時間：2023-09-20 16:57:47
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機械原理的研究對象，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1機械創新設計的思維原則
思維的過程被稱作是“思路”，在機械設計思維的過程中往往會有兩個思維原則：（1）最短路徑原則———設計者得到產品的功能要求后，往往會首先檢索出最佳設計實例，這樣一來便可以迅速接近目標，再運用價值工程方法，找出價值較低的極少數組件作為研究對象，再分析所得對象存在的矛盾，嘗試用最小變動以解決矛盾，如果矛盾還是沒有得到解決，那就將其擬作更大變動或擴大研究對象范圍，最終得到最優結果。這樣消耗最少能量的途徑便體現了最短路徑的原則；（2）相似性聯想———根據湯川秀樹的定同理論，聯想能力就是找出事物彼此相似性的創造力，相似性就是事物間的內在聯系。
2機械設計中設計人員應該樹立創新的理念
要想突破傳統的模式，在設計上有所創新，對機械人員首先就要要求其具有大膽的創新理念并會將其運用到時間中去。創新就是突破傳統的思維模式，運用現代超前的理念進行問題的思考。對于一個設計者而言，缺少創新意味著他在工作上無法得到肯定。優秀的機械設計者要時刻謹記創新理念，要用創新的思維對問題進行深入的思考，再結合自己的專業知識將自己的設想轉化成現實。
3機械的優化中應該具備的創新方式
（1）智力思維法———這是一種發揮集體智慧的方法，它通常是通過抓住瞬間的靈感或潛意識的新想法或通過相關專家人士針對某一目標進行討論，通過相互啟發、激勵，在越來越多的思路中，在越來越好的方案中取長補短，最終引起創新設計的連鎖反應，為機械設計提供更好的創新成果。
（2）仿生類比法———這是通過仿生學對自然系統生物分析和類比的啟發創造新方法。自然界的動植物以其精妙絕倫的結構和性能為人類孕育出來新事物和新方法提供了學校的樣板。機械設計者通過對自然界的生物技能分析類比，再對比相似之處得到創新，設計新機械。
（3）列舉創新法———這是指依據一定規則，列舉研究對象的各種性質，通過對這些性質的逐項分析，尋求改變來又發創新設想的方法。它適合于現有事物的改進及應用型的開發，一般經過的過程如下：列舉特征———改變特征———改變事物。
（4）移植技術法———這是指將一個技術領域內的先進原理、方法或成果移植到另一個領域中，或把一種產品內的先進技術應用到另一個產品中，從而設計出新產品。在進行移植技術法的過程中要首先解決移植什么，為什么要移植，要想有效應用移植法就必須注意以下幾個必要條件：1）用傳統方法難以找到理想的設計方案或階梯設想，或者利用相關專業領域的技術和知識根本無法找到出路；2）其他技術領域存在解決相似或相近問題的方式方法；3）對移植結果能否保證系統整體的新穎性、先進性和實用性沒有定性判斷。技術移植法可以分為技術原理式移植、技術手段式移植和技術功能式移植。技術移植法是對科學技術的發展，對促進發明創造具有重要意義，貝弗里奇說過：“使用移植法有可能促進科學發展，這也許是為什么科研人員要對自己狹窄的研究范圍之外的發展，至少是重大的發展有所了解的原因。
（5）反求設計———這是指設計人員以先進的設備軟件為研究對象，應用專業知識對其進行系統的研究和深入的分析，掌握關鍵技術，在消化、吸收的基礎上，仿型或開發出同類型創新產品的設計。反求設計中一要在剖析原產品或技術中的“求”，二要在“再設計”中的“改”或“創”下功夫。通過反求，進行工程設計，這樣它的起點比較高，更容易得到創新的產品。
自生態采運提出 20多年來，我國開展了一系列生態采運理論和技術的研究。但由于森林生態經濟系統的復雜性和采運作業系統的多變性，至今尚未形成較為系統完整的森林生態采運理論和技術體系。采運作業系統是一種特殊、復雜的生態經濟子系統，具有工業系統與自然生態系統相互交叉、影響的特性，應采取現代工程學和生態學的原理和方法，構建較為系統、完備的生態采運理論、方法和技術體系。生態采運的發展方向是逐步建立較為完備、系統的理論和技術體系，包括研究目標、研究內容體系、研究方法體系、標準體系、應用技術體系等。
1、研究目標和對象
森林生態采運的研究目標是尋求森林資源高效利用與森林生態系統可持續發展的和諧一致，達到經濟效益、生態效益和社會效益的集成最大化，達到長短期效益的協調統一。生態采運的研究對象為森林作業系統，涉及系統的規劃設計、工藝技術、機械設備、人機料管理等。森林生態采運針對森林的個體林木和整體生態環境進行具體工程作業。其對象是可再生的生物體和生物群落，其作業處于森林環境的特定條件下并嚴格受其限制。如打破這一限制將會造成生態失衡而破壞森林的可持續發展。因此，生態采運研究對象復雜、獨特性強、影響因素多，工程作業內容廣、類型多，涉及森林環境工程、土木工程、交通運輸工程、機械運用工程、管理工程等。
2、研究內容體系
生態采運的研究內容包括采運工程與森林生態系統的相互作用機理、采運系統的評價分析與優化、生態型采運技術與設備、生態型采運規劃與管理。在生態采運技術上，研究采運作業對土壤結構、養分、水分的影響機理；研究采運作業中的技術、經濟與環境三者之間的關系；研究環境友好型采運作業技術，包括作業機械、作業方式、采伐更新方式等；研究生態采運技術的指標體系。在采運作業人類工效技術上，研究人機相互作用機理，尤其是機械操作對人的心臟、肌肉、大腦的影響機理；研究森林作業職業病機理，包括振動病、耳聾、生理心理病、神經病等；研究對人友好型機械，包括手持型機械和乘坐型機械，提高舒適性、安全性和作業效率；研究安全作業技術。在采運規劃設計技術上，研究采運作業數字化、信息化技術；研究采運作業GIS技術、CAD技術；研究采運作業模擬和優化技術等。
3、研究方法體系
生態采運的研究方法體系涵蓋工程學和生態學方法，包括試驗方法和模型方法，涉及影響因子研究、評價指標和模型、生態經濟學及其方法、工業生態學及其方法等。生態經濟學是一門生態與經濟相互滲透的邊緣科學，它通過定量分析的方法來研究生態與經濟的最佳結合，達到生態效果與經濟效果的統一。具體涉及生態環境與經濟的相互關系、生態環境價值評估、生態環境管理的經濟手段、生態環境保護與可持續發展等。生態采運系統是一種特殊、復雜的生態經濟子系統，具有工業系統與自然生態系統相互交叉、影響的特性，可以采用工業生態學的基本原理和研究方法，構建新型的生態采運研究方法體系。包括生態采運模式的原則和方法學，生態采運系統的物質、能量、信息流動分析方法，生態采運系統的全生命周期評價方法，生態采運作業的清潔化生產方法，生態采運工業園模式和方法等。
4、標準體系將逐漸建立
生態采運的標準體系，以規范采運工程的實施、監控、評價和管理，規范采運作業安全體系和裝備系統的配備。包括采運作業設計規范和指南、作業規程和指南、試驗方法、評價指標和評價模型等。標準體系可分為 4大部分：生態采運管理標準包括采運工程質量管理體系、采運工程環境管理體系、采運工程質量環境兼容管理體系標準等；生態采運技術標準包括采伐、運輸、跡地更新、撫育采伐、林內路橋等工程建設標準及其生態環境保護標準；生態采運裝備系統標準包括撫育、采伐、運輸、更新等工程裝備系統標準；生態采運工程勞動與安全標準包括林區道路標志、作業安全要求等。
5、 應用技術體系
生態采運的研究最終以應用為目的。生態采運的應用技術體系將包括應用模式、作業模式、實用模型、應用案例、典型優選系統等。針對不同地域、不同國情和不同林情應逐漸推出符合生態采運要求的典型生產工藝模式、采運作業技術、機械設備和工具、作業組織和勞動保護模式、規劃設計和作業規程等。目前，國內外對生態系統經營（Ecological System Management）已經進行了大量的研究，針對具體森林類型的生態系統經營模式的研究已有初步的成果，例如，加拿大提出了 11種模式林的經營模式，中國也提出了 5種模式林分的生態采伐技術模式。一些國際組織陸續制訂了《森林采運方法規范》、《森林采伐作業規程》、《林業安全衛生規程》等標準規范。中國也于 2005年頒布試行《森林采伐作業規程》（LY/T 1646-2005）。隨著生態采運研究的深入，已經開始從理論和單項技術的研究向系統、綜合和應用的方向發展，這將不斷豐富、充實生態采運的應用技術體系，從而推動森林生態采運理論和技術體系的完善。
Abstract： According to the features of machinery manufacturing equipment design course， the paper elaborates on the reform methods on the base of the machinery manufacturing equipment design course teaching status， aiming to improve the quality of machinery manufacturing equipment design course teaching and provide some references for further reform.
關鍵詞： 機械制造裝備設計；教學改革；研討
Key words： machinery manufacturing equipment design；teaching reform；seminar
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）33-0264-02
0 引言
隨著我國機床行業大力發展大型、精密、高效數控裝備及功能部件等重大技術設備，改變大型、高精度數控機床大部分依賴進口的局面，增強自主創新能力，培養掌握機械制造裝備核心技術的專業人才是當前我國制造行業的當務之急[1]。
機械制造裝備設計是機械設計制造及其自動化專業的一門重要的、涉及面寬、實踐性很強的專業主干課程，也是本專業課程教學中的重點和難點。為滿足企業對人才需求的日益提高，使學生能充分地利用自己所學到的知識獨立地、創造性地進行設計，我們在課程教學中不斷改革創新。下面結合本人在教學中的實際情況，談談機械制造裝備設計課程教學的特點及其對該課程教學改革中的一些認識思路。
1 機械制造裝備設計課程的產生及教學特點
20世紀70年代以后，由于微電子技術、控制技術、傳感器技術與機電一體化技術的迅速發展，特別是計算機的廣泛應用，不僅給機械制造領域帶來了許多新技術、新工藝、新觀念，而且使機械制造技術產生了質的飛躍，走上一個新臺階，這就要求高等教育事業跟上形勢的發展，進行一次重大的改革。隨著教學改革的深入，專家學者提出將原機制專業的機械方面的專業課進行課程的綜合化與內容的優化，將金屬切削機床概論與設計、金屬切削原理與刀具設計、機械制造工藝學、金屬切削機床夾具設計原四門專業課程進行整合，并對課程體系與內容進行摸索，不斷總結完善。經過重組優化后，建立了新體系而成為兩門課程——機械制造技術基礎、機械制造裝備設計[2]。機械制造裝備設計成為了機械設計制造及其自動化專業一門理論和實踐性緊密結合的專業課程。
從教師授課來看，這門課程包含的知識多、應用性強，如何將課程專業知識的應用融入到教學中，既取決于任課教師自身的理論水平和現場實際工程經驗的多少，同時也與教師的教學方法息息相關。此外，機械制造裝備設計課程與社會發展、科學技術的迅速發展密不可分，課程教學內容更新很快，需要及時跟上科學技術發展的步伐，這也對教師的教學提出了較高的要求。同時，如前所述，本門課程是之前老四門課程綜合優化后的一部分，教學任務重，教學學時相對較短。因此，教師在相對較短的時間內，講授較多的內容，上課學時相當緊張。
從學生學習來看，由于該課程的內容多、課程實踐性強，而學生實踐經驗少，因此學生們一接觸本課程總是不大習慣、不適應。另外，專業教材中的內容大多是一些基本的理論、裝備的結構與工作原理等，使得學生的思維容易處于被動狀態。因此，學生總認為本課程內容的系統性差，科學邏輯性不強等等，嚴重地影響了學生的學習積極性。
因此，本門課程無論是從教師教，還是從學生學來講都是較難的，需要不斷地在教學中摸索經驗、不斷地進行改革和創新。
2 課程教學中的改革思路
2.1 教學中應大力加強理論與實踐的相結合 機械制造裝備設計是一門重要的專業課程，主要內容是闡述機械制造中有關裝備的作用、工作原理、設計方法等。課程設置的目的是使學生在機械制造裝備方面獲得最基本的專業知識和技能，為設計和改造機械制造領域中的裝備及設備而服務。機械制造裝備設計課程的研究對象基本分為4個部分：①機床的總體設計，傳動系統設計和主要零、部件設計等。②常用機構設計，其主要研究對象為裝備中常用機構的設計和使用，其中還包括工業機械手等。③工夾具設計，其主要研究對象為刀具及機床夾具。④工件輸送裝備，其主要研究對象為機械制造車間中運輸機械的特性、工作原理、應用范圍等以及生產流水線等。
學生在大四上學期學習本門課程，之前他們已經進行了機床操作實習和生產實習等實踐類課程，這雖然為學生提供了一些寶貴的實踐經驗，但是作為機械制造裝備設計課程內容所涉及到的機床、機構、工夾具等的設計而言卻是不夠的。同學們掌握如何操作機床，卻對機床內部結構仍缺乏足夠的認識。在對課程各部分的教學中，雖然可以利用多媒體顯示各種機床或機構等的圖片進行授課，但是同學們的切身感受仍不強烈。因此，在課程的理論教學中，可使部分課堂教學內容在具有實踐條件的場所開展，力求教學、實驗、實訓、實踐、考核一體化。如果將課堂從教室轉移到學校實訓中心，面對機床或機構、夾具實物等進行授課，學生在接受理論知識的同時會對機床內部結構、操縱機構、制動機構、傳動機構等有了生動感性的認識，可以起到優良的教學效果。因此，我們在平時的教學中可以有針對性的彌補學生在這方面感性認識的不足。在實習工廠中，打開機床主軸箱蓋，讓學生了解機床主運動系統及其有關傳動結構，觀察主軸箱內各傳動布置及軸上傳動件布局、安裝、定位和結構形式，對機構進行操縱，裝卸夾具等，在實踐中掌握理論知識，以理論知識指導實踐。因此，在機械制造裝備設計課程教學中，教師應對教學內容進行分級和篩選，將適宜的理論教學內容轉變成實踐化表達的教學形式。這要求教師對課程進行細致分析，對每一部分教學內容進行合理安排規劃，使理論教學與現場教學有機的結合起來，相互協調、相互補充。使學生既能夠學習到機械裝備設計中嚴謹的理論基礎，又能夠親手操作、親身觀察不同裝備的結構和工作狀況，大大加強了理論聯系實踐的能力。
2.2 教學中應充分注重培養學生分析問題解決問題的能力 機械制造裝備設計課程其顯著特點是緊密結合生產實際、涉及知識面廣、綜合性高、特別強調知識的靈活掌握。而在多年的學習生活中，大學生們大都養成了書本學習和死記硬背的習慣，卷面上的考試并不能完全體現出學生對課程的真正掌握情況。對機械專業的學生來說，尤其要求教師在教學別要注重培養學生的分析問題和解決問題的能力，引導學生善于對具體問題作出具體的分析。
從培養學生分析問題解決問題的能力出發，在教學中，教師對整門課程的教學順序可采用與機械裝備設計步驟相一致的原則。以機床部分的學習為例，可使學生體會到學習課程就是在完成一臺機床的設計；學習的過程就是設計過程中困難的解決過程，讓學生變身為設計師，角色的變換使同學有了不同的思維方式，令學生帶著問題學習、帶著興趣學習。在教學過程中，教師可就教學中的關鍵點、難點問題詳細講解，而對于容易解決的問題可只對學生起引導作用。當學生在設計中遇到這樣或那樣的問題時，不是直接告訴學生答案，也不是讓學生繞過問題，而是鼓勵學生通過學習教材相關內容積極思考后，老師和學生共同討論來解決，讓學生體會到自主學習解決問題的能力，充分調動同學的積極性，鍛煉同學們的思考能力。
例如，在講授機床傳動系統設計時，在授課中可有目的的講授機床傳動系統的主要設計步驟、特點和功用，鼓勵學生從收集到的設計資料中認真分析總結，可以多設計幾個不同的方案，從不同的角度多思考、多比較，并可采用課堂專題討論法讓同學們展開討論，分析不同傳動方案的優缺點，討論其設計的合理性對機床性能等關鍵指標的直接影響。在討論時，老師不能放棄主導作用，但又應作為普通一員來參與，設法讓學生自己來主持討論。當學生提出觀點時，設法引導向正確方向發展，既對同學們容易忽視的設計細節加強提醒，又同時盡可能培養學生的學習主動性與創造性。最后由學生自己確定合理的傳動方案和結構形式，以加深鞏固同學們對本部分內容的掌握。
另外，在針對學生們實際設計水平有高有低的問題時，教師在設計指導中應該有所區別。針對設計中出現的多種可能的方案和結構，要做到開拓思路、活躍思想，使學生在設計中達到較寬、較深的要求。針對設計中準備的一些設計資料與設計圖冊，則要求學生應根據設計內容消化理解，做到多看、多想、多思考，切忌死搬硬套，應做到消化理解后的合理選用。
2.3 教學中應充分利用優質網絡資源 早在2007年教育部就明確提出，要加強課程優質網絡資源建設，并把信息技術作為提高教學質量的重要手段，廣泛采用信息技術，改變高校人才培養模式，不斷推進教學資源的共建共享，逐步實現教學及管理的網絡化和數字化[3]。
目前，在我校網站我們完成了機械制造裝備設計課程網站的建立。主要內容包括課程的教學大綱、電子教案、課程設計指導書、學習指導、練習指導、課程樣卷及其相關學習網站推薦等，我們還在不斷地對其進行完善與擴充。改革開放后，我國機械制造裝備業獲得迅速發展，目前我國已能生產出多種精密、自動化、高效率的機床及自動生產線，并達到一定的技術水平。而在學校的教學過程中，即使最新的教材也不能完全展現出我國乃至國際裝備水平的發展狀況，教師和學生都需要與時俱進。任課教師一方面應關注教材，選擇最新的權威教材；另一方面應將教材中來不及反映的最新發展動態補充到教學內容中來，使學生能夠掌握最新的專業知識。
運用網絡平臺，一方面給予學生更大的自，激發學生的學習興趣；另一方面教師可引導學生緊跟時代步伐，使學生能夠充分了解自己所學專業的發展狀況，加強學生的學習動力。這對培養學生的創新意識，開闊學生的視野，緊密聯系企業發展等都具有重要的意義。
3 結語
總之，機械制造業提供的裝備水平對國民經濟各部門的技術進步有著很大的和直接的影響，時代的發展對機械裝備行業人才的培養提出了新的要求。這就要求教師進一步轉變教學理念，切實加強教學中的理論聯系實際，從學生的成長和社會的需求出發，推進學生在學習中分析問題、解決問題能力的培養，并應充分利用網絡資源，與時俱進，全面提高學生的創新設計能力及綜合工程素質，使學生得到更多的鍛煉和培養，努力使其成為我國機械裝備行業的優秀人才。
參考文獻：
[1]王衛兵，魏敏.“機械制造裝備設計”課程教學方法改革與實踐[J].中國科教創新導刊，2012，13：205.
關鍵詞：機械振動;噪聲控制;微分方程
1. 課程描述
《機械振動與噪聲控制》課程適用的專業為機械類與近機類，選修學生屬于大學本科三年級下學期的范圍。本課程側重機械振動與噪聲控制原理，其內容密切聯系實際工程，是一門專業基礎選修課程。該課程以機械設計、機械原理為理論基礎，研究機械工程中廣義系統的振動問題;同時它又是一種方法論。
2. 課程目標
本課程的目的在于使學生能以動態而不是靜態的觀點去看待一個機械工程系統;從整體而不是孤立的視角，從整個系統中的信息之傳遞、轉換和反饋等角度來分析系統的動態行為;能結合機械工程，應用經典振動理論中的基本概念和基本方法來分析、研究和解決其中的問題。要重點研究2個方面：①對機、電、液系統中存在的問題能夠以振動力學的觀點和思維方法進行科學分析，以找出問題的內質和有效的解決方法;②如何控制一個機、電、液系統，使之按預定的規律運動，以達到預期的技術經濟指標，為實現最佳振動奠定基礎。
3. 課程內容及安排
授課28學時，實驗4學時。
第O章 緒論
本章教學目標：全面掌握機械振動的基本概念和研究對象，了解本課程的研究任務、學習目的和意義。
本章教學基本要求：了解機械振動的基本含義和研究對象，學習本課程的目的和任務;掌握廣義系統運動微分方程的含義。了解系統、廣義系統的概念，了解系統的基本特性。掌握自由度的含義，學會分析動態系統內振動的過程，掌握系統或過程中存在的耦合。了解力學系統的幾種分類方法;掌握振動力學的工作原理、組成;領會激勵、響應的意義。了解振動系統中基本名詞和基本變量。了解線性系統、非線性系統、確定性振動、隨機振動的概念。了解模態的基本組成。
第1章 單自由度線性系統的自由振動
本章教學目標：學會單自由度線性系統的振動微分方程的建立方法、簡化方法與分析方法。
本章教學基本要求：了解振動微分方程的基本概念。能夠運用動力學、電學及專業知識，列寫機械系統、電子網絡的振動微分方程。掌握阻尼的概念、特點，學會求等效阻尼。能夠用拉普拉斯變換求系統的頻率響應函數。掌握頻率響應函數的基本形式及相關參數的物理意義。了解無阻尼固有頻率、有阻尼固有頻率的意義。能夠根據系統的振動微分方程，求出系統振動的通解。掌握無阻尼系統、具有黏性阻尼系統的響應求法。掌握相平面方法，了解相平面、相軌跡與奇點的概念。
第2章 單自由度線性系統的受迫振動
本章教學目標：學會通過系統的受迫振動方程來分析系統的時間特性。
本章教學基本要求：了解系統受迫振動的組成。初步掌握系統的特征根的實部與虛部對系統自由響應項的影響情況。了解受迫振動系統時間響應分析中常見的典型輸入信號及其特點。掌握簡諧激勵的定義和基本參數，能夠求解單自由度線性系統的單位脈沖響應。掌握受迫振動系統過渡階段的基本形狀及意義。掌握共振現象。掌握幅頻響應曲線、相頻響應曲線的基本形狀，以及振蕩情況與系統阻尼比之間的對應關系。掌握半功率帶寬的定義及其與系統特征參數之間的關系。了解如何通過半功率帶寬的方法，解答系統的阻尼比。掌握共振頻率的定義，掌握品質因數與系統阻尼比的關系，掌握頻率比的含義。能夠求解任意激振力作用下的響應，掌握卷積法，機械阻抗方法。
第3章 多自由度線性系統的振動
本章教學目標：學會通過系統運動方程的矩陣形式來分析系統的特性。
本章教學基本要求：掌握剛度影響系數的定義，掌握廣義特征值問題、固有模態與模態正交性。掌握模態質量、模態剛度、模態矩陣、主坐標的求法。掌握復指數算法的基本數學原理，會嚴格證明。熟悉動柔度矩陣或復頻響應矩陣。掌握比例黏性阻尼和實模態理論，瑞利阻尼的定義和具體表達式，瑞利阻尼中兩個比例系數的確定。了解自由振動的模態疊加方法。會用模態疊加方法和直接求解方法確定系統的自由振動。了解減振器的概念。
第4章 連續線彈性系統的振動
本章教學目標：學會連續線彈性系統振動的求解方法。
本章教學基本要求：了解連續參數系統的定義。掌握直桿的縱向自由振動方程。學會固支桿、自由桿、一端固定一端自由桿的模態圖。掌握模態函數的正交性。理解歐拉-伯努利直梁的彎曲振動動力學平衡方程。掌握均勻懸臂梁、均勻簡支梁、均勻自由梁的模態圖。理解矩形薄板自由振動，薄板的簡單邊界條件，前4階模態的繪制。
第5章 線性振動的近似分析方法
本章教學目標：學會瑞利近似分析方法。
本章教學基本要求：了解近似分析方法的由來。掌握瑞利商。熟練掌握用瑞利法計算均勻簡支梁的基頻。（作者單位：三峽大學機械與動力學院）
基金項目：三峽大學2013年高等教育科學研究項目（1322）
參考文獻：
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關鍵詞：主流心理學；科學主義；自然科學取向
分類號：B84-06
1 引 言
心理學中存在科學主義和人文主義兩種對立的流派。代表前者的構造主義、行為主義和現代認知心理學接受“原子論、還原論、客觀論、決定論、量化方法五個原則”(高峰強，2001)，，以較大的影響力，在心理學中占據了主導地位。主流心理學借鑒自然科學――包括物理學、化學、數學、生理學、醫學和計算機科學等，以機械自然觀為基本世界觀，以實證主義為基礎方法論，吸收了經驗主義、客觀主義、操作主義、價值中立等自然科學原則，并引進自然科學的研究方法、技術、設備和成果，建立了類似自然科學的方法論體系，來指導自身的研究。這種自然科學取向，盡管促進了主流心理學的獨立和發展，但也存在著明顯的弊端，造成了“心理學研究課題、研究方法和社會責任的迷失”(Bakan，1996)。
那么，為什么主流心理學選擇走自然科學之路呢?近20年來，盡管不少學者對這一取向的不合理性進行了批判，但是對于它產生的原因，尚未做深入分析。作者從歷史、社會、經濟、時代精神、學科建制的背景下，考察了主流心理學選擇自然科學取向的原因，其中包括：歷史上自然科學對主流心理學的影響、自然科學具備成熟的方法論和有利的時代精神、自然科學的實踐性優勢、社會需求對自然科學取向心理學的促進、主流心理學研究者的心理因素，以及心理學研究對象的復雜性。作者提出，隨著心理學科的成熟、社會的發展和科學觀的演變，人文社會取向的心理學研究將會受到更多的重視。
2 自然科學對主流心理學的歷史影響
2.1 自然科學幫助心理學獨立
人類心理一方面作為哲學思辨的主體和過程，另一方面又作為哲學研究的重要對象，這種主客體的雙重角色，使得心理學同哲學相互交織，難以分離，無法跨出哲學思辨式的研究方法，始終無法獨立。近代自然科學首先提出了獨立的心理學研究的要求，并貢獻出方法論、儀器和測量手段，幫助心理學擺脫了附庸哲學的地位，實現了獨立。
19世紀初期，天文學家被反應時間差異所困擾。貝塞爾總結了“人差方程式”，提出了反應時間這一研究課題。18世紀末到19世紀初，神經生理學、感覺生理學、腦機能研究涉及到了心理學領域。以醫學家布洛卡、維爾尼克和物理學家赫爾姆霍茨為代表的研究者們，研究了大腦機能、神經沖動和知覺等，創造了臨床法、切除法和電刺激法，促進了生理心理學的產生。19世紀30-60年代，生理學家韋伯研究了物理刺激與心理感覺之間的關系；物理學家費希納利用物理學和數學方法，創造了均差法、正誤法和最小可覺察法，創立了心理物理學。1879年馮特借鑒自然科學，建立了第一個心理學實驗室，心理學研究終于具備了客觀性、實證性、經驗性和可操作性，成為一門獨立的科學。
2.2 自然科學推動主流心理學發展
主流心理學在發展過程中，吸收了大量自然科學的原理和成果。艾賓浩斯以實驗方法控制記憶條件、觀察記憶結果，首次研究了高級的心理過程，推動了實驗心理學的發展。鐵欽納吸收經驗主義和聯想主義，秉承原子論，對注意、聯想、情緒和情感進行了研究，創立了構造主義心理學。行為主義采取實證主義、機械唯物主義、經驗主義和還原論，吸收了條件反射學說和生物進化論，以刺激一反應模型對行為進行了嚴格的實證性研究。新行為主義接受邏輯實證主義、操作主義和物理主義，采用數學和邏輯語言來描述人類行為。認知心理學吸納了信息論、控制論、系統論、數理邏輯、計算機科學，把人的思維看作物理符號系統來進行研究。盡管它反對行為主義對意識研究的忽略，但仍然繼承了經驗主義和實證主義原則。當今的主流心理學出現了生物神經學化的趨勢。它吸收了認知神經科學、生物遺傳學、習性學的研究成果，從生物決定論的視角，以基因、神經和激素等生物層面上來解釋心理現象。
如此看出，在心理學獨立和發展的過程中，自然科學起到了重要的推動作用。而人文社會科學的創立和發展，相對于自然科學來說比較晚。加之這些學科本身就不夠成熟，其對于心理學的影響也較為次要。
3 自然科學成熟的方法論和思想基礎
3.1 原則和方法論優勢
自然科學方法論建立在決定論、機械自然觀和客觀性原則上，追求普適性真理，采用實驗研究方法。與人文社會科學相比較，自然科學具有原則和方法論的優勢。
1)決定論：決定論假設存在著普遍的因果規律。這就意味著，一旦認識到事物發展變化的規律，人們就有能力對事件進行預測和控制。因此，決定論是科學研究和社會控制的前提。與決定論概念相對的是自由意志，它較多出現在人文社會研究當中。自由意志排斥因果關系，然而沒有因果關系，學科的實用性就大打折扣。
2)機械自然觀：機械自然觀把宇宙比做精密的機器。這種世界圖景具有簡明性、精確性、規律性、可預測性和可控性，有利于研究工作的開展和研究成果的應用。人文觀點承認心理的主觀能動性、復雜性和易變性，這就造成了研究的困難。
3)客觀性原則：自然科學家堅持客觀主義，盡可能地排除研究者主觀態度、信念和偏見對科學研究的影響，以期發現客觀真理。客觀性原則還樹立了一元的真理標準，有利于研究者之間的交流和對成果的評判。
4)普適性：自然科學追求普適性的真理。自然科學家運用歸納和演繹的思維方式，來探索個別現象和普遍真理的聯系，這種方法有利于理論的產生、檢驗和推廣應用。
5)實驗方法：在實驗方法中，自然科學家通過控制變量來確定相關或因果關系，產生的結果具有必然性和較高的可信度。而人文社會科學的結論具有較大的或然性，可信度較低。
以上原則和方法的應用使自然科學具備了客觀性、普適性、準確性、一致性、可觀察性、可重復性和可操作性，形成了一個頗具吸引力的方法論體系。
3.2 有利的時代精神
科學的發展是特定的社會階段和時代背景的產物。因此。“對心理學發展史的理解必須考慮這一學科進化的背景，考慮學科中的流行觀念和那個時代的文化，以及時代精神或時代的思想氛圍”(Schultz&Schultz，2007)。近幾個世紀的多數哲學思潮、時代精神都是有利于自然科學的。
唯科學主義極大地提高了科學的地位。自文藝復興、科學革命開始，天文、數學、物理、生理、醫學等自然科學獲得了空前的成功，“科學取
代宗教成為最為突出的理智的權威，成為文明世界的世界觀的定義者、審判者和護衛者”(Richard，2007)。唯科學主義隨之誕生，它認為自然科學能夠解決一切問題，而其他知識都是不可靠的。在唯科學主義盛行的情況下，主流心理學作為新興的、具有爭議的學科，采取自然科學的定位是明智的選擇。
從物理屬性來闡釋人性的機械主義人性觀也隨著科學革命而盛行。另一方面，由于工業生產方式，“現代社會的一個特征是機械化，工業化和技術化代表了機器變成社會中心這一過程”(Griffin.1998)。在機械主義人性觀和機械化社會的影響下，主流心理學走自然科學的道路，是符合社會思潮和需求的。
19世紀開始流行的實證主義崇尚理性，強調經驗，提出科學研究必須采用假設、演繹、驗證和數學方法，以揭示事物運動的規律。這些思想是與現代科學精神相一致的。通過這些主張，實證主義提高了自然科學的權威，為其發展提供了有利的思想氛圍。
經驗主義是自然科學的基本原則。它主張人類知識起源于感覺經驗，而自然科學正是通過經驗性研究來實現的。與之相對的理性主義否認經驗的可靠性，也就貶低了科學的價值。在兩種哲學思想的交鋒中，經驗主義自13世紀開始占據上風，直至今天仍然處于主導地位。
現代工業文明由理性文化主導，這與自然科學的理性前提是一致的。現代經濟、政治、社會管理等基本活動都體現了理性精神，這一精神滲透到人們的思想意識當中，創造了有利于自然科學的文化氛圍。
除了剛提到的唯科學主義、機械主義人性觀、實證主義、經驗主義和理性文化之外，西方思想中的唯物主義、聯想主義、客觀主義、身心交感論、物理主義、操作主義，以及達爾文主義等哲學思潮，都推動了自然科學的發展，也吸引了主流心理學向自然科學靠攏。相比較之下，人文取向的思潮，如解釋學、現象學、存在主義哲學，則影響力較小。
4 自然科學的實踐性優勢
與人文社會科學相比，自然科學具有較多的實踐性優勢。這些優勢即吸引了主流心理學，也成功地推動了主流心理學的發展。
4.1 研究對象的性質
從研究對象的性質來看，自然科學的研究對象是客觀物質世界，具有客觀性、機械性、普便性、同質性和易操作的特點。在不同的時間和地點，不同的自然科學家能夠找到同質的研究對象，進行重復驗證。因此，自然科學易于積累、比較和評判研究成果。相比之下，人文社會科學的研究對象存在較大的主觀性、發展性、異質性、歷史性、文化性、倫理性和不穩定性，操作性也較差。人文社會學者很難找到同質的研究對象：很多人文社會現象隨著歷史推移而變化或消失；倫理性原則束縛了對研究對象的控制：社會現象、文化和人類個體較難作化研究。
從研究對象與外界聯系來看，自然科學的研究對象是相對孤立的，較容易確定因果聯系。而人文社會科學研究對象則處于宏大的社會文化背景、交互錯雜的關系當中，較難尋找到規律。因此，主流心理學偏重研究具有自然科學品性的心理現象。
4.2 研究方法
實驗方法是自然科學研究的重要手段。實驗方法有固定的程序，通過控制變量來確定不同變量之間的關系，容易得出較明確的結論。因此它也贏得了主流心理學的青睞。在《四十項改變心理學的研究》一書里，40項心理學研究中，有28項采用了實驗方法，其他研究方法――觀察法、調查法、臨床法、總結性研究和思辨方法全部加起來，才占了12項研究(Hock，2004)。
自然科學應用數學方法進行定量、統計和分析，以求客觀性、精確性和可操作性。主流心理學追隨了自然科學的數學化趨勢，以對其重要思想進行嚴密的闡述(Thurstone，1986)。數學方法的引用為心理學帶來“簡潔精確的形式化語言，數量分析和計算方法，推理工具和邏輯證明工具”(陳宏，2006)。相比之下，人文取向的研究則較少采用數學量化方法。而采用定性方法時，其定性的標準又多為主觀，難以確定。結果就造社會科學比自然科學更難出成果，卻更容易產生理論分歧。
另外，技術、設備的應用幫助自然科學家更好地觀察、測量和控制研究對象。主流心理學采用了大量類似的技術和設備：從記憶鼓、棒框儀、閃光融合器到迷津、斯金納箱、測謊儀，再到磁共振成像技術、正電子發射斷層掃描技術、事件相關電位研究技術等；近年來還出現了計算機化的研究趨勢。這些技術、設備的應用使自然科學成果產出穩定，相比之下人文社會科學較難應用技術、設施來輔助研究，故顯步履艱難。
4.3 研究成果的物質轉化
自然科學與物質進步直接相聯系，多數研究成果可以迅速投入到工業生產、生活消費當中，社會貢獻是外顯的。在實際運作當中，自然科學研究往往和農業、生產制造業、商業等聯系在一起，以研究成果換取資金支持。人文社會科學的成果則更多是非物質和隱性的，不直接貢獻于物質資料，較難投入商業運作，只能應用到政府、管理、學術界、藝術等有限領域，獲得的資金、政策支持也比較少。
4.4 社會認可度
自然科學研究具備客觀性和精確性，為社會作出顯而易見的物質貢獻，因此比人文社會科學受到更多的社會重視。從社會心態來看，由于自然科學距離生活常識較遠，大眾缺乏專業知識對自然科學進行批判。而人文社會科學貼近現實生活，大眾經常憑生活經驗對其進行批判，因此，它在大眾心目中的權威性不如自然科學。
5 社會需求對自然科學取向的促進
科學的發展受社會需求的推動。“科學已經有意識地并直接地指向具體的領域，而且這些具體領域的選擇已經越來越不由科學家決定了……科學研究工作越來越多……受科學以外的機關或團體――工業和政府部門所組織起來的研究機關或團體所控制”(Mason，2005)。心理學的獨立和發展歷經了第二次工業革命、世界大戰、信息化、經濟發展和社會制度建設。這種社會經濟狀況對心理學的需求，更多表現在物質建設的層面。工業、商業、教育、醫療、軍事、科學等領域的需求，有力地促進了行為主義、認知心理學和心理測量等自然科學取向心理學的發展。
獨立的心理學研究的必要性，是由天文學、物理學和生理學等自然科學提出來的。主流心理學回應自然科學的需要，強調人的機械性和生物性，先天地與自然科學聯系到了一起。為了解決狗的腺體分泌遭遇干擾的問題，生理學家巴甫洛夫轉向了對條件反射的研究。行為主義建立在條件反射原理上，與生理學產生了必然的聯系。
1903年法國政府對智障兒童的關注，1905-1913年歐洲向美國的大規模移民，1917年美國加入一戰時大量征兵，都需要檢驗人們的心理素質和能力(Gregory,2006)，有力地推動了心理測量運動。現代社會的多個領域――教育、醫學、企業、行政、學術研究等，都大量應用測量技術對人的心理進行評估。
美國工業革命完成后，大量涌入美國的移民需要接受訓練，以適應新的生活和生產方式；不同地區、群體之間的思想分歧需要被調和，以鞏固統一的國家觀念；工業的迅速發展要求培訓工人，以提高工作效率。這使得強調行為塑造、社會控制的行為主義被廣泛應用，占據心理學統治地位長達幾十年。
二戰后，戰爭的推動、計算機與航天科技的發展，都要求對人類認知進行研究。隨著西方國家從工業社會邁入后工業社會，或信息社會，知識產業、信息產業發展壯大，推動了現代認知心理學的發展(車文博，2007)。
縱觀歷史，心理學獨立之時，正是工業化、社會化生產蓬勃發展及社會制度完善的時期。工業社會更多強調的是經濟發展、制度建設的目標，而非人文的、精神的關懷。在以機器生產為基礎的工業文明中，“心理學服務于這些機器的設計，使得機器最大程度地符合人的能力和特征，同時確保人最有效地使用這些機器”(Denis，2007)。國際競爭造成了近代科學發展的一般傾向：“工業不大發達的國家總是在大力開展工業方面的科學研究，而工業比較發達的國家則把大部分撥款用在軍事科學研究方面”(Mason，2005)。自然科學取向心理學迎合了工業和后工業社會的需要。
但是，后現代主義思潮已經開始挑戰工業文明和理性主義，強調社會、文化環境當中的人的生存狀態，為人文取向的心理學開拓了空間。從歷史發展的進程來看，隨著人類社會的進步，物質生活的富足，人們將更加重視自身文化性、精神性的存在。人文取向的心理學也會隨之發展。
6 研究者的心理因素
6.1 研究者的學術偏好
庫恩指出，科學中的一些決定并不是出于邏輯思考。而是基于個人的喜好、價值、政治信念和科學共同體中的共識(Kashdan&Steger,2004)。Karl Lashley和Gregory Kimble分別提出，心理學家的學術取向更多是出于性情和世界觀，而不是理性思考(Hergenhagnn，2004)。Lashley把心理學家劃分為柔性思想和剛性思想兩種，以此解釋了他們選擇不同學術取向的原因：“這些純粹是由性情決定的。是基于性情而不是理性的選擇”(Lashley,1923)。Kimble選取APA成員和大學生進行調查，得出結論：不同分會的APA成員、不同學術水平的人士分別傾向于不同的學科取向(Kimble，1984)。
主流心理學的自然科學取向在相當程度上受到了學術隊伍組成的影響。在心理學早期的學術隊伍中，大批著名的心理學家，比如馮特、鐵欽納、詹姆士、高爾頓、卡特爾、麥獨孤和伍德沃斯等，都是從醫學、生理學或物理學轉向心理研究的。在心理學研究中，他們把大量的自然科學方法和成果帶入了主流心理學。在后來的發展中，主流心理學也大量吸收了生理學、醫學、計算機、數學等領域的人員。即使在今天。很多大學都鼓勵有醫學、數學或計算機基礎的學生報考心理學。接受自然科學世界觀和方法論的研究人員，在數量上遠遠超過了人文社會取向的研究者，這種狀況在相當程度上促成了主流心理學向自然科學方向的偏倚。
6.2 研究者的顧慮
在科學主義的影響下，將心理學建設成為一門自然科學，成為了無數研究者的夢想。但是，由于研究對象的特殊性，使得心理學誕生艱難，科學地位不鞏固，以至于研究者對心理學的合法性缺乏自信心。由于心理現象的主觀性和內隱性，早在17世紀，伽利略就指出心理學不能成為一門科學。由于心理現象在過去不能被實證研究，實證主義的創始人孔德拒絕把心理學列入科學的名單。由于不能采用量化研究，康德也認為心理學無法成為科學。心理學是否屬于科學的問題，至今仍在爭辯當中；近20年還出現了關于心理學合法性的危機論。
根據流行的英美科學體系，只有自然科學才是嚴格意義上的科學，社會學科只能勉強算是科學，而人文研究則只是“學科”，不是科學。因此，為了確立心理學的科學地位，多數心理學家選擇了自然科學而不是人文社會科學的取向。很多心理學家對自己的研究方法心存顧慮，于是盡力遵循自然科學方法論：“以方法中心為根基的正統觀念鼓勵科學家保持‘安全、明智、穩妥一(馬斯洛，1987)。
哲學式的思辨成了主流心理學研究的大忌。Teo指出，“在20世紀，對哲學式思辨的指責成了對心理學家的死刑宣判”；在建立自己理論的時候，馮特、華生、斯金納和喬姆斯基紛紛批評前人對哲學思辨方法的依賴(Teo，2008)。為了避免哲學化之嫌，華生否認把意識作為研究對象，而是將心理現象還原為肌肉活動和腺體分泌的物理、化學現象。在斯金納的激進學說中，理論研究甚至被完全拋棄(Hergenhagnn，2004)。主流心理學家服從自然科學的權威，忽視了心理學研究對象的特點，造成了自然科學化的取向。
7 心理學研究對象的特點
7.1 早期的自然科學取向
心理學的研究對象有著復雜的屬性：物質性、生物性、社會性和精神性并存。這四個范疇之間有依存性和時間性的遞進關系：在依存性上，序列中前者是后者的基礎，后者由前者演進而來。在時間上，存在無機物、有機生命、社會、意識先后發生的時間關系。由于這四種屬性中占據前位的相對客觀、機械、靜止和外顯，所以研究起來比較容易。這就決定了學科自下而上的發展規律。學術研究從基礎性的對象開始，這樣不僅有利于進行根源性的探索發現，也有利于知識在由低到高的層次上積累和發展。另外，這種研究順序也符合人類社會由低級向高級的發展規律，從而順應了社會需求。
由于人類機械性與主觀能動性、生物遺傳與社會文化影響、物質性與精神性并存，心理研究面臨很大困難。剛誕生不久的心理學不具備完善的方法論對如此復雜的研究對象展開全面研究，只能從低級的心理現象入手。所以，機械性和生物性的心理現象受到了主流心理學的青睞。
7.2 未來的整合趨勢
主流心理學選擇自然科學取向盡管是明智之舉，但是也為此付出了代價：“理論和方法通過忽視不能被數量化的現象來獲得流行”fLalvor,2003)。心理學研究應該遵循這樣的規律：從機械性到能動性，生物性到社會性、精神性，靜止到動態，外顯到內隱，由片面研究到整體研究，決定范疇到自由王國，功利追求到審美追求，從服務經濟到以人為本，從關注人的生存需要到發展需要。當心理學逐步成熟時，人文社會取向的心理學將獲得較大的發展，與自然科學取向心理學進行整合。Henriques指出，心理學面臨的困難是整合關于人的不同層面的知識的困難，并且提出了一個與上述觀點相似的樹形知識結構(由四個維度：物質、生命、思維和文化組成)，來整合知識系統，從而解決心理學分裂的問題(Henriques.2008)。
洪曉楠從科學哲學角度闡述了科學與人文進行整合的必要性：
“科學只是揭示了人的生活世界的一個維度或幾個維度，……人對世界的把握并不僅僅限于科學認知，意義的追問和探求總是多向度的，這就需人文的探索和揭示來完成。只有科學與人文的互補整合，才能完整地表達人的存在的全面性和人的本質的豐富性”(洪曉楠，2008)。主流心理學將人機械化和生物化，忽略了人的社會、文化和精神維度，是不足以窮盡心理現象的豐富內涵的。一個更為宏觀、整合的范式才可以對人的心理現象進行全方位的探索。
8 結語――個宏觀的范式
由于以上原因，主流心理學在發展初期走自然科學化的道路，有其必要的學科建設意義。但是“近年來，我們已經觀察到逐漸上升的對科學心理學方法論，以及其相應的理論思考的不滿”(Toomela.2007)。采用自然科學方法論的心理學研究已經被批評為“解答問題的方法論與所提出的問題之間的不匹配”(Toomela，2007)。心理學中有很多問題并非經驗性問題，而是關于意義、理解、道德、文化等宏觀的問題，并不僅僅限于因果關系的描述上(Stam，2006)，自然科學模式不能完全滿足心理學研究的需求。另一方面，科學方法論是由哲學規定的，并且在提出假設、建構理論和解讀數據的時候，哲學思辨是不可或缺的。因此，哲學思辨不應該成為心理學的禁忌。
【關鍵詞】壽命預測；門式起重機；疲勞
Fatigue（疲勞）一詞最早出現在早拉丁文中（Fatig？re），通常是指人的身體和精神上的勞累。作為工程術語，疲勞用來反應在循環變載荷作用下材料的損傷和破壞。在上世紀60年代，國際標準化組織（ISO）發表的報告《金屬疲勞試驗的一般原理》中對疲勞的定義是：“金屬材料在應力或應變的反復作用下所發生的性能變化叫做疲勞”[1-2]。疲勞的另一個定義是：材料在循環應力或循環應變作用下，由于某點或某些點產生了局部的永久結構變化從而在一定的循環次數以后形成裂紋或發生斷裂的過程稱為疲勞[36]。
根據研究對象、載荷條件、環境和介質情況，疲勞有很多種分類方法。
1）按研究對象可分為材料疲勞和結構疲勞；
2）按失效周次可分為高周疲勞和低周疲勞；
3）按載荷條件分隨機疲勞、沖擊疲勞、接觸疲勞、微動摩損疲勞和聲疲勞；
4）按溫度環境分為高溫疲勞、低溫疲勞、熱疲勞和腐蝕疲勞。
1 估算方法分析
名義應力法是最早的抗疲勞設計計算方法，它以零件或材料的 曲線為基礎，結合疲勞累積損傷理論，對照試件或結構疲勞危險部位的應力集中系數和名義應力，校核疲勞強度或計算疲勞壽命。
MSC.Fatigue的疲勞分析過程[3-4]可以用圖2的五步曲來表示[38]：
圖 1 MSC.Fatigue疲勞分析五步曲
Fig.1 Five Steps of MSC Fatigue Analysis
2 載荷信息分析
圖 2 修正后的Q345鋼的P-S-N曲線
Fig. 2 Corrected P-S-N curve of Q345 steel
門式起重機械的主梁在工作中所經歷的最大應力遠低于材料的屈服極限，其變形均為線彈性變形，處于低應力高頻疲勞狀態，起重機金屬結構疲勞屬于高周疲勞。因此，在運用MSC.Fatigue進行主梁的疲勞壽命分析時，運用名義應力法，即假設起重機主梁結構中不存在裂紋缺陷，并結合Miner法則進行全壽命分析。
為了起重機的安全，取置信度為99.9%時的疲勞極限值205.31MPa，得到修正后的Q345材料P-S-N曲線如圖2所示。
考慮到實際操作過程中，根據廠方提供的數據，該起重機滿載起重量為300t，每天起吊100000t的貨物，每周停止工作半天檢修，每天的循環次數為1000/3，以一天24小時為單位，把主梁承受的隨機載荷編制成符合實際情況的載荷譜圖。
3 疲勞壽命估算
運用MSC.Fatigue疲勞分析軟件對造船門式起重機主梁鋼結構分別在表1中各個工況載荷下進行疲勞壽命分析計算，得到各個工況下的疲勞壽命云圖如圖3到圖 6所示。
從計算結果可以得出：
1）該類型造船門式起重機主梁結構的最小壽命計算值為1.72×106小時，折合成年數為15.2年；
2）該類型造船門式起重機主梁跨中以及端部上蓋板和側板焊接處的疲勞壽命相對比較短，應作為檢修的重點巡檢部位；
3）若對這類型退役的造船門式起重機進行再制造時，要特別注意其易發生疲勞損傷的危險部位，使用無損檢測技術探測其內部肉眼不可見的潛在的疲勞裂。
表 1 工況介紹
Tab.1 Working conditions
圖 3 工況一壽命云圖
Fig. 3 Life contours of Conditions one
圖 4 工況二壽命云圖
Fig. 4 Life contours of Conditions two
圖 5 工況三壽命云圖
Fig. 5 Life contours of Conditions three
圖 6 工況四壽命云圖
Fig. 6 Life contours of Conditions four
【參考文獻】
[1]孫躍眾，何小娥，張鳳.起重機械主要零部件檢查及報廢標準[J].建設機械技術與管理，2009（9）：152-154.
[2]楊勇.岸邊集裝箱起重機剩余壽命及其損傷形式的研究[D].武漢： 武漢理工大學，2009.
【關鍵詞】變質量系統;質點;經典力學
在液滴的蒸發與凝聚、滾雪球、纖繩提拉、甚至火箭噴射等變質量的物理力學問題中，我們往往是著眼于主體的運動。如果把主體作為研究對象，這就是一個與外界不斷發生質量交換的系統。這時的情況就較為復雜，若不加分析地把適用于質量不變系統的力學規律，用來解決這類問題，就會得到錯誤的結果。
圖一
一、如何處理變質量系統的力學問題呢？我們只要設法把它轉化為質量不變系統的力學問題就行了。如圖一，把t時刻主體m，和t至t+t時間間隔內主體與外界交換的質量m，作為我們的研究對象。那么，在t+t的全部時間間隔內，所討論的系統的質量是不變的，即系統可視為一個質量不變系統，由此就很容易得到變質量系統的動力學公式。
設某一時刻t，主體質量為m，其質心速度為v，在t+t時，主體質量變為m+m，速度為v+v，即這段時間內，有質量為m的質元加入（或離開）到主體上，設m在附著于主體m之前的速度為V，（這里v和v ' 相對于同一慣性參照系），又假設在t時間里，作用在主體m上的合外力為F。對于包括m和m的系統，其質量是不變的。因此，關于質量不變系統的動量原理仍然適用，于是有：
F?t =（m+m）（v+v）C mv Cmv '
在t0的極限情況下，略去兩個無窮小項的乘積，可整理得
F+ v ' = m （1）
若以u表示dm相對于主體的速度，因u= v ' C v，則（1）式可寫成
F + u= m （1'）
式（1）或（1'）就是變質量系統的力學基本方程。
由式（1）和（1'）可以看出以下意義：式（1'）中 u具有力的量綱，它顯然是加入（或放出）的質元對主體的一種作用，有人把這種附著（或放出）反應的作用，稱為反作用力。如果考慮到這種反作用力，（1'）式就與通常的牛頓第二定律的形式一致了。對于增質量情況，當u與V方向一致時，反作用力u為正，對主體來說是推動力;反之就是阻力。由靜止向上提起一根纖繩的運動，就屬于后者的類型。對于減質量的情況，當u與v方向一致時，反作用力u為負，對主體來說是阻力;反之就是推動力，如火箭飛行就屬這類。
二、根據式（1）或（1'），我們可以導出關于變質量系統的動量原理和動能定理等力學的重要原理。
式（1）對時間取積分，得
F?t +v 'dm = m2v2-m1v1（2）
這就是關于變質量系統的動量原理。它表明，對于變質量系統，系統的動量變化，不僅與外力作用的沖量有關，而且與質量遷移所伴隨的動量遷移的多少有關。
對于F=0，v=常量的特殊情況，由（2）得V'（m2-m1）= m2v2 - m1v1 它清楚地說明，此時系統的動量變化，是由于質量遷移的結果。
三、對于變質量系統，外力所做的功與系統能量變化的關系，可以推導如下：
若在dt這段時間內，物體通過的位移為ds，則作用在系統上的力F所作的元功為
dA = F?ds =?ds-v '?ds = v?d（mv）-v '?vdm
因v?d（mv）= d（mv2）+v2dm則對于一個完整的過程
A=F?ds =（m2v2 2 -m1v1 2）+v2 2 dm -v '?vdm （3）
這就是變質量系統的功能關系。
式（3）出現了兩項與質量遷移有關的項，為了搞清它們的含義，不妨舉例說明。
如圖二所示，若一勻質纖繩，線密度為λ，盤繞在光滑水平面上h0，由靜止向上提拉。設提拉到高度hh0時，速度為V。取圖示坐標，合外力F= f-λgy;考慮到v ' = 0，代入（3）式并整理得：
f?dy=（λh v 2 + λg h 2）+v 2 dm
上式右邊括號表示纖繩機械能的增量。上式表明，在提拉纖繩過程中，拉力所做的功中，有一部分并沒有轉變為機械能，這就是提拉過程中的機械能損失。其意義是很明確的：在纖繩提拉過程中，不斷有靜止的質元加入主體，這些質元與主體發生了類似于非彈性碰撞的物理過程。這部分損失的機械能，當然是由外力作功來提供的。
對于v'不等于零的情況，v '?vdm ≠ 0，它可以理解為伴隨質元的遷移所轉化或遷移的能量。（如火箭因燃燒而噴射高
速氣流時，所轉化的能量。）
四、在前面的討論中，我們把主體（系統）看成千個“質點”;就是說，我們沒有考慮物體的轉動，而只研究物體的平動。因此，上述的有關規律，是關于質點的變質量系統力學規律。在此基礎上，我們可以建立相應的變質量剛體力學規律。 把基本方程（1）的兩邊都與矢徑r取矢積，有
r×F + r×v '= r× （4）
根據質點角動量的定義 L = r×P = r×mv
對上式取時間t的導數
= （r×mv）= r ×+ v×mv
因v×mv =0 于是得= r ×
將此代入（4）式得
r×F + r×v '=
這就是變質量系統的質點角動量定理。其中r×F是作用在質點上的合外力對轉動中心（在這里取作坐標原點）的力矩;如果我們把r×V'稱為附著反應的反作用力矩，那么式（5）在形式上與通常的質點角動量定理相似。
根據式（5），我們可以進一步導出關于變質量系統的質點系角動量定理和剛體轉動定律。
設有多個質點組成的變質量系統，根據牛頓第三定律，諸內力成對地大小相等方向相反，因此它們對任一點力矩的矢量和必等于零。即∑ri×fi =0
令 M = ∑ri×Fi
M ' = ∑ri×V ' L = ∑ri×mi vi
其中M表示各外力對轉動中心的力矩之和;M '表示各反作用力對轉動中心的反作用力矩之和;L表示各質點對轉動中心角動量的矢量和。則可寫成 M +M ' =
這就是變質量系統的質點系角動量定理。
對于繞固定軸轉動的物體（系統），如圖三。由于物體上各點的角速度均為ω，將物體分成多個質點，第i個質點的質量為mi，它對轉軸距離為ri，考慮到vi=ω×ri，則它對轉軸的角動量為Li=ri×mivi = miri2ω 所以整個物體對轉軸的角動量 L= ∑ri×mi v =（miri2）ω = Jω
其中J=∑miri2 是物體對轉軸的轉動慣量。于是根據式（6）相應可得M+注意這時的M、M '、J都是對同一轉軸而言的，并且J是隨著質量遷移而變化的，因而不是常數，不能提到括號外。只要各質點間的相對位置不可變化，物體仍然可認為是剛體。式（7）就是關于變質量系統的轉動定律。有了式（7），我們很容易導出有關變質量剛體力學的其他規律，在此不作討論了。
最后說明，上述關于變質量力學問題的規律，都是在經典力學范圍內討論的。
參考文獻：
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關鍵詞：苧麻莖稈；機械分離；剝麻輥齒；結構參數；正交試驗；剝凈率
中圖分類號：TS122.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）02-0348-05
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.02.035
苧麻纖維是一種天然的紡織纖維，可大量用于紡織行業[1]，苧麻莖稈分離技術一直是苧麻原麻生產的關鍵環節，在現有各種形式的機械分離設備中，直喂式剝麻機和反拉式剝麻機是主要的剝麻機械，其關鍵部位剝離裝置是剝麻輥齒結構。目前許多研究者通過改變剝離設備結構對苧麻莖稈分離設備進行研究分析[2-5]。其中龍超海等[2]對4BM-260型苧麻剝麻機通過正交試驗，分析了剝麻機滾筒直徑、滾筒轉速、剝麻間隙等主要技術參數對剝麻效率的影響，認為剝麻滾筒的最優技術參數為嚙合深度5 mm、滾筒轉速900 r/min、喂入角度20°、滾簡直徑260 mm。蘇工兵等[3]采用速差分離原理研制出了全自動苧麻莖稈分離機，通過不同速差的匹配，分析了苧麻尾部剝離過程。呂江南等[4]對研制的雙滾筒反拉式苧麻剝麻機在正交試驗和性能分析基礎上，確定了主要技術參數，樣機初步性能試驗結果表明，鮮莖出麻率為5%左右，苧麻含雜率≤1.5%，苧麻含膠率為30%左右，苧麻單纖維強力為51～54 cN。張龍云等[5]研制的FL-235型復刮式苧麻剝麻機試制了雙滾軋刀互向可調式齒輪裝置，并通過反復試驗和結構技術參數優化，達到了整機設計合理、運行效果良好、無故障、生產效率高的目的。不過國內外相關領域對苧麻剝麻機的研究主要集中于苧麻機械剝離機結構設計和試驗研究方面[6-12]，尚未從機械設備與苧麻纖維剝離相互作用上建立力學方程來分析苧麻莖稈分離機理。現有研究表明[13-15]，苧麻莖稈在沖擊載荷作用下，木質部沖擊斷裂韌性較小，最先破裂，韌皮纖維卻有較好的韌性，這種結構力學性能的差異是苧麻莖稈機械剝離的力學基礎。為此，試驗采用剛體動力學和結構動力學及正交試驗分析方法，建立了苧麻莖稈分離過程的力學方程，研究了機械設備輥齒結構與苧麻莖稈相互作用之間的關系，這對于揭示苧麻莖稈機械分離機理和研究設計剝離機械具有重要的指導意義。
1 莖稈分離臺架結構及工作原理
按照現有苧麻莖稈剝離輥齒結構原理，試驗設計并試制了新型莖稈分離試驗臺架，其工藝流程為苧麻莖稈喂入壓麻輥壓碎高速輥齒剝離分離輥齒拉麻輥高速拉出麻皮。試驗臺架結構見圖1，其工作原理是苧麻莖稈從2個壓麻輥的嚙合口喂入，壓碎的莖稈以壓麻輥切向速度進入剝麻輥，在剝麻輥的高速旋轉下，被壓扁的麻骨折斷并從麻皮中剝離打飛，大部分的麻骨與麻皮分離；去掉大部分麻骨的麻稈以麻皮順序進入分離輥齒和拉麻輥，其中拉麻輥的轉速大于分離輥齒的轉速，在拉麻輥的作用下，剩余麻骨強行與麻皮分開，從而實現麻稈尾端的麻骨與麻皮分離，該設計解決了莖稈尾端分離不清的問題。根據試制的新型分離臺架以及現有的機械分離設備（包括直喂式剝麻機和反拉式剝麻機）研究可知，其關鍵剝離裝置是剝麻輥齒結構。為此，試驗以剝麻輥齒結構為研究對象，分析了莖稈分離過程中剝麻輥齒結構與苧麻纖維剝離之間的相互作用機理，從而優化剝麻技術有關參數。
2 莖稈分離過程的力學分析
2.1 建立莖稈折斷過程力學方程
在新型莖稈分離試驗臺架上，被壓扁的麻稈以緩慢的速度進入2個剝麻輥之間后，受到高速旋轉的剝麻齒瞬時沖擊而迅速折彎，麻骨因質硬而脆被折斷，麻皮因柔韌性好而未斷。為了研究分析莖稈分離機理，選取苧麻莖稈在輥齒剝離某一時刻靜止狀態進行受力分析，其受力情況見圖2。在圖2中，F為輥齒齒端力，該力以莖稈受力點為坐標點，沿著莖稈折斷方向和與之垂直方向分解，其中沿莖稈垂直方向力為N，沿莖稈運動方向力為Q；N的作用使莖稈折斷，Q則剝離莖稈，γ為2個剝麻輥齒之間的夾角，？琢為輥齒對莖稈的剝離角。為了分析苧麻受力變化過程，假設取2次碰撞之間的長度為麻稈研究對象，其質量為m稈。則苧麻莖稈的受力為：
式中，N為輥齒對莖稈的折斷力，Q為輥齒對莖稈的剝離力。設輥齒數為Z，則2個輥齒對輥筒軸心的夾角為：
由此可知，苧麻莖稈剝離過程主要與剝麻輥和壓麻輥轉動速度、剝麻輥半徑及剝麻輥齒數有關， v剝與v喂的差值越大，剝麻輥半徑R越小及剝麻輥齒數Z越大，則剝離能E0越大，剝離效果越好。
通過上述研究苧麻莖稈與輥齒結構作用分離過程，建立了莖稈分離過程中折斷能量和剝離能量的關系表達式，由表達式（14）、（19）可知，莖稈分離效果不僅與苧麻自身材料屬性（彈性系數、阻尼系數、固有角頻率）有關，還與莖稈分離臺架的結構參數（剝麻輥半徑、齒數、嚙合深度）及各對輥齒轉速大小有關。根據以上理論研究結果，并結合試驗臺架結構部分參數，進行莖稈分離與輥齒結構參數的正交試驗。
3 莖稈分離與輥齒結構參數的L9（34）正交試驗
3.1 因素、指標選擇
剝麻輥是苧麻剝麻機的最主要部件，通過上述力學分析可知：①剝麻齒對麻稈的沖擊力F越大，則麻稈瞬時變形也越大，使折斷效果越好，而剝麻輥的轉速直接影響沖擊力F，所以提高剝麻輥的轉速可使麻稈折斷效果更好；但考慮到能耗的影響，還是應選擇合適的轉速。為此，以剝麻輥轉速700、800、900 r/min為3個水平進行正交試驗。②增大嚙合深度b或減小剝麻齒半徑R可以提高麻稈折斷效果，但嚙合過深會損傷麻皮纖維，同時受到結構制約。因此分別以剝麻輥半徑120、140、160 mm以及嚙合深度3、5、7 mm為正交試驗的3個水平進行正交試驗。③由試驗可知，增多剝麻輥齒數Z，折斷麻稈長度變短，可減少剝離麻骨所需能量Q；但過多會損傷纖維，同時受到結構的限制。因此以剝麻輥齒數16、20、24個為3個水平進行正交試驗。
3.2 試驗設計
試驗用麻于2016年6月中旬取自湖北省咸寧市苧麻試驗站試驗田種植的華苧4號頭麻，每組試驗重復5次，結果取平均值，其試驗臺架工作狀態見圖3。脫凈率Y的計算公式為：
式中，Y為樣品中剝掉麻骨后的百分率，w是剝麻后麻皮與殘余麻骨的總重量，W是剝麻后麻皮的重量。試驗里各因素、水平構成見表1，正交試驗方案見表2。
3.3 結果與分析
苧麻莖稈分離L9（34）正交試驗結果見表3。從表3可見，通過對剝麻輥正交試驗結果運算分析，各因素對脫凈率的影響高低排序為剝麻輥轉速、嚙合深度、剝麻輥齒數、剝麻輥半徑；較優組合為剝麻輥轉速900 r/min、嚙合深度5 mm、剝麻輥齒數20個、剝麻輥半徑120 mm，此時剝凈率為98.42%。
3.4 其他參數分析
苧麻莖稈分離過程分為麻稈破裂折斷過程和麻骨剝離飛出過程，這2個過程所需要的能量都是由轉動的剝麻輥提供的，由此按照麻稈沖擊斷裂能與麻稈沖擊剝離能之和，粗略估算出剝麻輥單次傳遞給單根苧麻莖稈的最小能量W0。假設一次性喂入麻稈數量為10根，而剝麻輥能量由電機提供，依據正交試驗分析結果，取最優條件剝麻輥轉速900 r/mi4 討論
1）苧麻莖稈分離過程由折斷和分離瞬時同步完成，試驗對2個過程分別進行力學分析，描述了輥齒對莖稈分離的影響。其中采用靜態動力學和動態瞬時響應理論的分析方法，建立了折斷能的關系表達式，該關系式表明莖稈分離效果不僅與苧麻自身材料屬性（彈性系數、阻尼系數、固有角頻率）有關，還與莖稈分離臺架的結構參數（剝麻輥半徑、齒數、嚙合深度）及電機轉速有關。各因素對分離效果的影響為較復雜的函數關系，所以在滿足莖稈分離要求的前提下，應選擇合適的參數大小，以達到能耗低、效率高的效果；試驗采用能量守恒原理和沖量定理的理論方法，建立了分離能的關系表達式，該關系式表明，剝麻輥和壓麻輥轉動速度、剝麻輥半徑及剝麻齒齒數是主要影響因素，v剝與v喂的差值越大，剝麻輥半徑R越小及剝麻齒齒數Z越多，剝離能E0越大，剝離效果越好。驗通過建立輥齒對麻稈作用的折斷能和分離能的關系表達式，揭示了機械輥齒與莖稈分離的機理，為苧麻分離機械設計參數的選擇提供了技術指導。
2）采用L9（34）正交試驗方法分析了影響莖稈分離效果的主要因素，即苧麻莖稈分離臺架的最主要部件剝麻輥，結果表明，對莖稈分離效果的影響高低排序為剝麻輥轉速，嚙合深度，剝麻輥齒數，剝麻輥半徑。苧麻莖稈分離較優組合為剝麻輥轉速900 r/min、嚙合深度5 mm，剝麻輥齒數20個、剝麻輥半徑120 mm，此時剝凈率為98.42%，同時粗略估計電機所需最小功率為2.2 kW。
3）除此之外，苧麻莖稈的含水量影響較為顯著。當含水量過高時，剝離開的麻皮容易纏繞在剝麻輥上；而含水量過低時，麻稈逐漸干枯，韌皮部與木質部粘連程度提高，剝麻效果不佳。另外麻稈粗細均勻度也有一定的影響，莖稈粗細差異過大的最好分級，這有利于各對輥齒牽引，否則細者牽拉不住，清不掉麻骨。同時一次性喂入麻稈數量要固定，喂入時要求盡量均勻排列，以易于清骨。
參考文獻：
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[關鍵詞]發明創造；升降橫移移送裝置；物理原理
中圖分類號：TG333.8 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）01-0167-01
一次偶然的機會，去醫院看望做手術的伯母，親眼目睹了剛做完手術不能動彈的伯母被三四個叔叔分別抬起頭肩，腰，腳艱難的平移到病床上的整個過程。我向護士們打聽，了解到剛做完手術的病人從手術臺轉移到轉送車，再從轉送車轉移到病房的病床上的整個過程目前都還是要靠護工或者患者的家屬們人工操作。在手術室里，是將病人放在一個大白布單上，幾個護士阿姨揪住白布單的四個角，喊口令，合力把病人送上轉送車。在病房里，是靠病人家屬或者是護工跪在帶轱轆的晃來晃去的轉送車上，合力將病人平移到病床上，很費力氣。我上網查閱資料正常人空手水平抬舉，操作的力量不大于12千克，因此對于偏瘦，身材，成年手術患者的搬運往往也需要四個人同時搬運，這樣每個手術患者都會因為手術搬運的問題，無形中增加了醫院的人流量，并浪費了寶貴的人力資源。
目前體重超過80千克的患者大為增加，對于搬運者而言，會更多地承受超強的體力支出，由于搬運空間的限制及沒有合適的立足點，大多數情況下，搬運者都需要懸臂抬舉手術患者，這樣對于人力搬運者自身而言也存在著受傷隱患，如果搬運方法稍有不當，對搬運者會造成腰傷。
如何避免手術患者，尤其是骨科患者及行動不便的手術患者，在人力的抬運過程中，可能造成的痛苦和二次傷害，節省了人力資源，降低了社會中的人工成本，同時也減輕醫務人員和患者家屬的勞動強度，避免了對搬運者自身造成可能的傷害呢？
要是有這樣一臺機器，一個人就能輕松平穩地將病人轉移到病床上該有多好呀！我立刻就把我的這個想法告訴了大伯。大伯利用他的機械原理方面的知識，在紙上上畫出我大腦中想象的草圖。
假期里我聽說大伯和哥哥正在研制醫用手術患者升降橫移移送裝置，并且打算申請專利。在這個裝置中，運用到了一些移送裝置機械方面的知識。看著他們用電腦繪制出來的正式圖紙，好復雜呀！真的看不懂呢！不過，他們倆在這部裝置某個固定點受力的強度和桿的承力范圍上，有了爭執。這關系到與廠家聯系生產時選什么材料？如何加工？也將最終決定這個移送裝置在移送患者時是否安全安。這可是一個重要的問題！
于是，大伯把他們的爭執的焦點告訴了我，我把這個問題簡化成了下面這個樣子。如圖1所示：有等長輕桿AB和CD，不計重力，兩桿垂直，中點相互固定于點O。輕桿BC與AB固定于B點，與CD固定于C點。若在A點和D點，施加豎直向下的外力F，爭執的焦點是輕桿BC受力大小、O點受力的大小和方向。
關于BC桿受力，哥哥說說是F，大伯說是2F；O點受力，哥哥說兩端點受力，平移到O點是2F，方向向下。大伯說力臂縮短1/2，力增加二倍是4F，方向向下。到底應該是怎樣的呢？
我是這樣考慮的：
首先我確定這是一個靜力學平衡問題。肯定要用到高中物理知識共點力的平衡，考慮這個架子不能看成質點，因此我想還要用到力矩平衡的知識。我是這樣考慮的，先去掉OC部分。如圖2所示。
根據力矩平衡知識，以整體為研究對象，以C點為轉軸，A點力F的作用線過轉軸C。所以，B點受力也應該過C點。可以判斷，此時地面對B點的支持力為零。B點僅受BC桿的沿桿拉力。
以AB桿為研究對象，根據力矩平衡知識，以O為轉軸，BC桿對B點拉力為F。
再由共點力平衡，以整體為研究對象，此時地面對C點的支持力為F。
接下來再考慮圖1
由對稱性可以考慮BC桿受力為2F。如圖3所示。
不過也可以CD為研究對象，如圖4所示，以O點為轉軸建立力矩平衡方程也可得BD桿受力2F。
好了，BD桿受力的問題就這樣完美解決了。
接下來，0點受力，可有點兒小麻煩。我用到了高中物理課本上所學的共點力平衡和矢量正交分解矢量的合成知識。
如圖5所示。以CD桿為研究對象，將C點和D點的受力，分別沿桿和垂直桿的方向分解。將這些分力都平移到O點，再合成如圖5。結果，CD桿的O點受力合力大小為2F，水平向右。如圖6所示。
由對稱性可知，AB桿的O點受力合力是大小為2F，水平向左。
分析可知，這個固定點O受力效果是向兩邊水平被扯開的！不是豎直向下的受力！真是不分析不知道！思考問題確實不能只憑想當然啦！
最后我們確定了支架固定點的受力值，聯系廠家下料制造的時候我們將裝置受力的最大值設定為計算值的三倍，以確保機器在移送病人時，病人的絕對安全。
【關鍵詞】可靠性強化試驗;炮閂系統;強化系數;虛擬樣機;磨損
隨著科學技術的飛速發展，機械系統向著結構高度復雜化、功能集成化和動作智能化趨勢發展，其動力學行為變得越來越復雜，由此帶來的是機械故障率增加，可靠性降低。而可靠性直接反映了系統的質量指標，關系到整個系統運轉過程的成敗。一個系統，無論其設計思想如何先進、性能指標如何優越、適應性如何強，如果其可靠性很差，實際上就失去了使用價值。對于武器裝備，可靠性已經成為與性能同等重要的研制目標，對武器裝備的作戰能力、部署機動能力、維修人力和使用保障費用等都具有重要影響。
一、研究的背景及意義
21世紀以來，盡管受到導彈等各種精確制導武器的挑戰，享譽“戰爭之神”的火炮依然深受世界各國的青睞，它們不但在世界軍備庫中數量眾多，而且新的型號還不斷問世，由此不難看出火炮的研究仍然方興未艾。炮閂系統作為火炮關鍵子系統之一，是一個典型的純機械系統，其性能的好壞直接決定了火炮作戰威力能否正常發揮，并且關系到武器本身完好性和操作人員安全。因此，需要對炮閂系統各機構和零部件的可靠性進行研究，從而獲取各機構和零部件的可靠性特征，在發生故障或失效之前采取有效措施，確保人員的安全和火炮順利完成戰斗任務。炮閂系統中機構的可靠性是指機構在規定的工作條件下和規定的時間內完成規定的動作任務的能力，該項性能直接影響其他機構動作過程中的質量及整個系統功能的正常發揮，因而是衡量機構性能優劣的重要指標之一。對于維修人員來說，確定了構件的可靠性，也就明確了維修保養的時機，據此合理籌措備件，在失效發生前及時更換，有助于火炮順利完成其戰斗任務。因此，炮閂系統可靠性研究也就顯得尤為重要。
二、磨損的特征和機理
磨損是機器零件在正常運轉過程中不可避免的一種能量耗散的現象。這種耗散主要由摩擦引起。磨損的過程可以描述為由于機械作用和化學反應，在固體的摩擦表面上產生的一種材料逐漸損耗的現象，這種損耗主要表現為固體表面尺寸和形狀的改變。只要機器零件的磨損量或磨損率在規定使用期限內不超過允許值，就可以認為是一種允許的正常磨損現象。機器零件的典型的磨損過程一般分為三個階段：跑合、正常磨損、事故磨損。當材料磨損到零部件的外廓不足以傳遞運動或傳遞運動不確實時，可以認為磨損引起零部件壽命終止。
磨損是工程構件主要破壞形式之一，也是炮閂的主要故障模式。國家標準GB2889-82給出了磨損的定義：指相互接觸的物體在相對運動中表層材料不斷損傷的過程，表現為物體尺寸或形狀的變化。磨損是影響機械設備可靠性的主要因素之一。磨損是彼此接觸的兩物體在相對運動中伴隨摩擦而產生的必然結果。而摩擦是在外力作用下，發生相對運動或具有相對運動趨勢的物體受到與其相接觸的物質或介質的阻力作用，在其界面上產生的一種能量轉換的現象。按照摩擦表面的狀態，摩擦可分為干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦、混合摩擦;按照摩擦副運動形式可分為滑動摩擦、滾動摩擦;按照摩擦副運動狀態可分為靜摩擦、動摩擦。據此不難得到，炮閂系統產生的摩擦基本上都屬于干摩擦，其中多數為滑動摩擦，少數為滾動摩擦，且運動時要經歷從靜摩擦到動摩擦，或從動摩擦到靜摩擦的轉換。按照比較通用的、由布維爾提出的按磨損機理的分類方法，通常把磨損分為五類：粘著磨損、磨粒磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、微動磨損。考慮炮閂系統中各零部件的實際運動情況，并對零件表面形態研究分析，認為它們基本上都以粘著磨損為主。粘著磨損一般發生在相互滑動（或轉動）的干摩擦表面上，其基本物理過程可認為是粘著-剪切-再粘著-再剪切的循環。磨損主要以材料轉移的形式表現出來。在炮閂系統中，磨損作用的結構形式主要有三種：非規則外廓的凸輪表面磨損、圓柱磨損和平面磨損，它們的計算有各自的特點，其中非規則外廓的凸輪表面磨損最具有一般意義。近年來，通過對磨損狀態和磨屑分析以及對磨損過程的深入研究，提出了一些磨損理論，它們是磨損計算的基礎。目前，磨損計算的方法主要有IBM磨損計算法和組合磨損計算法。其中，后者計算的基本原則就是根據機械零件工作性能確定相配合表面所允許的位置變化量，即組合磨損量，然后由組合磨損量計算機械零件的磨損壽命。根據當前摩擦較為通用的磨損量表達式以及在銷-盤式摩擦磨損試驗機上進行干滑動摩擦磨損試驗確定磨損率與工況參數之間的關系，可認為磨損量W主要取決于表面壓力p、滑動速度v以及作用時間t，即：
（1）
式中：W是磨損量，即接觸區域單位面積上的磨損量;KW是工況條件系數，與材料、表面品質和狀態等因素有關;p、v是（表面）正壓力、速度;m、n是壓力和滑動速度對磨損率的影響指數;t是磨損時間。
三、基于磨損的強化試驗仿真
強化試驗通過提高試驗對象的工作應力水平，以達到在短時間內激發試驗對象失效的目的，從而對試驗對象的可靠性進行快速評估。但是，強化試驗中提高應力水平可能產生與實際服役環境中觀測結果不同的失效機理。因此，有必要對強化試驗機制下的失效機理進行探討。強化失效機理的研究內容包括自然失效機理、加速失效機理漂移，以及加速失效機理漂移的控制等。對于失效模式為磨損的構件來說，強化試驗的具體方案就是通過一定的強化試驗技術來加快構件表面的磨損，并且要防止磨損失效這一故障機理的漂移，保證試驗數據代表實際操作條件下的可靠性。
關鍵詞： 物理學科特點 探究性教學 體現
物理學產生于實驗實踐，也在實驗實踐中不斷發展，其全部科學知識和體系都離不開實驗和實踐。根據認識論和教育科學，人們的學習是從感性認識到理性認識，并且要完成幾個循環才能使知識得以升華、內化和活化，并最終回到實踐中去指導實踐，這樣才能實現知識的價值。物理學是科學，科學知識的獲得和應用更是如此。在物理教學中實驗是基礎，物理思想的概念、定理邏輯、方法是主干，數學的定量、公式、推理是工具。實驗是從感性到理性認識過程，從具體到抽象、從簡單到復雜的思維形成過程，符合學生的身心特點和認識過程。因此實驗既是物理教學的重要基礎，又是物理教學的重要內容、方法和手段。利用實驗可以培養學生多方面的能力。
現在探究性教學作為現在的熱門，極大地激發了學生的學習興趣，而在教學中也有一些忽略了物理教學的實效性，僅強調了學習興趣的情況存在。物理學作為一門獨立的學科也有其自身的特點。我試圖將探究性教學和物理學科特點在教學中結合起來，僅以驗證機械能守恒定律為例談談物理學科特點在探究性實驗中的體現。
一、物理思維特點在實驗中的體現
物理思維有一些比較明顯的特征，而這些特征在探究性實驗中也一一得到了體現。
1.模型化。模型化是指在研究問題的時候抓住其主要特征，而舍去那些次要的因素，形成一種經過抽象概括了的理想化“模型”，是一種思維的形式。在驗證機械能守恒定律時，把下落的問題視為只在重力作用下的自由落體運動，因為空氣阻力和紙帶與限位孔的摩擦阻力和重力相比非常小，對問題的影響可以忽略。這樣忽略了次要問題，就使問題就大大得到了簡化，便于研究。
2.多層性。一個物理問題的提出、解決，其后所牽涉的問題，可能有許多個環節，問題的解決所經歷的思維過程，往往需要分作幾個過程、階段或幾個方面、幾步。須經歷分析、綜合的相互轉換，循環往復，逐級上升。在進行該實驗時，可能第一想法就是使用打點計時器進行該實驗，在后面進行處理時應該得出動能的增加量ΔE稍小于重力勢能的減少量ΔE，即ΔE＜ΔE，這屬于系統誤差。改進的方法應該是調整器材的安裝，盡可能地減小阻力，當然由于誤差主要來自阻力，就可以通過改進實驗裝置來實驗，比如在測物體經過某點的速度時也可以不用打點計時器而改用光電計時器。這樣實驗中就避免了打點計時器的摩擦阻力，比原來更加精確。
3.多向性。多物理問題的解決，并不只有一種辦法或者并不只有一個結果存在，這是求異、發散思維的靈活性、廣闊性的體現。在驗證機械能守恒定律時除了課本上提供的利用自由落體運動來驗證外，也可以用其他方法，例如用擺球法來驗證，把一個擺球用懸線懸掛起來并拉到一定的高度，然后放開，擺球在擺動的過程中，動能和勢能發生相互轉化，忽略空氣阻力的影響，只有重力對其做功，所以機械能守恒。取擺球擺到最低點為零勢點，將光電門傳感器固定在不同點，設此點的高度為h，則在兩光電門傳感器的機械能為：E=mv+mgh，且兩處的機械能應相等。當然也可以在忽略摩擦的基礎上使用導軌或氣墊導軌（傾斜一定角度），這里限于篇幅就不一一介紹了。
4.表述的多樣性，文字、符號、圖像或其他的方法都可以用來表述，在驗證機械能守恒定律后也可以通過多種方法來表述。對于某個物體系統可以是初、末狀態的機械能相等，其表達式為E+E=E+E；也可以是系統由初狀態到末狀態總的動能增加量（或減少量）等于總的勢能的減少量（或增加量）。其表達式為ΔE=-ΔE。當然也可以使用v-h圖像來表示。表述的方法有很多，只要是正確的表述方法就應該肯定，從而保有學生的學習熱情。
5.思維的轉換，研究對象的轉換、物理模型的轉換和數學模型的轉換等是常見的。在驗證機械能守恒時，選擇不同的實驗器材，也就是研究對象不同，這都是見仁見智并不限于教材規定的東西，有利于學生發散思維的培養。
6.假設與驗證，驗證的方法，可以使間接的方法，即推理的方法，也可以是直接的檢查，即實驗的方法。在驗證機械能守恒時可以通過合外力做功等于動能變化來驗證，也可以像這里所說的用實驗來驗證都是可以的。
7.實踐性，探究性實驗的最大優點就是可以讓學生自己動手，實驗是學生自主地獲得知識和技能、體驗和了解科學探究的過程方法。這樣可以加深對所學知識的印象并幫助學生提高創新意識、樹立科學的價值觀。
二、物理知識特點在實驗中的體現
1.量綱問題，物理量后面一定要寫單位。不同量綱不能相加、相等，在該實驗中如果單位不統一，這樣在計算的時候就有可能得不到正確的結果，即使因為巧合得到了正確的結果也是不正確的，如果采用的是v-h圖像來表示，那也有可能得到一條傾斜的直線，但是傾角與正確值會相差甚遠。
2.物理概念，物理知識中有許多基礎概念在實驗中也會悄悄滲透，比如在這個實驗里面就滲透了自由落體、平均速度、動能、重力勢能、機械能等一系列基礎概念，在實驗中也就幫助我們強化了記憶，糾正和加深一部分不是很清晰的概念。
3.物理規律的應用
①由一般向個別轉換。在物理學中所有的規律是共同或共通的，怎么用規律解決問題，需要教師引導學生理解，學會具體問題具體分析。例如用v-h圖像來表示機械能守恒定律，可能大家的圖像各不相同，出現不同的問題，要能根據共同的機械能守恒定律、實驗原理來分析各自出現的問題。
②研究對象的實體向物理圖景轉換。對研究對象進行抽象思維，形成一定條件下的清晰的物理圖景，有助于學生思維的正常啟動。把自由落體中的機械能守恒擴展開去，不僅僅限于自由落體運動，只要滿足只有重力（或彈簧彈力）做功的情況下機械能都守恒。
③物理過程向物體的狀態轉化。在研究機械能守恒的問題時，可以將問題極限化，即只有重力勢能或沒有重力勢能這兩種極端的狀態，這樣也方便于學生處理問題。
④已知條件向解題目標轉換。在解決物理問題時，方法比結果更重要，新課改強調的是學習方法、解題能力而不是枯燥的計算，所以規律比目標更有用。首先是使用什么規律，然后才是求什么、算什么。
⑤文字敘述向示意圖形轉換。解題時借助示意圖“直觀”的功能，尋找解題的突破口在物理習題中，很多情況下是需要根據題意正確作出過程示意圖，示意圖畫得好，相當于對題意的正確理解，剩余的就是根據規律和條件建立關系式，從而找到要求的物理量。這點在所有的物理問題上都是共通的。
三、對探究性實驗教學的一點思考
―、防治“邏輯恐懼癥”
由教育部組織編寫、高等教育出版社出版的面向21世紀課程教材——《邏輯學教程》，成為目前權威性、方向性的邏輯教材。它反映我國邏輯學界改革傳統邏輯，使邏輯學迅速走上“現代化”的強烈愿望。教材中大量引進了符號邏輯內容，形成了高度抽象化的符號體系畫面，但由此邏輯學在大學生,尤其是文科大學生眼里就變得越發艱深，難以接受。冗長的符號公式、純理論的機械演算，使他們在心理上對邏輯學產生了距離感、畏懼感，由此釀成了“邏輯恐懼癥”。學生們認為邏輯學高深莫測，太抽象，太難學。進而產生“邏輯學有什么用”的疑問，覺得邏輯理論與現實缺少聯系，對邏輯學的功用感到茫然。因此，大大削弱了學生學習邏輯的興趣與信心：“邏輯恐懼癥”造成了邏輯學習者的心理屏障，嚴重影響著邏輯學的普及與應用，所以必須防治“邏輯恐懼癥”:如何防治“邏輯恐懼癥”？主要是使邏輯學貼近現實，也就是同以自然語言為表現形式的普通邏輯思維實際密切聯系。這是邏輯學的重要價值取向，也是其生命力之所在：大量事實說明社會大眾，尤其是大學生,他們需要邏輯：改革幵放的新形勢，要求研究新情況，解決新問題.尤其是大學生們希望邏輯學課程能幫助他們形成正確而敏捷的思路，對當前社會事件和學習課題進行推理和論證，提高思維能力和表述能力。邏輯學是一門工具性質的學科,只有得到實際應用，才體現出它的社會價值，同時邏輯應用也是獲取其生存價值的必要手段。應用性是邏輯學的永恒的價值主題，要體現這一主題，關鍵是防治“邏輯恐懼癥”，而防治“邏輯恐懼癥”的靈丹妙藥應該是改變邏輯理論與自然語言、日常思維相脫節的偏向，重視邏輯學的語言取向，緊密聯系表達普通思維的自然語言,開發邏輯學在以自然語言為現實表現的社會思維實際中的應用。必須重視思維的語言載體，方正邏輯學的價值取向，將邏輯理論、方法、技巧，積極地向普通思維實際應用領域轉化，充分體現邏輯學應有的價值和地位，形成該學科發展的良性循環。
二、辨析邏輯學研究對象
邏輯學研究的傳統對象是人的思維，它強調研究思維形式及其規律。但是,什么是思維？心理學說思維是自覺的心理活動;哲學說是理性認識活動;神經科學說是神經搭接。可謂“仁者見仁，智者見智'莫衷一是。總之，都不具有直接現實性。思維形式或結構是什么？有關專家指出它是大腦的神經網絡按照特定的規律、以特殊的形式形成的,是神經元的復雜搭接形式。如此說，思維形式或結構是相當復雜的，這樣一來，強調研究思維形式就給邏輯學蒙上了神秘的面紗，使學習者容易產生心理障礙。實際上邏輯研究的所謂“思維形式”如所有S是p”“如果P，那么q”等等，并不是神經搭接形式，而是語言表達形式，或者稱之為以語言模式化的思維的表達形式。而邏輯學稱之為“思維形式”或“思維的邏輯形式”，一味地回避語言形式。波蘭著名邏輯學家盧卡西維茨說思維是一種心理現象，而心理現象是沒有外延的，一個沒有外延的對象的形式指的是什么呢？思維形式這個表達式是不精確的。”他還說:“邏輯與思維的關系并不比數學與思維的關系多。”數學未強調它研究對象是思維，從基礎教育到高等教育，數學被學生們饒有興致地學習著;而邏輯學偏偏聲稱研究思維，便使曾經被編人中學語文的邏輯知識短文為了“降低難度”而刪除，邏輯課在大學文科課程中雖被保存著，但也被學生視為“艱深難學”，沒有興趣；我國邏輯學家李先焜教授說一般都認為邏輯是研究思維形式和思維規律的科學，邏輯研究的對象是人的思維。實際上，這只是一種歷史的觀念,而且是一種不太科學的觀念。邏輯研究的直接對象應該是語言。可以說，就其直接意義而言，邏輯研究的是語言。
語言可分為自然語言與人工語言。自然語言是人們日常使用的語言;人工語言是人工構造的表意符號系統.又稱符號語言3邏輯學研究的詞項、命題、推理等邏輯形式都表述為人工語言，這種人工語言實質也是自然語言的抽象，行使的是自然語言的某種職能。傳統邏輯中全稱否定命題“所有S不是P”是語言形式.現代邏輯將其形式化為VX(SP⑴），這是人工語言公式，不是所謂的“思維形式”。傳統邏輯中所謂“思維形式”包括“概念”、“判斷”等，確切地說應是心理學研究的對象。所以現代邏輯教材中使用“詞項”、“命題”或“陳述”等術語取代“概念”、“判斷”。邏輯學研究的主體是推理形式,這種推理形式在傳統邏輯中是用“S是P”、“s不是P”這類語句組成的。現代邏輯中則是用的人工語言形式化，即以一定的符號所表述的公式。這些公式表示的是符號與符號之間的一種關系,這種關系表達的是客觀的推理關系，具有客觀必然性。可見，認為邏輯學直接研究的是語言符號，并不否認它是研究推理關系的科學，但是這與心理學的研究是有區別的，心理學研究思維形式，研究推理，因為思維推理本身是一種心理過程。心理學研究人們實際的推理心理過程,它是作為心理描述的科學。邏輯學研究符號表達的客觀推理關系，不是描述心理過程。這是不能混淆的。這里、說邏輯學直接研究對象是語言符號、并不否認語言與思維的緊密聯系。但是，邏輯學研究的符號公式不能直接稱為思維形式。這里又需要將邏輯學與哲學認識論區別開來。哲學認識論直接研究思維，而邏輯學直接研究的是語言。當然，邏輯學最終要與哲學認識論相聯系并受其指導。
說邏輯學研究語言，又要注意將邏輯學的研究與語言學的研究區別開來。盡管在西方存在著邏輯學與語言學逐漸融合的現象，但二者作為不同學科還是有區別的。李先焜先生指出:“邏輯學是一門規范性學科，語言學是一門描述性學科;邏輯學主要研究語言符號的定義方法和推理關系，語言學主要研究各種語句的表現形式;邏輯學主要研究語言的深層結構,語言學則比較重視語言的表層結構。”可見，同樣以語言符號為研究對象，但邏輯學與語言學側重點不同，方法不同,結果也不同。語言學著重于研究語形的形成，語義的情感意義;邏輯學著重研究語形的變形，語義的理性意義。
三、加強人工語言與自然語言的結合
邏輯學研究語言又有對象語言和元語言之分，像語言就是被研究的符號和語言，例如：各種命題形式、推理形式、邏輯規律的符號表達式;元語言就是用來討論對象語言的語言,如關于各種命題形式和推理形式的定義，以及對各種推理規則的描述，使用的自然語言為元語言，我們的邏輯學教材中的兀語言具體說就是現代漢語。邏輯學研究的對象語言主要是人工語言（即符號語言），在邏輯學的研究及學習中，必須注重人工語言與自然語言緊密結合。邏輯學是理論性和實踐性都很強的科學。邏輯學的研究與學習要解決這兩方面問題,完成這兩種任務都必須使人工語言緊密結合自然語言。其中，人工語言是工具，自然語言是基礎。人工語言是直接研究領域，自然語言是應用領域，二者相輔相成。
首先，討論、理解、掌握邏輯學的理論，必須將人工語言結合自然語言。邏輯學的對象語言是符號、公式等，是人工語言。對人工語言詮釋、理解只有通過自然語言才能通俗易懂、深入淺出、生動活潑。命題形式是呆板的，推理演算是機械的，但自然語言是生動靈活的，自然語言表述的普通思維實際是具體形象的，邏輯學研究的人工語言(即符號語言〉與自然語言結合起來，邏輯學原理就有了血肉了。自然語言是活生生的,邏輯學的符號、公式等人工語言只不過是對自然語言的抽象。解釋諸如命題式、推理式、邏輯規律表達式等，用確切而通俗的元語言——自然語言，將抽象的邏輯學原理、公式具體化、形象化，深人淺出，才能使學習者準確理解、盡快掌握邏輯學基本知識、基本原理。邏輯教學必須注重以生動引人的自然語言講解邏輯概念、術語、原理、規律等，聯系現實，舉例引證，充分說明邏輯理論內容。這是首先要解決的邏輯學的理論性任務。
其次，要解決邏輯學的實踐性的任務也必須是自然語言與人工語言結合。我國邏輯學家彭漪漣教授曾在《趣味邏輯學》一書中指出邏輯學的生命在于聯系實際，邏輯學的力量在于指導實踐”。解決邏輯學聯系實際、指導實踐的關鍵是邏輯學緊密結合自然語言=自然語言是邏輯學最廣闊的應用領域，也是其最誘人的價值取向。離開了生動活潑的自然語言現實，將使邏輯學趨于機械、繁瑣、呆板，那么邏輯學就會被人譏為“催眠術”、“符號游戲”。
回顧邏輯史的經驗很值得重視。古希臘亞里士多德邏輯具有開創性貢獻，因為它與自然語言緊密結合,研究論辯，適應社會需求,所以受到歡迎。古羅馬邏輯主要講授修辭中邏輯，為講授錐辯術提供理論和方法的基礎’所以社會影響很大,：在我國，先秦時期邏輯的研究也很有影響。{墨經》《無名》以及《白馬論》等著作都是邏輯理論與自然語言結合的內容。這些都說明邏輯學源于當時社會語言現實，又眼務于社會語言現實，充分選擇了積極、正確的價值取向，體現了邏輯學的應用意義與社會價值，顯示了邏輯學旺盛的生命力。今天，邏輯學要生存、發展，同樣要緊密結合自然語言，緊密聯系思維實際，服務于現實需要，只有如此，才能重塑邏輯學的美好形象，發揮其工具作用，改變被冷落的困境。
語言表達思維，邏輯學中的符號語言表達式是以語言模式化的思維的表達形式。但是，現代邏輯的高度抽象化、形式化，往往脫離自然語言、思維實際。我國語言邏輯學家陳宗明教授曾經說現代人的思維是極其精密的，其語言表達也是豐富多彩的“形式邏輯的軟弱無力是與它不重視自然語言的研究有關的……，它過度抽象，大大降低了使用價值。類似語言的表里問題，形式邏輯更是缺乏應有的關心。20世紀70年代，非形式邏輯與批判性思維迅速興起，在國外已成為正式學科,許多學校開始了這種學科教學。這實際上是對高度形式化的邏輯學的辯證否定。要適應時代的要求、社會的需要，邏輯學研究及教學必須與自然語言緊密結合。讓自然語言為邏輯學提供現實材料和新鮮課題。要以符號語言為工具，對自然語言內在意義、邏輯關系進行分析，揭舉語言深層邏輯結構，解決自然語言中的邏輯問題。
