲁克的对流云出现次数比层状云、波状云出现次数多1.7倍，对流云除了集中出现在暖季以外，冷季也会出现，层状云、波状云主要出现在冷季，暖季偶尔也会出现。 3) 对流云平均出现期为5月中旬后期至8月上旬后期；层状云、波状云平均出现期为10月下旬中期至次年3月下旬后期；3月底至5月中旬后期为冷季转入暖季(暖季初)过渡期各类云交替平均出现期；8月上旬初期到10月中旬为暖季转入冷季(冷季初)过渡期各类云交替平均出现期。 4) 虽然巴音布鲁克层状云、波状云出现期比对流云出现期长，但对流云出现次数比层状云、波状云出现次数多，相应的降水日多、降水量大，人工增水潜力大；层状云、波状云出现期降水日数次之，但降水量并未因降水日数的增多而增大、相应的人工增水潜力很小；冷季初的各类云交替出现期比暖季初的各类云交替出现期长、相应的降水日多、降水量较大，人工增水潜力比暖季初的要好一些。 5) 该地区在一年内各类云出现时段的人工增水潜力：对流云出现期位居第一，有利于人工增水作业日每2 d可进行1次；冷季初(暖季末、冷季初)的各类云交替出现期位居第二，有利人工增水作业日每5 d可进行1次；暖季初(冷季末、暖季初)的各类云交替出现期位居第三，有利于人工增水作业日每6天可进行1次；层状云、波状云出现期位居第四，有利于人工增水作业日每19~20 d可进行1次。
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user: 摘 要 本文通过观测钴基、铁基非晶薄带的非对称磁滞回线现象，摸清了产生该现象的基本条件，在深入研究了与此现象密切相关的各向异性、局域磁矩和磁畴的变化的基础上；阐明了这种非晶薄带的回线偏移行为的基本机制；最后还尝试研究了一种有效调控偏移场的技术方法。 关键词 :热磁退火，回线偏移行为，微晶相，非晶带，磁锻炼，单向各向异性 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 前言 1956年，Meiklejohn和Bean首次在Co/CoO微粒中发现了交换偏置效应 [ 1 ] 。Co/CoO体系在低温磁化过程中，其磁滞回线呈现明显的非对称特性，这种现象被称为交换偏置现象。早期研究普遍认为，交换偏置现象往往伴随着铁磁/反铁磁体系中界面交换各向异性的产生 [ 2 ] - [ 7 ] ，而且不仅局限于反铁磁氧化物包裹的铁磁颗粒体系，包括铁磁/反铁磁界面的微小颗粒 [ 8 ] 、反铁磁单晶上的铁磁性膜 [ 9 ] [ 10 ] 、异质材料 [ 11 ] [ 12 ] 以及各类多层耦合薄膜材料 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] 中都观察到不同程度的交换偏置行为。 回线偏移行为并不是FM/AFM体系所独有的现象，早在1978年Osamu Kohmoto [ 16 ] 就曾报道了软磁非晶薄带中磁滞回线偏移现象。与铁磁/反铁磁体系交换偏置研究现状相比较，利用溶体快淬方法得到的非晶软磁合金薄带中出现的回线偏移现象较少有人关注。日本学者于70年代末在高温热处理后的近零磁滞伸缩CoFeSiB薄带中发现了不同程度的回线偏移现象 [ 17 ] ，在经高温纵向磁场退火后，磁滞回线与横轴的两个交点(矫顽力)都偏到原点的同侧 [ 18 ] 。进一步研究发现，虽然导致偏移的热处理横跨晶化温度以下的广阔温区，但是这种回线偏移现象的出现存在很大程度的不确定性和不可重复性，同样成分的合金锭材，不同批次、不同设备甩制的快淬薄带并不都展露出回线偏移现象。这一似乎无因可查或者说不可预测的实验现象并没有引起学者们的太多重视。 我国科研工作者在上世纪80年代早期也观测到这一奇异磁化行为。1983年，陈笃行等 [ 19 ] 研究了CoFeNiSiB非晶带材的回线偏置行为，并进行了一些消除回线偏移办法的探索。1997年，陈文智等 [ 20 ] 对非晶带材中磁滞回线的偏移现象进行了研究后认为：在钴基、铁镍基非晶合金及铁基超微晶合金中均已发现了磁滞回线的平移现象，认为是第二相或偏聚区析出造成了磁滞回线变形现象。钢铁研究总院不单单在Co基非晶薄带中多次观察到磁滞回线的不对称性，而且，在纳米晶化的FeCuNbSiB薄带中也发现了明显的回线偏移现象 [ 21 ] ，但研究人员仍感到探寻快淬薄带忽有忽无的回线偏移现象困难较大，其理论机制更是模糊不清。一些学者曾认为薄带表面的氧化层可能是造成回线偏移的因素之一，但借用Meiklejohn和Bean的铁磁/反铁磁交换偏置模型对软磁薄带的回线偏移进行解释，并不尽人意。因此软磁合金的磁滞回线偏移行为和铁磁/反铁磁交换偏置体系相比具有明显的不同之处，其理论机制和技术特点还亟待解决。例如，单相固溶体中出现回线偏置现象的可能性，不同技术处理条件下合金薄带局域成分不均匀性的确定、薄带局域的自旋配置情况与回线偏移现象的关系，以及如何利用现有技术有效控制磁滞回线的偏移等等。这些问题的研究对探求和发现软磁合金薄带的不对称磁滞回线现象的规律性、了解这种现象产生的根本缘由等非常重要。近年来，随着GMR效应的发现和深入开展具有该效应材料的研究，非晶带材的这种非对称磁滞现象会不会也存在更广阔的应用前景？这引起了不少学者的兴趣 [ 22 ] - [ 27 ] 。
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user: 2. 实验方法 用单辊快淬法制备名义成分为Co 58 Fe 5 Ni 10 Si 11 B 16 、Co 70 Fe 5 Si 15 B 10 和Fe 65 Co 15 Si 5 B 15 ，宽度约10 mm、厚度为25~35 μm非晶薄带。将非晶薄带绕制成内径为20 mm、外径为31 mm的环形样品，并放置在管式热处理炉内进行处理，热处理温度T a 在623~833 K范围内，热处理时间为0.5 h~6 h，退火处理在空气或氢气中进行，热处理过程中施加磁场。退火样品在自制的弹道式静态磁滞回线仪上进行静态磁滞回线测量。使用荷兰飞利浦公司的APD-10型XRD (铜靶)来探测在非晶带材中可能的晶相。采用JEM-2100KX高分辨电镜(HRTEM)更深入的观测了非晶薄带的微观特征和微晶相的情况。采用Veeco公司的Ⅲa型的扫描探针显微镜(SPM)观测样品Z方向磁信号。SPM探针针尖镀了一层CoCr合金，扫描的范围为2 × 2 μm，3 × 3 μm，6 × 6 μm，10 × 10 μm，30 × 30 μm等。采用转矩仪/物性测量设备PPMS用来扫描具有不同回线特征的样品的磁矩曲线；待测的样品被剪裁为2~3 mm的方形小片，并放置在转矩仪样品仓内；当测量磁矩曲线时，随着样品转动360˚，外加磁场的方向始终保持在样品平面内。最后，采用交流纵向磁锻炼(ALMT)方法调制钴基非晶薄带交偏移场的大小，施加的交流磁场的频率为50 Hz，其大小为0.1到11 kA/m。
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user: 4. 结论 采用快淬法制备了钴基、铁基非晶薄带，并对这些非晶薄带进行了多系列热处理操作，并对样品进行了微结构分析、磁滞回线测试、磁畴扫描、磁矩测量。适宜热磁处理非晶薄带的静态磁滞回线均会发生偏移。具有回线偏移行为的退火软磁薄带中均生长了适当的晶化相。在外加磁场的驱使下，这些结晶相的磁矩会向外磁场方向转动一个倾角。热磁处理过程中，在非晶基体上无规生长的磁性较硬晶化相的磁矩在外加磁场的作用下会有一定的取向；磁化过程中，晶化相的磁矩会阻碍主磁距的运动。这种阻碍作用在表面磁畴观测中的体现是偏置型非晶薄带具有垂直于样品面的磁信号。来自磁转矩曲线的证据证实这种阻碍作用会使样品原本只有单轴各向异性变成兼具单轴各向异性和单向各向异性。单向各向异性促使非晶薄带的磁滞回线发生了显著偏移。交流纵向磁锻炼方法可有效的调制软磁非晶薄带的偏移场。磁锻炼操作中，交流纵向磁锻炼场存在一个明显的临界值。当交流纵向磁锻炼场小于该值时，偏移场会明显降低；而矫顽场则随交流纵向磁锻炼场的增加而增加。这种磁锻炼调控手段对偏置型非晶薄带的实用化很有帮助。 虽然采用的交流纵场磁锻炼操作可有效调控偏置型非晶薄带偏移场，但是存在锻炼和测量过程周期长，耗时多以及对样品已有磁特性的破坏等缺点。后续应采用和样品纵向夹角不同的、多波形直流脉冲磁场来进行磁锻炼操作，从而克服已采用的磁锻炼操作的不足。偏置型非晶薄带要想在实际微电子领域占据一席之地，其强度、韧性、可加工性、耐腐蚀性和使用形态等也都是需要通过系统研究来确定。
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user: 摘 要 某轻型载货汽车方向盘在怠速工况下抖动严重，利用模态试验分析其怠速抖动原因，发现方向盘模态频率与发动机二阶点火频率接近，引起共振现象。为降低方向盘振动，结合有限元分析方法和灵敏度分析，调整方向盘结构和仪表台横梁管柱的厚度，对转向系统进行结构优化，从而改变方向盘的固有频率，远离发动机的二阶点火频率，减小共振。最后通过试验验证了改进措施的有效性。 关键词 :方向盘，灵敏度分析，模态分析，怠速抖动 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 汽车的NVH性能作为评价整车舒适性的重要指标 [ 1 ] ，越来越受到汽车厂商的关注。汽车在启动、停车以及在城市道路行驶遇到红绿灯时，发动机怠速运转，方向盘抖动严重影响了驾驶员的舒适性。前人在研究怠速方向盘的抖动问题时，提出了不同的解决方案：谢暴等利用振动测试与模态分析方法研究怠速抖动原因，进行结构优化和方向盘轻量化设计 [ 2 ] ；侯锁军等采用传递路径方法分析方向盘抖动原因，计算各传递路径对方向盘抖动的贡献量，找出发动机激励和悬置系统固有频率之间存在的耦合问题 [ 3 ] ；谭万军等对转向系统进行ODS分析，找出方向盘摆振的激励源、传递路径及转向系统的结构弱点，从激励源、传递路径和接受体三方面控制摆振 [ 4 ] 。 本文针对某轻型载货汽车怠速时方向盘抖动现象进行治理和研究，通过模态试验和怠速工况加速度测试实验，结合Hypermesh和Nastran求解器进行有限元分析，在前人研究的基础上，增加了对转向系统不同部位的模态的灵敏度分析，对零件密度和厚度进行优化设计 [ 5 ] ，改进了方向盘的结构，从而改变了转向系统的固有频率，降低了方向盘的抖动。
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user: 2. 转向系统模态分析及摸底试验 根据某轻型载货汽车公司提供的方向盘图纸参数，建立三维模型，对约束条件下的轻卡转向系统进行有限元模态分析，识别模态参数，得到固有频率和振型 [ 6 ] ；进行锤击法模态试验分析 [ 7 ] ，与有限元模态分析结果进行对比，并进行转向系统振动加速度测试试验。 2.1. 转向系统有限元模态分析 有限元方法的重要理论依据是离散化，其基本思想是把连续的几何结构体离散成数目有限的单元，各单元通过节点相互连接，并由节点来传递单元之间的相互作用力，从而可以将连续体看作这些有限单元的组合体。对各单元进行受力分析，列出有关节点位移的线性平衡方程组，并通过计算机求出节点位移，再运用弹性力学的相关原理，求解各个单元的应变和应力。由于离散后节点的数量是有限值，对连续结构体的无限自由度求解就转变为对离散结构体的有限自由度求解，即简化为可用数值方法求解的结构性问题 [ 8 ] 。对方向盘进行结构有限元分析，基于有限元分析理论对方向盘进行设计优化，是解决方向盘抖动问题的有效途径。 通过Pro-E建立转向系统与仪表板横梁结合的三维数模，导入Hypermesh中进行前处理，转向系统按实际情况进行连接，在横梁两端施加约束，并将转向器简化为质量点添加在转向传动轴尾部，模拟实际情况。将转向系统划分为116585个网格，通过Nastran求解器进行模态计算 [ 9 ] 。约束状态下转向系统的前四阶固有频率如表1所示。 2.2. 试验模态分析 采用锤击试验方法，对约束状态下的转向系统进行模态试验，通过频域法进行模态分析。分别在方向盘的中心、12点、3点、6点、9点，转向轴，转向传动轴，转向万向节，转向器等九个位置处布置BZ1102加速度传感器，如图1(a)所示，共九个测点。加速度信号通过BZ2015电荷电压滤波积分放大器传递到INV306U信号采集处理分析仪，使用DFC系列聚能力锤在转向盘的三个位置进行敲击，使用DASP软件进行数据采集和分析，从而识别转向系统垂直方向、左右方向和前后方向等三个方向的模态参数。约束状态下的转向系统垂直方向前四阶固有频率如表1所示。经对比可知，有限元模态和试验模态的固有频率和振型基本一致，其中第三阶试验模态的振型如图1(b)所示，其中红色轨迹为转向系统原始状态，蓝色轨迹为转向系统发生变形之后的状态，可以看出第三阶模态振型为方向盘点头运动。 2.3. 振动测试试验 对该轻卡怠速工况下方向盘12点位置处进行了三个方向的加速度测试试验，怠速抖动方向盘三个方向的加速度有效值如表3所示。方向盘12点位置怠速工况垂直方向的振动加速度时域信号和频域信号如图2所示。从频域信号可以看出，方向盘在25 Hz左右有明显的峰值，该频率为发动机的二阶点火频率。 Table 1 Modal parameters and modes of steering syste 阶数 振型 有限元模态频率(Hz) 试验模态频率(Hz) 相对误差(%) 1 相对横梁俯仰运动 7.62 6.73 13.2 2 相对横梁左右运动 8.66 8.60 0.7 3 方向盘点头运动 25.89 25.13 3.0 4 相对横梁左右运动 42.80 40.56 5.5 表1. 转向系统模态参数与振型 图1. (a) 转向系统传感器布置示意图；(b) 锤击试验转向系统第三阶模态振型(25.13 Hz) 图2. 方向盘12点垂直方向加速度信号示意图
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user: 3. 方向盘抖动原因分析及改进方案 经过对方向盘的有限元模态分析和锤击法模态试验分析，识别其固有频率模态参数，根据仿真和试验得到的结果，寻找激励源，进一步提出改进方案，优化方向盘的结构，降低振动。 3.1. 方向盘抖动原因分析 对方向盘振动进行传递路径分析可知，汽车在怠速时，其最大的激扰源就是动力总成的振动，即动力总成通过悬置系统传递到副车架和车身，然后传递到转向支撑和方向盘 [ 2 ] 。 动力总成的激励源是由于往复运动的惯性力引起的，以点火阶次为主，该轻卡为四冲程发动机，点火频率的计算公式为： (1) 其中， 为发动机点火频率， 为发动机的转速， 为发动机的气缸数目 [ 10 ] 。 该轻卡发动机怠速转速为750 r/min，由式(1)计算得，发动机二阶点火频率为25 Hz，与模态分析得到的方向盘垂直方向的第三阶固有频率25.13 Hz较为接近，发动机怠速运转时振动传递到转向系统，引发共振现象，是引起方向盘抖动的主要原因 [ 2 ] 。 3.2. 方向盘灵敏度分析 灵敏度作为导数信息，反映出结构设计变量或参数对目标或约束函数影响的变化梯度，即表达关注指标对结构参数的敏感程度。利用灵敏度可以寻找最优解的方向，建立准则方程，构造迭代计算公式。通常通过优化不同零件的材料和厚度，罗列出各零件的目标函数对变量的导数。灵敏度最大的零件，是整体结构中最关键的零件 [ 11 ] 。 本文以提高第三阶固有频率为优化目标，以转向系统质量小于上限值为约束条件，以转向系统四个部位的厚度为设计变量，通过Hypermesh 12.0中的Optistruct模块计算得出重量和模态频率对四个厚度变量的灵敏度值。四个部位分别是方向盘骨架、转向管柱支撑、仪表台横梁、转向柱与仪表台横梁连接处，计算得出四个变量的质量灵敏度S m ，模态频率灵敏度S p ，相对灵敏度S p /S m ，如表2所示，柱状图如图3所示。 从表2可以看出，转向系统对仪表台横梁管柱厚度的相对灵敏度最大，适当调整该零件厚度，即可在成本最少的情况下，最大限度提高第三阶固有频率。结合质量灵敏度，即可在第三阶固有频率显著提升的同时使转向系统质量的增幅控制在合理范围内。 3.3. 改进方案 通过对转向系统的模态分析与灵敏度分析，提出改进方案。根据文献，修改零件提高固有频率的常用方法有：改变选用的材料，采用密度小、杨氏模量数值高的材料；改变各构件的形状和厚度 [ 11 ] 。根据这两个方向，在Hypermesh12.0中的Optistruct模块中，对转向系统各部位进行了密度和厚度优化。 3.3.1. 方向盘结构优化 由密度优化的结果显示，方向盘密度调整为原密度的0.12至0.23倍，可以有效提高第三阶固有频率，优化后的方向盘质量由2.16 kg降至0.49 kg。转向系统有限元模态分析的第三阶模态频率由25.89 Hz提升至27.17 Hz，相对原始状态提升了4.9%，振型如图4(a)所示，第三阶固有频率远离了发动机的二阶点火频率25 Hz，可以有效避免怠速时的共振现象。 3.3.2. 加粗仪表台横梁 对仪表台管柱的厚度优化结果显示，管柱厚度由4 mm调整为10 mm。原仪表台横梁管柱内径为41 Table 2 Different parts of the steering wheel sensitivity tabl 编号 部位 Sm(t/mm) Sp(Hz/mm) Sp/Sm(Hz/t) 1 方向盘骨架 2.10E−05 1.17E−03 5.57E+01 2 转向管柱支撑 3.11E−04 1.72E−02 5.53E+01 3 仪表台横梁 1.68E−03 9.94E−01 5.92E+02 4 转向管柱与仪表台横梁连接处 1.09E−04 2.92E−02 2.68E+02 表2. 方向盘不同部位灵敏度数值表 图3. 方向盘不同部位灵敏度柱状图 mm，外径为45 mm，优化后的仪表台横梁内径为40 mm，外径为50 mm。对改进后的方向盘，并加粗横梁后的转向系统进行有限元模态分析，转向系统的第三阶模态频率由25.89 Hz提升至31.01 Hz，相对原始状态提升了19.8%，振型如图4(b)所示，第三阶频率有了更加明显的提升，可以减小共振现象。