时间：2023-09-20 16:57:47
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇机械原理的研究对象，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
1机械创新设计的思维原则
思维的过程被称作是“思路”，在机械设计思维的过程中往往会有两个思维原则：（1）最短路径原则———设计者得到产品的功能要求后，往往会首先检索出最佳设计实例，这样一来便可以迅速接近目标，再运用价值工程方法，找出价值较低的极少数组件作为研究对象，再分析所得对象存在的矛盾，尝试用最小变动以解决矛盾，如果矛盾还是没有得到解决，那就将其拟作更大变动或扩大研究对象范围，最终得到最优结果。这样消耗最少能量的途径便体现了最短路径的原则；（2）相似性联想———根据汤川秀树的定同理论，联想能力就是找出事物彼此相似性的创造力，相似性就是事物间的内在联系。
2机械设计中设计人员应该树立创新的理念
要想突破传统的模式，在设计上有所创新，对机械人员首先就要要求其具有大胆的创新理念并会将其运用到时间中去。创新就是突破传统的思维模式，运用现代超前的理念进行问题的思考。对于一个设计者而言，缺少创新意味着他在工作上无法得到肯定。优秀的机械设计者要时刻谨记创新理念，要用创新的思维对问题进行深入的思考，再结合自己的专业知识将自己的设想转化成现实。
3机械的优化中应该具备的创新方式
（1）智力思维法———这是一种发挥集体智慧的方法，它通常是通过抓住瞬间的灵感或潜意识的新想法或通过相关专家人士针对某一目标进行讨论，通过相互启发、激励，在越来越多的思路中，在越来越好的方案中取长补短，最终引起创新设计的连锁反应，为机械设计提供更好的创新成果。
（2）仿生类比法———这是通过仿生学对自然系统生物分析和类比的启发创造新方法。自然界的动植物以其精妙绝伦的结构和性能为人类孕育出来新事物和新方法提供了学校的样板。机械设计者通过对自然界的生物技能分析类比，再对比相似之处得到创新，设计新机械。
（3）列举创新法———这是指依据一定规则，列举研究对象的各种性质，通过对这些性质的逐项分析，寻求改变来又发创新设想的方法。它适合于现有事物的改进及应用型的开发，一般经过的过程如下：列举特征———改变特征———改变事物。
（4）移植技术法———这是指将一个技术领域内的先进原理、方法或成果移植到另一个领域中，或把一种产品内的先进技术应用到另一个产品中，从而设计出新产品。在进行移植技术法的过程中要首先解决移植什么，为什么要移植，要想有效应用移植法就必须注意以下几个必要条件：1）用传统方法难以找到理想的设计方案或阶梯设想，或者利用相关专业领域的技术和知识根本无法找到出路；2）其他技术领域存在解决相似或相近问题的方式方法；3）对移植结果能否保证系统整体的新颖性、先进性和实用性没有定性判断。技术移植法可以分为技术原理式移植、技术手段式移植和技术功能式移植。技术移植法是对科学技术的发展，对促进发明创造具有重要意义，贝弗里奇说过：“使用移植法有可能促进科学发展，这也许是为什么科研人员要对自己狭窄的研究范围之外的发展，至少是重大的发展有所了解的原因。
（5）反求设计———这是指设计人员以先进的设备软件为研究对象，应用专业知识对其进行系统的研究和深入的分析，掌握关键技术，在消化、吸收的基础上，仿型或开发出同类型创新产品的设计。反求设计中一要在剖析原产品或技术中的“求”，二要在“再设计”中的“改”或“创”下功夫。通过反求，进行工程设计，这样它的起点比较高，更容易得到创新的产品。
自生态采运提出 20多年来，我国开展了一系列生态采运理论和技术的研究。但由于森林生态经济系统的复杂性和采运作业系统的多变性，至今尚未形成较为系统完整的森林生态采运理论和技术体系。采运作业系统是一种特殊、复杂的生态经济子系统，具有工业系统与自然生态系统相互交叉、影响的特性，应采取现代工程学和生态学的原理和方法，构建较为系统、完备的生态采运理论、方法和技术体系。生态采运的发展方向是逐步建立较为完备、系统的理论和技术体系，包括研究目标、研究内容体系、研究方法体系、标准体系、应用技术体系等。
1、研究目标和对象
森林生态采运的研究目标是寻求森林资源高效利用与森林生态系统可持续发展的和谐一致，达到经济效益、生态效益和社会效益的集成最大化，达到长短期效益的协调统一。生态采运的研究对象为森林作业系统，涉及系统的规划设计、工艺技术、机械设备、人机料管理等。森林生态采运针对森林的个体林木和整体生态环境进行具体工程作业。其对象是可再生的生物体和生物群落，其作业处于森林环境的特定条件下并严格受其限制。如打破这一限制将会造成生态失衡而破坏森林的可持续发展。因此，生态采运研究对象复杂、独特性强、影响因素多，工程作业内容广、类型多，涉及森林环境工程、土木工程、交通运输工程、机械运用工程、管理工程等。
2、研究内容体系
生态采运的研究内容包括采运工程与森林生态系统的相互作用机理、采运系统的评价分析与优化、生态型采运技术与设备、生态型采运规划与管理。在生态采运技术上，研究采运作业对土壤结构、养分、水分的影响机理；研究采运作业中的技术、经济与环境三者之间的关系；研究环境友好型采运作业技术，包括作业机械、作业方式、采伐更新方式等；研究生态采运技术的指标体系。在采运作业人类工效技术上，研究人机相互作用机理，尤其是机械操作对人的心脏、肌肉、大脑的影响机理；研究森林作业职业病机理，包括振动病、耳聋、生理心理病、神经病等；研究对人友好型机械，包括手持型机械和乘坐型机械，提高舒适性、安全性和作业效率；研究安全作业技术。在采运规划设计技术上，研究采运作业数字化、信息化技术；研究采运作业GIS技术、CAD技术；研究采运作业模拟和优化技术等。
3、研究方法体系
生态采运的研究方法体系涵盖工程学和生态学方法，包括试验方法和模型方法，涉及影响因子研究、评价指标和模型、生态经济学及其方法、工业生态学及其方法等。生态经济学是一门生态与经济相互渗透的边缘科学，它通过定量分析的方法来研究生态与经济的最佳结合，达到生态效果与经济效果的统一。具体涉及生态环境与经济的相互关系、生态环境价值评估、生态环境管理的经济手段、生态环境保护与可持续发展等。生态采运系统是一种特殊、复杂的生态经济子系统，具有工业系统与自然生态系统相互交叉、影响的特性，可以采用工业生态学的基本原理和研究方法，构建新型的生态采运研究方法体系。包括生态采运模式的原则和方法学，生态采运系统的物质、能量、信息流动分析方法，生态采运系统的全生命周期评价方法，生态采运作业的清洁化生产方法，生态采运工业园模式和方法等。
4、标准体系将逐渐建立
生态采运的标准体系，以规范采运工程的实施、监控、评价和管理，规范采运作业安全体系和装备系统的配备。包括采运作业设计规范和指南、作业规程和指南、试验方法、评价指标和评价模型等。标准体系可分为 4大部分：生态采运管理标准包括采运工程质量管理体系、采运工程环境管理体系、采运工程质量环境兼容管理体系标准等；生态采运技术标准包括采伐、运输、迹地更新、抚育采伐、林内路桥等工程建设标准及其生态环境保护标准；生态采运装备系统标准包括抚育、采伐、运输、更新等工程装备系统标准；生态采运工程劳动与安全标准包括林区道路标志、作业安全要求等。
5、 应用技术体系
生态采运的研究最终以应用为目的。生态采运的应用技术体系将包括应用模式、作业模式、实用模型、应用案例、典型优选系统等。针对不同地域、不同国情和不同林情应逐渐推出符合生态采运要求的典型生产工艺模式、采运作业技术、机械设备和工具、作业组织和劳动保护模式、规划设计和作业规程等。目前，国内外对生态系统经营（Ecological System Management）已经进行了大量的研究，针对具体森林类型的生态系统经营模式的研究已有初步的成果，例如，加拿大提出了 11种模式林的经营模式，中国也提出了 5种模式林分的生态采伐技术模式。一些国际组织陆续制订了《森林采运方法规范》、《森林采伐作业规程》、《林业安全卫生规程》等标准规范。中国也于 2005年颁布试行《森林采伐作业规程》（LY/T 1646-2005）。随着生态采运研究的深入，已经开始从理论和单项技术的研究向系统、综合和应用的方向发展，这将不断丰富、充实生态采运的应用技术体系，从而推动森林生态采运理论和技术体系的完善。
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.
关键词： 机械制造装备设计；教学改革；研讨
Key words： machinery manufacturing equipment design；teaching reform；seminar
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）33-0264-02
0 引言
随着我国机床行业大力发展大型、精密、高效数控装备及功能部件等重大技术设备，改变大型、高精度数控机床大部分依赖进口的局面，增强自主创新能力，培养掌握机械制造装备核心技术的专业人才是当前我国制造行业的当务之急[1]。
机械制造装备设计是机械设计制造及其自动化专业的一门重要的、涉及面宽、实践性很强的专业主干课程，也是本专业课程教学中的重点和难点。为满足企业对人才需求的日益提高，使学生能充分地利用自己所学到的知识独立地、创造性地进行设计，我们在课程教学中不断改革创新。下面结合本人在教学中的实际情况，谈谈机械制造装备设计课程教学的特点及其对该课程教学改革中的一些认识思路。
1 机械制造装备设计课程的产生及教学特点
20世纪70年代以后，由于微电子技术、控制技术、传感器技术与机电一体化技术的迅速发展，特别是计算机的广泛应用，不仅给机械制造领域带来了许多新技术、新工艺、新观念，而且使机械制造技术产生了质的飞跃，走上一个新台阶，这就要求高等教育事业跟上形势的发展，进行一次重大的改革。随着教学改革的深入，专家学者提出将原机制专业的机械方面的专业课进行课程的综合化与内容的优化，将金属切削机床概论与设计、金属切削原理与刀具设计、机械制造工艺学、金属切削机床夹具设计原四门专业课程进行整合，并对课程体系与内容进行摸索，不断总结完善。经过重组优化后，建立了新体系而成为两门课程——机械制造技术基础、机械制造装备设计[2]。机械制造装备设计成为了机械设计制造及其自动化专业一门理论和实践性紧密结合的专业课程。
从教师授课来看，这门课程包含的知识多、应用性强，如何将课程专业知识的应用融入到教学中，既取决于任课教师自身的理论水平和现场实际工程经验的多少，同时也与教师的教学方法息息相关。此外，机械制造装备设计课程与社会发展、科学技术的迅速发展密不可分，课程教学内容更新很快，需要及时跟上科学技术发展的步伐，这也对教师的教学提出了较高的要求。同时，如前所述，本门课程是之前老四门课程综合优化后的一部分，教学任务重，教学学时相对较短。因此，教师在相对较短的时间内，讲授较多的内容，上课学时相当紧张。
从学生学习来看，由于该课程的内容多、课程实践性强，而学生实践经验少，因此学生们一接触本课程总是不大习惯、不适应。另外，专业教材中的内容大多是一些基本的理论、装备的结构与工作原理等，使得学生的思维容易处于被动状态。因此，学生总认为本课程内容的系统性差，科学逻辑性不强等等，严重地影响了学生的学习积极性。
因此，本门课程无论是从教师教，还是从学生学来讲都是较难的，需要不断地在教学中摸索经验、不断地进行改革和创新。
2 课程教学中的改革思路
2.1 教学中应大力加强理论与实践的相结合 机械制造装备设计是一门重要的专业课程，主要内容是阐述机械制造中有关装备的作用、工作原理、设计方法等。课程设置的目的是使学生在机械制造装备方面获得最基本的专业知识和技能，为设计和改造机械制造领域中的装备及设备而服务。机械制造装备设计课程的研究对象基本分为4个部分：①机床的总体设计，传动系统设计和主要零、部件设计等。②常用机构设计，其主要研究对象为装备中常用机构的设计和使用，其中还包括工业机械手等。③工夹具设计，其主要研究对象为刀具及机床夹具。④工件输送装备，其主要研究对象为机械制造车间中运输机械的特性、工作原理、应用范围等以及生产流水线等。
学生在大四上学期学习本门课程，之前他们已经进行了机床操作实习和生产实习等实践类课程，这虽然为学生提供了一些宝贵的实践经验，但是作为机械制造装备设计课程内容所涉及到的机床、机构、工夹具等的设计而言却是不够的。同学们掌握如何操作机床，却对机床内部结构仍缺乏足够的认识。在对课程各部分的教学中，虽然可以利用多媒体显示各种机床或机构等的图片进行授课，但是同学们的切身感受仍不强烈。因此，在课程的理论教学中，可使部分课堂教学内容在具有实践条件的场所开展，力求教学、实验、实训、实践、考核一体化。如果将课堂从教室转移到学校实训中心，面对机床或机构、夹具实物等进行授课，学生在接受理论知识的同时会对机床内部结构、操纵机构、制动机构、传动机构等有了生动感性的认识，可以起到优良的教学效果。因此，我们在平时的教学中可以有针对性的弥补学生在这方面感性认识的不足。在实习工厂中，打开机床主轴箱盖，让学生了解机床主运动系统及其有关传动结构，观察主轴箱内各传动布置及轴上传动件布局、安装、定位和结构形式，对机构进行操纵，装卸夹具等，在实践中掌握理论知识，以理论知识指导实践。因此，在机械制造装备设计课程教学中，教师应对教学内容进行分级和筛选，将适宜的理论教学内容转变成实践化表达的教学形式。这要求教师对课程进行细致分析，对每一部分教学内容进行合理安排规划，使理论教学与现场教学有机的结合起来，相互协调、相互补充。使学生既能够学习到机械装备设计中严谨的理论基础，又能够亲手操作、亲身观察不同装备的结构和工作状况，大大加强了理论联系实践的能力。
2.2 教学中应充分注重培养学生分析问题解决问题的能力 机械制造装备设计课程其显著特点是紧密结合生产实际、涉及知识面广、综合性高、特别强调知识的灵活掌握。而在多年的学习生活中，大学生们大都养成了书本学习和死记硬背的习惯，卷面上的考试并不能完全体现出学生对课程的真正掌握情况。对机械专业的学生来说，尤其要求教师在教学别要注重培养学生的分析问题和解决问题的能力，引导学生善于对具体问题作出具体的分析。
从培养学生分析问题解决问题的能力出发，在教学中，教师对整门课程的教学顺序可采用与机械装备设计步骤相一致的原则。以机床部分的学习为例，可使学生体会到学习课程就是在完成一台机床的设计；学习的过程就是设计过程中困难的解决过程，让学生变身为设计师，角色的变换使同学有了不同的思维方式，令学生带着问题学习、带着兴趣学习。在教学过程中，教师可就教学中的关键点、难点问题详细讲解，而对于容易解决的问题可只对学生起引导作用。当学生在设计中遇到这样或那样的问题时，不是直接告诉学生答案，也不是让学生绕过问题，而是鼓励学生通过学习教材相关内容积极思考后，老师和学生共同讨论来解决，让学生体会到自主学习解决问题的能力，充分调动同学的积极性，锻炼同学们的思考能力。
例如，在讲授机床传动系统设计时，在授课中可有目的的讲授机床传动系统的主要设计步骤、特点和功用，鼓励学生从收集到的设计资料中认真分析总结，可以多设计几个不同的方案，从不同的角度多思考、多比较，并可采用课堂专题讨论法让同学们展开讨论，分析不同传动方案的优缺点，讨论其设计的合理性对机床性能等关键指标的直接影响。在讨论时，老师不能放弃主导作用，但又应作为普通一员来参与，设法让学生自己来主持讨论。当学生提出观点时，设法引导向正确方向发展，既对同学们容易忽视的设计细节加强提醒，又同时尽可能培养学生的学习主动性与创造性。最后由学生自己确定合理的传动方案和结构形式，以加深巩固同学们对本部分内容的掌握。
另外，在针对学生们实际设计水平有高有低的问题时，教师在设计指导中应该有所区别。针对设计中出现的多种可能的方案和结构，要做到开拓思路、活跃思想，使学生在设计中达到较宽、较深的要求。针对设计中准备的一些设计资料与设计图册，则要求学生应根据设计内容消化理解，做到多看、多想、多思考，切忌死搬硬套，应做到消化理解后的合理选用。
2.3 教学中应充分利用优质网络资源 早在2007年教育部就明确提出，要加强课程优质网络资源建设，并把信息技术作为提高教学质量的重要手段，广泛采用信息技术，改变高校人才培养模式，不断推进教学资源的共建共享，逐步实现教学及管理的网络化和数字化[3]。
目前，在我校网站我们完成了机械制造装备设计课程网站的建立。主要内容包括课程的教学大纲、电子教案、课程设计指导书、学习指导、练习指导、课程样卷及其相关学习网站推荐等，我们还在不断地对其进行完善与扩充。改革开放后，我国机械制造装备业获得迅速发展，目前我国已能生产出多种精密、自动化、高效率的机床及自动生产线，并达到一定的技术水平。而在学校的教学过程中，即使最新的教材也不能完全展现出我国乃至国际装备水平的发展状况，教师和学生都需要与时俱进。任课教师一方面应关注教材，选择最新的权威教材；另一方面应将教材中来不及反映的最新发展动态补充到教学内容中来，使学生能够掌握最新的专业知识。
运用网络平台，一方面给予学生更大的自，激发学生的学习兴趣；另一方面教师可引导学生紧跟时代步伐，使学生能够充分了解自己所学专业的发展状况，加强学生的学习动力。这对培养学生的创新意识，开阔学生的视野，紧密联系企业发展等都具有重要的意义。
3 结语
总之，机械制造业提供的装备水平对国民经济各部门的技术进步有着很大的和直接的影响，时代的发展对机械装备行业人才的培养提出了新的要求。这就要求教师进一步转变教学理念，切实加强教学中的理论联系实际，从学生的成长和社会的需求出发，推进学生在学习中分析问题、解决问题能力的培养，并应充分利用网络资源，与时俱进，全面提高学生的创新设计能力及综合工程素质，使学生得到更多的锻炼和培养，努力使其成为我国机械装备行业的优秀人才。
参考文献：
[1]王卫兵，魏敏.“机械制造装备设计”课程教学方法改革与实践[J].中国科教创新导刊，2012，13：205.
关键词：机械振动;噪声控制;微分方程
1. 课程描述
《机械振动与噪声控制》课程适用的专业为机械类与近机类，选修学生属于大学本科三年级下学期的范围。本课程侧重机械振动与噪声控制原理，其内容密切联系实际工程，是一门专业基础选修课程。该课程以机械设计、机械原理为理论基础，研究机械工程中广义系统的振动问题;同时它又是一种方法论。
2. 课程目标
本课程的目的在于使学生能以动态而不是静态的观点去看待一个机械工程系统;从整体而不是孤立的视角，从整个系统中的信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为;能结合机械工程，应用经典振动理论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决其中的问题。要重点研究2个方面：①对机、电、液系统中存在的问题能够以振动力学的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的内质和有效的解决方法;②如何控制一个机、电、液系统，使之按预定的规律运动，以达到预期的技术经济指标，为实现最佳振动奠定基础。
3. 课程内容及安排
授课28学时，实验4学时。
第O章 绪论
本章教学目标：全面掌握机械振动的基本概念和研究对象，了解本课程的研究任务、学习目的和意义。
本章教学基本要求：了解机械振动的基本含义和研究对象，学习本课程的目的和任务;掌握广义系统运动微分方程的含义。了解系统、广义系统的概念，了解系统的基本特性。掌握自由度的含义，学会分析动态系统内振动的过程，掌握系统或过程中存在的耦合。了解力学系统的几种分类方法;掌握振动力学的工作原理、组成;领会激励、响应的意义。了解振动系统中基本名词和基本变量。了解线性系统、非线性系统、确定性振动、随机振动的概念。了解模态的基本组成。
第1章 单自由度线性系统的自由振动
本章教学目标：学会单自由度线性系统的振动微分方程的建立方法、简化方法与分析方法。
本章教学基本要求：了解振动微分方程的基本概念。能够运用动力学、电学及专业知识，列写机械系统、电子网络的振动微分方程。掌握阻尼的概念、特点，学会求等效阻尼。能够用拉普拉斯变换求系统的频率响应函数。掌握频率响应函数的基本形式及相关参数的物理意义。了解无阻尼固有频率、有阻尼固有频率的意义。能够根据系统的振动微分方程，求出系统振动的通解。掌握无阻尼系统、具有黏性阻尼系统的响应求法。掌握相平面方法，了解相平面、相轨迹与奇点的概念。
第2章 单自由度线性系统的受迫振动
本章教学目标：学会通过系统的受迫振动方程来分析系统的时间特性。
本章教学基本要求：了解系统受迫振动的组成。初步掌握系统的特征根的实部与虚部对系统自由响应项的影响情况。了解受迫振动系统时间响应分析中常见的典型输入信号及其特点。掌握简谐激励的定义和基本参数，能够求解单自由度线性系统的单位脉冲响应。掌握受迫振动系统过渡阶段的基本形状及意义。掌握共振现象。掌握幅频响应曲线、相频响应曲线的基本形状，以及振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系。掌握半功率带宽的定义及其与系统特征参数之间的关系。了解如何通过半功率带宽的方法，解答系统的阻尼比。掌握共振频率的定义，掌握品质因数与系统阻尼比的关系，掌握频率比的含义。能够求解任意激振力作用下的响应，掌握卷积法，机械阻抗方法。
第3章 多自由度线性系统的振动
本章教学目标：学会通过系统运动方程的矩阵形式来分析系统的特性。
本章教学基本要求：掌握刚度影响系数的定义，掌握广义特征值问题、固有模态与模态正交性。掌握模态质量、模态刚度、模态矩阵、主坐标的求法。掌握复指数算法的基本数学原理，会严格证明。熟悉动柔度矩阵或复频响应矩阵。掌握比例黏性阻尼和实模态理论，瑞利阻尼的定义和具体表达式，瑞利阻尼中两个比例系数的确定。了解自由振动的模态叠加方法。会用模态叠加方法和直接求解方法确定系统的自由振动。了解减振器的概念。
第4章 连续线弹性系统的振动
本章教学目标：学会连续线弹性系统振动的求解方法。
本章教学基本要求：了解连续参数系统的定义。掌握直杆的纵向自由振动方程。学会固支杆、自由杆、一端固定一端自由杆的模态图。掌握模态函数的正交性。理解欧拉-伯努利直梁的弯曲振动动力学平衡方程。掌握均匀悬臂梁、均匀简支梁、均匀自由梁的模态图。理解矩形薄板自由振动，薄板的简单边界条件，前4阶模态的绘制。
第5章 线性振动的近似分析方法
本章教学目标：学会瑞利近似分析方法。
本章教学基本要求：了解近似分析方法的由来。掌握瑞利商。熟练掌握用瑞利法计算均匀简支梁的基频。（作者单位：三峡大学机械与动力学院）
基金项目：三峡大学2013年高等教育科学研究项目（1322）
参考文献：
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关键词：主流心理学；科学主义；自然科学取向
分类号：B84-06
1 引 言
心理学中存在科学主义和人文主义两种对立的流派。代表前者的构造主义、行为主义和现代认知心理学接受“原子论、还原论、客观论、决定论、量化方法五个原则”(高峰强，2001)，，以较大的影响力，在心理学中占据了主导地位。主流心理学借鉴自然科学――包括物理学、化学、数学、生理学、医学和计算机科学等，以机械自然观为基本世界观，以实证主义为基础方法论，吸收了经验主义、客观主义、操作主义、价值中立等自然科学原则，并引进自然科学的研究方法、技术、设备和成果，建立了类似自然科学的方法论体系，来指导自身的研究。这种自然科学取向，尽管促进了主流心理学的独立和发展，但也存在着明显的弊端，造成了“心理学研究课题、研究方法和社会责任的迷失”(Bakan，1996)。
那么，为什么主流心理学选择走自然科学之路呢?近20年来，尽管不少学者对这一取向的不合理性进行了批判，但是对于它产生的原因，尚未做深入分析。作者从历史、社会、经济、时代精神、学科建制的背景下，考察了主流心理学选择自然科学取向的原因，其中包括：历史上自然科学对主流心理学的影响、自然科学具备成熟的方法论和有利的时代精神、自然科学的实践性优势、社会需求对自然科学取向心理学的促进、主流心理学研究者的心理因素，以及心理学研究对象的复杂性。作者提出，随着心理学科的成熟、社会的发展和科学观的演变，人文社会取向的心理学研究将会受到更多的重视。
2 自然科学对主流心理学的历史影响
2.1 自然科学帮助心理学独立
人类心理一方面作为哲学思辨的主体和过程，另一方面又作为哲学研究的重要对象，这种主客体的双重角色，使得心理学同哲学相互交织，难以分离，无法跨出哲学思辨式的研究方法，始终无法独立。近代自然科学首先提出了独立的心理学研究的要求，并贡献出方法论、仪器和测量手段，帮助心理学摆脱了附庸哲学的地位，实现了独立。
19世纪初期，天文学家被反应时间差异所困扰。贝塞尔总结了“人差方程式”，提出了反应时间这一研究课题。18世纪末到19世纪初，神经生理学、感觉生理学、脑机能研究涉及到了心理学领域。以医学家布洛卡、维尔尼克和物理学家赫尔姆霍茨为代表的研究者们，研究了大脑机能、神经冲动和知觉等，创造了临床法、切除法和电刺激法，促进了生理心理学的产生。19世纪30-60年代，生理学家韦伯研究了物理刺激与心理感觉之间的关系；物理学家费希纳利用物理学和数学方法，创造了均差法、正误法和最小可觉察法，创立了心理物理学。1879年冯特借鉴自然科学，建立了第一个心理学实验室，心理学研究终于具备了客观性、实证性、经验性和可操作性，成为一门独立的科学。
2.2 自然科学推动主流心理学发展
主流心理学在发展过程中，吸收了大量自然科学的原理和成果。艾宾浩斯以实验方法控制记忆条件、观察记忆结果，首次研究了高级的心理过程，推动了实验心理学的发展。铁钦纳吸收经验主义和联想主义，秉承原子论，对注意、联想、情绪和情感进行了研究，创立了构造主义心理学。行为主义采取实证主义、机械唯物主义、经验主义和还原论，吸收了条件反射学说和生物进化论，以刺激一反应模型对行为进行了严格的实证性研究。新行为主义接受逻辑实证主义、操作主义和物理主义，采用数学和逻辑语言来描述人类行为。认知心理学吸纳了信息论、控制论、系统论、数理逻辑、计算机科学，把人的思维看作物理符号系统来进行研究。尽管它反对行为主义对意识研究的忽略，但仍然继承了经验主义和实证主义原则。当今的主流心理学出现了生物神经学化的趋势。它吸收了认知神经科学、生物遗传学、习性学的研究成果，从生物决定论的视角，以基因、神经和激素等生物层面上来解释心理现象。
如此看出，在心理学独立和发展的过程中，自然科学起到了重要的推动作用。而人文社会科学的创立和发展，相对于自然科学来说比较晚。加之这些学科本身就不够成熟，其对于心理学的影响也较为次要。
3 自然科学成熟的方法论和思想基础
3.1 原则和方法论优势
自然科学方法论建立在决定论、机械自然观和客观性原则上，追求普适性真理，采用实验研究方法。与人文社会科学相比较，自然科学具有原则和方法论的优势。
1)决定论：决定论假设存在着普遍的因果规律。这就意味着，一旦认识到事物发展变化的规律，人们就有能力对事件进行预测和控制。因此，决定论是科学研究和社会控制的前提。与决定论概念相对的是自由意志，它较多出现在人文社会研究当中。自由意志排斥因果关系，然而没有因果关系，学科的实用性就大打折扣。
2)机械自然观：机械自然观把宇宙比做精密的机器。这种世界图景具有简明性、精确性、规律性、可预测性和可控性，有利于研究工作的开展和研究成果的应用。人文观点承认心理的主观能动性、复杂性和易变性，这就造成了研究的困难。
3)客观性原则：自然科学家坚持客观主义，尽可能地排除研究者主观态度、信念和偏见对科学研究的影响，以期发现客观真理。客观性原则还树立了一元的真理标准，有利于研究者之间的交流和对成果的评判。
4)普适性：自然科学追求普适性的真理。自然科学家运用归纳和演绎的思维方式，来探索个别现象和普遍真理的联系，这种方法有利于理论的产生、检验和推广应用。
5)实验方法：在实验方法中，自然科学家通过控制变量来确定相关或因果关系，产生的结果具有必然性和较高的可信度。而人文社会科学的结论具有较大的或然性，可信度较低。
以上原则和方法的应用使自然科学具备了客观性、普适性、准确性、一致性、可观察性、可重复性和可操作性，形成了一个颇具吸引力的方法论体系。
3.2 有利的时代精神
科学的发展是特定的社会阶段和时代背景的产物。因此。“对心理学发展史的理解必须考虑这一学科进化的背景，考虑学科中的流行观念和那个时代的文化，以及时代精神或时代的思想氛围”(Schultz&Schultz，2007)。近几个世纪的多数哲学思潮、时代精神都是有利于自然科学的。
唯科学主义极大地提高了科学的地位。自文艺复兴、科学革命开始，天文、数学、物理、生理、医学等自然科学获得了空前的成功，“科学取
代宗教成为最为突出的理智的权威，成为文明世界的世界观的定义者、审判者和护卫者”(Richard，2007)。唯科学主义随之诞生，它认为自然科学能够解决一切问题，而其他知识都是不可靠的。在唯科学主义盛行的情况下，主流心理学作为新兴的、具有争议的学科，采取自然科学的定位是明智的选择。
从物理属性来阐释人性的机械主义人性观也随着科学革命而盛行。另一方面，由于工业生产方式，“现代社会的一个特征是机械化，工业化和技术化代表了机器变成社会中心这一过程”(Griffin.1998)。在机械主义人性观和机械化社会的影响下，主流心理学走自然科学的道路，是符合社会思潮和需求的。
19世纪开始流行的实证主义崇尚理性，强调经验，提出科学研究必须采用假设、演绎、验证和数学方法，以揭示事物运动的规律。这些思想是与现代科学精神相一致的。通过这些主张，实证主义提高了自然科学的权威，为其发展提供了有利的思想氛围。
经验主义是自然科学的基本原则。它主张人类知识起源于感觉经验，而自然科学正是通过经验性研究来实现的。与之相对的理性主义否认经验的可靠性，也就贬低了科学的价值。在两种哲学思想的交锋中，经验主义自13世纪开始占据上风，直至今天仍然处于主导地位。
现代工业文明由理性文化主导，这与自然科学的理性前提是一致的。现代经济、政治、社会管理等基本活动都体现了理性精神，这一精神渗透到人们的思想意识当中，创造了有利于自然科学的文化氛围。
除了刚提到的唯科学主义、机械主义人性观、实证主义、经验主义和理性文化之外，西方思想中的唯物主义、联想主义、客观主义、身心交感论、物理主义、操作主义，以及达尔文主义等哲学思潮，都推动了自然科学的发展，也吸引了主流心理学向自然科学靠拢。相比较之下，人文取向的思潮，如解释学、现象学、存在主义哲学，则影响力较小。
4 自然科学的实践性优势
与人文社会科学相比，自然科学具有较多的实践性优势。这些优势即吸引了主流心理学，也成功地推动了主流心理学的发展。
4.1 研究对象的性质
从研究对象的性质来看，自然科学的研究对象是客观物质世界，具有客观性、机械性、普便性、同质性和易操作的特点。在不同的时间和地点，不同的自然科学家能够找到同质的研究对象，进行重复验证。因此，自然科学易于积累、比较和评判研究成果。相比之下，人文社会科学的研究对象存在较大的主观性、发展性、异质性、历史性、文化性、伦理性和不稳定性，操作性也较差。人文社会学者很难找到同质的研究对象：很多人文社会现象随着历史推移而变化或消失；伦理性原则束缚了对研究对象的控制：社会现象、文化和人类个体较难作化研究。
从研究对象与外界联系来看，自然科学的研究对象是相对孤立的，较容易确定因果联系。而人文社会科学研究对象则处于宏大的社会文化背景、交互错杂的关系当中，较难寻找到规律。因此，主流心理学偏重研究具有自然科学品性的心理现象。
4.2 研究方法
实验方法是自然科学研究的重要手段。实验方法有固定的程序，通过控制变量来确定不同变量之间的关系，容易得出较明确的结论。因此它也赢得了主流心理学的青睐。在《四十项改变心理学的研究》一书里，40项心理学研究中，有28项采用了实验方法，其他研究方法――观察法、调查法、临床法、总结性研究和思辨方法全部加起来，才占了12项研究(Hock，2004)。
自然科学应用数学方法进行定量、统计和分析，以求客观性、精确性和可操作性。主流心理学追随了自然科学的数学化趋势，以对其重要思想进行严密的阐述(Thurstone，1986)。数学方法的引用为心理学带来“简洁精确的形式化语言，数量分析和计算方法，推理工具和逻辑证明工具”(陈宏，2006)。相比之下，人文取向的研究则较少采用数学量化方法。而采用定性方法时，其定性的标准又多为主观，难以确定。结果就造社会科学比自然科学更难出成果，却更容易产生理论分歧。
另外，技术、设备的应用帮助自然科学家更好地观察、测量和控制研究对象。主流心理学采用了大量类似的技术和设备：从记忆鼓、棒框仪、闪光融合器到迷津、斯金纳箱、测谎仪，再到磁共振成像技术、正电子发射断层扫描技术、事件相关电位研究技术等；近年来还出现了计算机化的研究趋势。这些技术、设备的应用使自然科学成果产出稳定，相比之下人文社会科学较难应用技术、设施来辅助研究，故显步履艰难。
4.3 研究成果的物质转化
自然科学与物质进步直接相联系，多数研究成果可以迅速投入到工业生产、生活消费当中，社会贡献是外显的。在实际运作当中，自然科学研究往往和农业、生产制造业、商业等联系在一起，以研究成果换取资金支持。人文社会科学的成果则更多是非物质和隐性的，不直接贡献于物质资料，较难投入商业运作，只能应用到政府、管理、学术界、艺术等有限领域，获得的资金、政策支持也比较少。
4.4 社会认可度
自然科学研究具备客观性和精确性，为社会作出显而易见的物质贡献，因此比人文社会科学受到更多的社会重视。从社会心态来看，由于自然科学距离生活常识较远，大众缺乏专业知识对自然科学进行批判。而人文社会科学贴近现实生活，大众经常凭生活经验对其进行批判，因此，它在大众心目中的权威性不如自然科学。
5 社会需求对自然科学取向的促进
科学的发展受社会需求的推动。“科学已经有意识地并直接地指向具体的领域，而且这些具体领域的选择已经越来越不由科学家决定了……科学研究工作越来越多……受科学以外的机关或团体――工业和政府部门所组织起来的研究机关或团体所控制”(Mason，2005)。心理学的独立和发展历经了第二次工业革命、世界大战、信息化、经济发展和社会制度建设。这种社会经济状况对心理学的需求，更多表现在物质建设的层面。工业、商业、教育、医疗、军事、科学等领域的需求，有力地促进了行为主义、认知心理学和心理测量等自然科学取向心理学的发展。
独立的心理学研究的必要性，是由天文学、物理学和生理学等自然科学提出来的。主流心理学回应自然科学的需要，强调人的机械性和生物性，先天地与自然科学联系到了一起。为了解决狗的腺体分泌遭遇干扰的问题，生理学家巴甫洛夫转向了对条件反射的研究。行为主义建立在条件反射原理上，与生理学产生了必然的联系。
1903年法国政府对智障儿童的关注，1905-1913年欧洲向美国的大规模移民，1917年美国加入一战时大量征兵，都需要检验人们的心理素质和能力(Gregory,2006)，有力地推动了心理测量运动。现代社会的多个领域――教育、医学、企业、行政、学术研究等，都大量应用测量技术对人的心理进行评估。
美国工业革命完成后，大量涌入美国的移民需要接受训练，以适应新的生活和生产方式；不同地区、群体之间的思想分歧需要被调和，以巩固统一的国家观念；工业的迅速发展要求培训工人，以提高工作效率。这使得强调行为塑造、社会控制的行为主义被广泛应用，占据心理学统治地位长达几十年。
二战后，战争的推动、计算机与航天科技的发展，都要求对人类认知进行研究。随着西方国家从工业社会迈入后工业社会，或信息社会，知识产业、信息产业发展壮大，推动了现代认知心理学的发展(车文博，2007)。
纵观历史，心理学独立之时，正是工业化、社会化生产蓬勃发展及社会制度完善的时期。工业社会更多强调的是经济发展、制度建设的目标，而非人文的、精神的关怀。在以机器生产为基础的工业文明中，“心理学服务于这些机器的设计，使得机器最大程度地符合人的能力和特征，同时确保人最有效地使用这些机器”(Denis，2007)。国际竞争造成了近代科学发展的一般倾向：“工业不大发达的国家总是在大力开展工业方面的科学研究，而工业比较发达的国家则把大部分拨款用在军事科学研究方面”(Mason，2005)。自然科学取向心理学迎合了工业和后工业社会的需要。
但是，后现代主义思潮已经开始挑战工业文明和理性主义，强调社会、文化环境当中的人的生存状态，为人文取向的心理学开拓了空间。从历史发展的进程来看，随着人类社会的进步，物质生活的富足，人们将更加重视自身文化性、精神性的存在。人文取向的心理学也会随之发展。
6 研究者的心理因素
6.1 研究者的学术偏好
库恩指出，科学中的一些决定并不是出于逻辑思考。而是基于个人的喜好、价值、政治信念和科学共同体中的共识(Kashdan&Steger,2004)。Karl Lashley和Gregory Kimble分别提出，心理学家的学术取向更多是出于性情和世界观，而不是理性思考(Hergenhagnn，2004)。Lashley把心理学家划分为柔性思想和刚性思想两种，以此解释了他们选择不同学术取向的原因：“这些纯粹是由性情决定的。是基于性情而不是理性的选择”(Lashley,1923)。Kimble选取APA成员和大学生进行调查，得出结论：不同分会的APA成员、不同学术水平的人士分别倾向于不同的学科取向(Kimble，1984)。
主流心理学的自然科学取向在相当程度上受到了学术队伍组成的影响。在心理学早期的学术队伍中，大批著名的心理学家，比如冯特、铁钦纳、詹姆士、高尔顿、卡特尔、麦独孤和伍德沃斯等，都是从医学、生理学或物理学转向心理研究的。在心理学研究中，他们把大量的自然科学方法和成果带入了主流心理学。在后来的发展中，主流心理学也大量吸收了生理学、医学、计算机、数学等领域的人员。即使在今天。很多大学都鼓励有医学、数学或计算机基础的学生报考心理学。接受自然科学世界观和方法论的研究人员，在数量上远远超过了人文社会取向的研究者，这种状况在相当程度上促成了主流心理学向自然科学方向的偏倚。
6.2 研究者的顾虑
在科学主义的影响下，将心理学建设成为一门自然科学，成为了无数研究者的梦想。但是，由于研究对象的特殊性，使得心理学诞生艰难，科学地位不巩固，以至于研究者对心理学的合法性缺乏自信心。由于心理现象的主观性和内隐性，早在17世纪，伽利略就指出心理学不能成为一门科学。由于心理现象在过去不能被实证研究，实证主义的创始人孔德拒绝把心理学列入科学的名单。由于不能采用量化研究，康德也认为心理学无法成为科学。心理学是否属于科学的问题，至今仍在争辩当中；近20年还出现了关于心理学合法性的危机论。
根据流行的英美科学体系，只有自然科学才是严格意义上的科学，社会学科只能勉强算是科学，而人文研究则只是“学科”，不是科学。因此，为了确立心理学的科学地位，多数心理学家选择了自然科学而不是人文社会科学的取向。很多心理学家对自己的研究方法心存顾虑，于是尽力遵循自然科学方法论：“以方法中心为根基的正统观念鼓励科学家保持‘安全、明智、稳妥一(马斯洛，1987)。
哲学式的思辨成了主流心理学研究的大忌。Teo指出，“在20世纪，对哲学式思辨的指责成了对心理学家的死刑宣判”；在建立自己理论的时候，冯特、华生、斯金纳和乔姆斯基纷纷批评前人对哲学思辨方法的依赖(Teo，2008)。为了避免哲学化之嫌，华生否认把意识作为研究对象，而是将心理现象还原为肌肉活动和腺体分泌的物理、化学现象。在斯金纳的激进学说中，理论研究甚至被完全抛弃(Hergenhagnn，2004)。主流心理学家服从自然科学的权威，忽视了心理学研究对象的特点，造成了自然科学化的取向。
7 心理学研究对象的特点
7.1 早期的自然科学取向
心理学的研究对象有着复杂的属性：物质性、生物性、社会性和精神性并存。这四个范畴之间有依存性和时间性的递进关系：在依存性上，序列中前者是后者的基础，后者由前者演进而来。在时间上，存在无机物、有机生命、社会、意识先后发生的时间关系。由于这四种属性中占据前位的相对客观、机械、静止和外显，所以研究起来比较容易。这就决定了学科自下而上的发展规律。学术研究从基础性的对象开始，这样不仅有利于进行根源性的探索发现，也有利于知识在由低到高的层次上积累和发展。另外，这种研究顺序也符合人类社会由低级向高级的发展规律，从而顺应了社会需求。
由于人类机械性与主观能动性、生物遗传与社会文化影响、物质性与精神性并存，心理研究面临很大困难。刚诞生不久的心理学不具备完善的方法论对如此复杂的研究对象展开全面研究，只能从低级的心理现象入手。所以，机械性和生物性的心理现象受到了主流心理学的青睐。
7.2 未来的整合趋势
主流心理学选择自然科学取向尽管是明智之举，但是也为此付出了代价：“理论和方法通过忽视不能被数量化的现象来获得流行”fLalvor,2003)。心理学研究应该遵循这样的规律：从机械性到能动性，生物性到社会性、精神性，静止到动态，外显到内隐，由片面研究到整体研究，决定范畴到自由王国，功利追求到审美追求，从服务经济到以人为本，从关注人的生存需要到发展需要。当心理学逐步成熟时，人文社会取向的心理学将获得较大的发展，与自然科学取向心理学进行整合。Henriques指出，心理学面临的困难是整合关于人的不同层面的知识的困难，并且提出了一个与上述观点相似的树形知识结构(由四个维度：物质、生命、思维和文化组成)，来整合知识系统，从而解决心理学分裂的问题(Henriques.2008)。
洪晓楠从科学哲学角度阐述了科学与人文进行整合的必要性：
“科学只是揭示了人的生活世界的一个维度或几个维度，……人对世界的把握并不仅仅限于科学认知，意义的追问和探求总是多向度的，这就需人文的探索和揭示来完成。只有科学与人文的互补整合，才能完整地表达人的存在的全面性和人的本质的丰富性”(洪晓楠，2008)。主流心理学将人机械化和生物化，忽略了人的社会、文化和精神维度，是不足以穷尽心理现象的丰富内涵的。一个更为宏观、整合的范式才可以对人的心理现象进行全方位的探索。
8 结语――个宏观的范式
由于以上原因，主流心理学在发展初期走自然科学化的道路，有其必要的学科建设意义。但是“近年来，我们已经观察到逐渐上升的对科学心理学方法论，以及其相应的理论思考的不满”(Toomela.2007)。采用自然科学方法论的心理学研究已经被批评为“解答问题的方法论与所提出的问题之间的不匹配”(Toomela，2007)。心理学中有很多问题并非经验性问题，而是关于意义、理解、道德、文化等宏观的问题，并不仅仅限于因果关系的描述上(Stam，2006)，自然科学模式不能完全满足心理学研究的需求。另一方面，科学方法论是由哲学规定的，并且在提出假设、建构理论和解读数据的时候，哲学思辨是不可或缺的。因此，哲学思辨不应该成为心理学的禁忌。
【关键词】寿命预测；门式起重机；疲劳
Fatigue（疲劳）一词最早出现在早拉丁文中（Fatig？re），通常是指人的身体和精神上的劳累。作为工程术语，疲劳用来反应在循环变载荷作用下材料的损伤和破坏。在上世纪60年代，国际标准化组织（ISO）发表的报告《金属疲劳试验的一般原理》中对疲劳的定义是：“金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能变化叫做疲劳”[1-2]。疲劳的另一个定义是：材料在循环应力或循环应变作用下，由于某点或某些点产生了局部的永久结构变化从而在一定的循环次数以后形成裂纹或发生断裂的过程称为疲劳[36]。
根据研究对象、载荷条件、环境和介质情况，疲劳有很多种分类方法。
1）按研究对象可分为材料疲劳和结构疲劳；
2）按失效周次可分为高周疲劳和低周疲劳；
3）按载荷条件分随机疲劳、冲击疲劳、接触疲劳、微动摩损疲劳和声疲劳；
4）按温度环境分为高温疲劳、低温疲劳、热疲劳和腐蚀疲劳。
1 估算方法分析
名义应力法是最早的抗疲劳设计计算方法，它以零件或材料的 曲线为基础，结合疲劳累积损伤理论，对照试件或结构疲劳危险部位的应力集中系数和名义应力，校核疲劳强度或计算疲劳寿命。
MSC.Fatigue的疲劳分析过程[3-4]可以用图2的五步曲来表示[38]：
图 1 MSC.Fatigue疲劳分析五步曲
Fig.1 Five Steps of MSC Fatigue Analysis
2 载荷信息分析
图 2 修正后的Q345钢的P-S-N曲线
Fig. 2 Corrected P-S-N curve of Q345 steel
门式起重机械的主梁在工作中所经历的最大应力远低于材料的屈服极限，其变形均为线弹性变形，处于低应力高频疲劳状态，起重机金属结构疲劳属于高周疲劳。因此，在运用MSC.Fatigue进行主梁的疲劳寿命分析时，运用名义应力法，即假设起重机主梁结构中不存在裂纹缺陷，并结合Miner法则进行全寿命分析。
为了起重机的安全，取置信度为99.9%时的疲劳极限值205.31MPa，得到修正后的Q345材料P-S-N曲线如图2所示。
考虑到实际操作过程中，根据厂方提供的数据，该起重机满载起重量为300t，每天起吊100000t的货物，每周停止工作半天检修，每天的循环次数为1000/3，以一天24小时为单位，把主梁承受的随机载荷编制成符合实际情况的载荷谱图。
3 疲劳寿命估算
运用MSC.Fatigue疲劳分析软件对造船门式起重机主梁钢结构分别在表1中各个工况载荷下进行疲劳寿命分析计算，得到各个工况下的疲劳寿命云图如图3到图 6所示。
从计算结果可以得出：
1）该类型造船门式起重机主梁结构的最小寿命计算值为1.72×106小时，折合成年数为15.2年；
2）该类型造船门式起重机主梁跨中以及端部上盖板和侧板焊接处的疲劳寿命相对比较短，应作为检修的重点巡检部位；
3）若对这类型退役的造船门式起重机进行再制造时，要特别注意其易发生疲劳损伤的危险部位，使用无损检测技术探测其内部肉眼不可见的潜在的疲劳裂。
表 1 工况介绍
Tab.1 Working conditions
图 3 工况一寿命云图
Fig. 3 Life contours of Conditions one
图 4 工况二寿命云图
Fig. 4 Life contours of Conditions two
图 5 工况三寿命云图
Fig. 5 Life contours of Conditions three
图 6 工况四寿命云图
Fig. 6 Life contours of Conditions four
【参考文献】
[1]孙跃众，何小娥，张凤.起重机械主要零部件检查及报废标准[J].建设机械技术与管理，2009（9）：152-154.
[2]杨勇.岸边集装箱起重机剩余寿命及其损伤形式的研究[D].武汉： 武汉理工大学，2009.
【关键词】变质量系统;质点;经典力学
在液滴的蒸发与凝聚、滚雪球、纤绳提拉、甚至火箭喷射等变质量的物理力学问题中，我们往往是着眼于主体的运动。如果把主体作为研究对象，这就是一个与外界不断发生质量交换的系统。这时的情况就较为复杂，若不加分析地把适用于质量不变系统的力学规律，用来解决这类问题，就会得到错误的结果。
图一
一、如何处理变质量系统的力学问题呢？我们只要设法把它转化为质量不变系统的力学问题就行了。如图一，把t时刻主体m，和t至t+t时间间隔内主体与外界交换的质量m，作为我们的研究对象。那么，在t+t的全部时间间隔内，所讨论的系统的质量是不变的，即系统可视为一个质量不变系统，由此就很容易得到变质量系统的动力学公式。
设某一时刻t，主体质量为m，其质心速度为v，在t+t时，主体质量变为m+m，速度为v+v，即这段时间内，有质量为m的质元加入（或离开）到主体上，设m在附着于主体m之前的速度为V，（这里v和v ' 相对于同一惯性参照系），又假设在t时间里，作用在主体m上的合外力为F。对于包括m和m的系统，其质量是不变的。因此，关于质量不变系统的动量原理仍然适用，于是有：
F・t =（m+m）（v+v）C mv Cmv '
在t0的极限情况下，略去两个无穷小项的乘积，可整理得
F+ v ' = m （1）
若以u表示dm相对于主体的速度，因u= v ' C v，则（1）式可写成
F + u= m （1'）
式（1）或（1'）就是变质量系统的力学基本方程。
由式（1）和（1'）可以看出以下意义：式（1'）中 u具有力的量纲，它显然是加入（或放出）的质元对主体的一种作用，有人把这种附着（或放出）反应的作用，称为反作用力。如果考虑到这种反作用力，（1'）式就与通常的牛顿第二定律的形式一致了。对于增质量情况，当u与V方向一致时，反作用力u为正，对主体来说是推动力;反之就是阻力。由静止向上提起一根纤绳的运动，就属于后者的类型。对于减质量的情况，当u与v方向一致时，反作用力u为负，对主体来说是阻力;反之就是推动力，如火箭飞行就属这类。
二、根据式（1）或（1'），我们可以导出关于变质量系统的动量原理和动能定理等力学的重要原理。
式（1）对时间取积分，得
F・t +v 'dm = m2v2-m1v1（2）
这就是关于变质量系统的动量原理。它表明，对于变质量系统，系统的动量变化，不仅与外力作用的冲量有关，而且与质量迁移所伴随的动量迁移的多少有关。
对于F=0，v=常量的特殊情况，由（2）得V'（m2-m1）= m2v2 - m1v1 它清楚地说明，此时系统的动量变化，是由于质量迁移的结果。
三、对于变质量系统，外力所做的功与系统能量变化的关系，可以推导如下：
若在dt这段时间内，物体通过的位移为ds，则作用在系统上的力F所作的元功为
dA = F・ds =・ds-v '・ds = v・d（mv）-v '・vdm
因v・d（mv）= d（mv2）+v2dm则对于一个完整的过程
A=F・ds =（m2v2 2 -m1v1 2）+v2 2 dm -v '・vdm （3）
这就是变质量系统的功能关系。
式（3）出现了两项与质量迁移有关的项，为了搞清它们的含义，不妨举例说明。
如图二所示，若一匀质纤绳，线密度为λ，盘绕在光滑水平面上h0，由静止向上提拉。设提拉到高度hh0时，速度为V。取图示坐标，合外力F= f-λgy;考虑到v ' = 0，代入（3）式并整理得：
f・dy=（λh v 2 + λg h 2）+v 2 dm
上式右边括号表示纤绳机械能的增量。上式表明，在提拉纤绳过程中，拉力所做的功中，有一部分并没有转变为机械能，这就是提拉过程中的机械能损失。其意义是很明确的：在纤绳提拉过程中，不断有静止的质元加入主体，这些质元与主体发生了类似于非弹性碰撞的物理过程。这部分损失的机械能，当然是由外力作功来提供的。
对于v'不等于零的情况，v '・vdm ≠ 0，它可以理解为伴随质元的迁移所转化或迁移的能量。（如火箭因燃烧而喷射高
速气流时，所转化的能量。）
四、在前面的讨论中，我们把主体（系统）看成千个“质点”;就是说，我们没有考虑物体的转动，而只研究物体的平动。因此，上述的有关规律，是关于质点的变质量系统力学规律。在此基础上，我们可以建立相应的变质量刚体力学规律。 把基本方程（1）的两边都与矢径r取矢积，有
r×F + r×v '= r× （4）
根据质点角动量的定义 L = r×P = r×mv
对上式取时间t的导数
= （r×mv）= r ×+ v×mv
因v×mv =0 于是得= r ×
将此代入（4）式得
r×F + r×v '=
这就是变质量系统的质点角动量定理。其中r×F是作用在质点上的合外力对转动中心（在这里取作坐标原点）的力矩;如果我们把r×V'称为附着反应的反作用力矩，那么式（5）在形式上与通常的质点角动量定理相似。
根据式（5），我们可以进一步导出关于变质量系统的质点系角动量定理和刚体转动定律。
设有多个质点组成的变质量系统，根据牛顿第三定律，诸内力成对地大小相等方向相反，因此它们对任一点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表示各外力对转动中心的力矩之和;M '表示各反作用力对转动中心的反作用力矩之和;L表示各质点对转动中心角动量的矢量和。则可写成 M +M ' =
这就是变质量系统的质点系角动量定理。
对于绕固定轴转动的物体（系统），如图三。由于物体上各点的角速度均为ω，将物体分成多个质点，第i个质点的质量为mi，它对转轴距离为ri，考虑到vi=ω×ri，则它对转轴的角动量为Li=ri×mivi = miri2ω 所以整个物体对转轴的角动量 L= ∑ri×mi v =（miri2）ω = Jω
其中J=∑miri2 是物体对转轴的转动惯量。于是根据式（6）相应可得M+注意这时的M、M '、J都是对同一转轴而言的，并且J是随着质量迁移而变化的，因而不是常数，不能提到括号外。只要各质点间的相对位置不可变化，物体仍然可认为是刚体。式（7）就是关于变质量系统的转动定律。有了式（7），我们很容易导出有关变质量刚体力学的其他规律，在此不作讨论了。
最后说明，上述关于变质量力学问题的规律，都是在经典力学范围内讨论的。
参考文献：
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关键词：苎麻茎秆；机械分离；剥麻辊齿；结构参数；正交试验；剥净率
中图分类号：TS122.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）02-0348-05
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.02.035
苎麻纤维是一种天然的纺织纤维，可大量用于纺织行业[1]，苎麻茎秆分离技术一直是苎麻原麻生产的关键环节，在现有各种形式的机械分离设备中，直喂式剥麻机和反拉式剥麻机是主要的剥麻机械，其关键部位剥离装置是剥麻辊齿结构。目前许多研究者通过改变剥离设备结构对苎麻茎秆分离设备进行研究分析[2-5]。其中龙超海等[2]对4BM-260型苎麻剥麻机通过正交试验，分析了剥麻机滚筒直径、滚筒转速、剥麻间隙等主要技术参数对剥麻效率的影响，认为剥麻滚筒的最优技术参数为啮合深度5 mm、滚筒转速900 r/min、喂入角度20°、滚简直径260 mm。苏工兵等[3]采用速差分离原理研制出了全自动苎麻茎秆分离机，通过不同速差的匹配，分析了苎麻尾部剥离过程。吕江南等[4]对研制的双滚筒反拉式苎麻剥麻机在正交试验和性能分析基础上，确定了主要技术参数，样机初步性能试验结果表明，鲜茎出麻率为5%左右，苎麻含杂率≤1.5%，苎麻含胶率为30%左右，苎麻单纤维强力为51～54 cN。张龙云等[5]研制的FL-235型复刮式苎麻剥麻机试制了双滚轧刀互向可调式齿轮装置，并通过反复试验和结构技术参数优化，达到了整机设计合理、运行效果良好、无故障、生产效率高的目的。不过国内外相关领域对苎麻剥麻机的研究主要集中于苎麻机械剥离机结构设计和试验研究方面[6-12]，尚未从机械设备与苎麻纤维剥离相互作用上建立力学方程来分析苎麻茎秆分离机理。现有研究表明[13-15]，苎麻茎秆在冲击载荷作用下，木质部冲击断裂韧性较小，最先破裂，韧皮纤维却有较好的韧性，这种结构力学性能的差异是苎麻茎秆机械剥离的力学基础。为此，试验采用刚体动力学和结构动力学及正交试验分析方法，建立了苎麻茎秆分离过程的力学方程，研究了机械设备辊齿结构与苎麻茎秆相互作用之间的关系，这对于揭示苎麻茎秆机械分离机理和研究设计剥离机械具有重要的指导意义。
1 茎秆分离台架结构及工作原理
按照现有苎麻茎秆剥离辊齿结构原理，试验设计并试制了新型茎秆分离试验台架，其工艺流程为苎麻茎秆喂入压麻辊压碎高速辊齿剥离分离辊齿拉麻辊高速拉出麻皮。试验台架结构见图1，其工作原理是苎麻茎秆从2个压麻辊的啮合口喂入，压碎的茎秆以压麻辊切向速度进入剥麻辊，在剥麻辊的高速旋转下，被压扁的麻骨折断并从麻皮中剥离打飞，大部分的麻骨与麻皮分离；去掉大部分麻骨的麻秆以麻皮顺序进入分离辊齿和拉麻辊，其中拉麻辊的转速大于分离辊齿的转速，在拉麻辊的作用下，剩余麻骨强行与麻皮分开，从而实现麻秆尾端的麻骨与麻皮分离，该设计解决了茎秆尾端分离不清的问题。根据试制的新型分离台架以及现有的机械分离设备（包括直喂式剥麻机和反拉式剥麻机）研究可知，其关键剥离装置是剥麻辊齿结构。为此，试验以剥麻辊齿结构为研究对象，分析了茎秆分离过程中剥麻辊齿结构与苎麻纤维剥离之间的相互作用机理，从而优化剥麻技术有关参数。
2 茎秆分离过程的力学分析
2.1 建立茎秆折断过程力学方程
在新型茎秆分离试验台架上，被压扁的麻秆以缓慢的速度进入2个剥麻辊之间后，受到高速旋转的剥麻齿瞬时冲击而迅速折弯，麻骨因质硬而脆被折断，麻皮因柔韧性好而未断。为了研究分析茎秆分离机理，选取苎麻茎秆在辊齿剥离某一时刻静止状态进行受力分析，其受力情况见图2。在图2中，F为辊齿齿端力，该力以茎秆受力点为坐标点，沿着茎秆折断方向和与之垂直方向分解，其中沿茎秆垂直方向力为N，沿茎秆运动方向力为Q；N的作用使茎秆折断，Q则剥离茎秆，γ为2个剥麻辊齿之间的夹角，？琢为辊齿对茎秆的剥离角。为了分析苎麻受力变化过程，假设取2次碰撞之间的长度为麻秆研究对象，其质量为m秆。则苎麻茎秆的受力为：
式中，N为辊齿对茎秆的折断力，Q为辊齿对茎秆的剥离力。设辊齿数为Z，则2个辊齿对辊筒轴心的夹角为：
由此可知，苎麻茎秆剥离过程主要与剥麻辊和压麻辊转动速度、剥麻辊半径及剥麻辊齿数有关， v剥与v喂的差值越大，剥麻辊半径R越小及剥麻辊齿数Z越大，则剥离能E0越大，剥离效果越好。
通过上述研究苎麻茎秆与辊齿结构作用分离过程，建立了茎秆分离过程中折断能量和剥离能量的关系表达式，由表达式（14）、（19）可知，茎秆分离效果不仅与苎麻自身材料属性（弹性系数、阻尼系数、固有角频率）有关，还与茎秆分离台架的结构参数（剥麻辊半径、齿数、啮合深度）及各对辊齿转速大小有关。根据以上理论研究结果，并结合试验台架结构部分参数，进行茎秆分离与辊齿结构参数的正交试验。
3 茎秆分离与辊齿结构参数的L9（34）正交试验
3.1 因素、指标选择
剥麻辊是苎麻剥麻机的最主要部件，通过上述力学分析可知：①剥麻齿对麻秆的冲击力F越大，则麻秆瞬时变形也越大，使折断效果越好，而剥麻辊的转速直接影响冲击力F，所以提高剥麻辊的转速可使麻秆折断效果更好；但考虑到能耗的影响，还是应选择合适的转速。为此，以剥麻辊转速700、800、900 r/min为3个水平进行正交试验。②增大啮合深度b或减小剥麻齿半径R可以提高麻秆折断效果，但啮合过深会损伤麻皮纤维，同时受到结构制约。因此分别以剥麻辊半径120、140、160 mm以及啮合深度3、5、7 mm为正交试验的3个水平进行正交试验。③由试验可知，增多剥麻辊齿数Z，折断麻秆长度变短，可减少剥离麻骨所需能量Q；但过多会损伤纤维，同时受到结构的限制。因此以剥麻辊齿数16、20、24个为3个水平进行正交试验。
3.2 试验设计
试验用麻于2016年6月中旬取自湖北省咸宁市苎麻试验站试验田种植的华苎4号头麻，每组试验重复5次，结果取平均值，其试验台架工作状态见图3。脱净率Y的计算公式为：
式中，Y为样品中剥掉麻骨后的百分率，w是剥麻后麻皮与残余麻骨的总重量，W是剥麻后麻皮的重量。试验里各因素、水平构成见表1，正交试验方案见表2。
3.3 结果与分析
苎麻茎秆分离L9（34）正交试验结果见表3。从表3可见，通过对剥麻辊正交试验结果运算分析，各因素对脱净率的影响高低排序为剥麻辊转速、啮合深度、剥麻辊齿数、剥麻辊半径；较优组合为剥麻辊转速900 r/min、啮合深度5 mm、剥麻辊齿数20个、剥麻辊半径120 mm，此时剥净率为98.42%。
3.4 其他参数分析
苎麻茎秆分离过程分为麻秆破裂折断过程和麻骨剥离飞出过程，这2个过程所需要的能量都是由转动的剥麻辊提供的，由此按照麻秆冲击断裂能与麻秆冲击剥离能之和，粗略估算出剥麻辊单次传递给单根苎麻茎秆的最小能量W0。假设一次性喂入麻秆数量为10根，而剥麻辊能量由电机提供，依据正交试验分析结果，取最优条件剥麻辊转速900 r/mi4 讨论
1）苎麻茎秆分离过程由折断和分离瞬时同步完成，试验对2个过程分别进行力学分析，描述了辊齿对茎秆分离的影响。其中采用静态动力学和动态瞬时响应理论的分析方法，建立了折断能的关系表达式，该关系式表明茎秆分离效果不仅与苎麻自身材料属性（弹性系数、阻尼系数、固有角频率）有关，还与茎秆分离台架的结构参数（剥麻辊半径、齿数、啮合深度）及电机转速有关。各因素对分离效果的影响为较复杂的函数关系，所以在满足茎秆分离要求的前提下，应选择合适的参数大小，以达到能耗低、效率高的效果；试验采用能量守恒原理和冲量定理的理论方法，建立了分离能的关系表达式，该关系式表明，剥麻辊和压麻辊转动速度、剥麻辊半径及剥麻齿齿数是主要影响因素，v剥与v喂的差值越大，剥麻辊半径R越小及剥麻齿齿数Z越多，剥离能E0越大，剥离效果越好。验通过建立辊齿对麻秆作用的折断能和分离能的关系表达式，揭示了机械辊齿与茎秆分离的机理，为苎麻分离机械设计参数的选择提供了技术指导。
2）采用L9（34）正交试验方法分析了影响茎秆分离效果的主要因素，即苎麻茎秆分离台架的最主要部件剥麻辊，结果表明，对茎秆分离效果的影响高低排序为剥麻辊转速，啮合深度，剥麻辊齿数，剥麻辊半径。苎麻茎秆分离较优组合为剥麻辊转速900 r/min、啮合深度5 mm，剥麻辊齿数20个、剥麻辊半径120 mm，此时剥净率为98.42%，同时粗略估计电机所需最小功率为2.2 kW。
3）除此之外，苎麻茎秆的含水量影响较为显著。当含水量过高时，剥离开的麻皮容易缠绕在剥麻辊上；而含水量过低时，麻秆逐渐干枯，韧皮部与木质部粘连程度提高，剥麻效果不佳。另外麻秆粗细均匀度也有一定的影响，茎秆粗细差异过大的最好分级，这有利于各对辊齿牵引，否则细者牵拉不住，清不掉麻骨。同时一次性喂入麻秆数量要固定，喂入时要求尽量均匀排列，以易于清骨。
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[关键词]发明创造；升降横移移送装置；物理原理
中图分类号：TG333.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）01-0167-01
一次偶然的机会，去医院看望做手术的伯母，亲眼目睹了刚做完手术不能动弹的伯母被三四个叔叔分别抬起头肩，腰，脚艰难的平移到病床上的整个过程。我向护士们打听，了解到刚做完手术的病人从手术台转移到转送车，再从转送车转移到病房的病床上的整个过程目前都还是要靠护工或者患者的家属们人工操作。在手术室里，是将病人放在一个大白布单上，几个护士阿姨揪住白布单的四个角，喊口令，合力把病人送上转送车。在病房里，是靠病人家属或者是护工跪在带轱辘的晃来晃去的转送车上，合力将病人平移到病床上，很费力气。我上网查阅资料正常人空手水平抬举，操作的力量不大于12千克，因此对于偏瘦，身材，成年手术患者的搬运往往也需要四个人同时搬运，这样每个手术患者都会因为手术搬运的问题，无形中增加了医院的人流量，并浪费了宝贵的人力资源。
目前体重超过80千克的患者大为增加，对于搬运者而言，会更多地承受超强的体力支出，由于搬运空间的限制及没有合适的立足点，大多数情况下，搬运者都需要悬臂抬举手术患者，这样对于人力搬运者自身而言也存在着受伤隐患，如果搬运方法稍有不当，对搬运者会造成腰伤。
如何避免手术患者，尤其是骨科患者及行动不便的手术患者，在人力的抬运过程中，可能造成的痛苦和二次伤害，节省了人力资源，降低了社会中的人工成本，同时也减轻医务人员和患者家属的劳动强度，避免了对搬运者自身造成可能的伤害呢？
要是有这样一台机器，一个人就能轻松平稳地将病人转移到病床上该有多好呀！我立刻就把我的这个想法告诉了大伯。大伯利用他的机械原理方面的知识，在纸上上画出我大脑中想象的草图。
假期里我听说大伯和哥哥正在研制医用手术患者升降横移移送装置，并且打算申请专利。在这个装置中，运用到了一些移送装置机械方面的知识。看着他们用电脑绘制出来的正式图纸，好复杂呀！真的看不懂呢！不过，他们俩在这部装置某个固定点受力的强度和杆的承力范围上，有了争执。这关系到与厂家联系生产时选什么材料？如何加工？也将最终决定这个移送装置在移送患者时是否安全安。这可是一个重要的问题！
于是，大伯把他们的争执的焦点告诉了我，我把这个问题简化成了下面这个样子。如图1所示：有等长轻杆AB和CD，不计重力，两杆垂直，中点相互固定于点O。轻杆BC与AB固定于B点，与CD固定于C点。若在A点和D点，施加竖直向下的外力F，争执的焦点是轻杆BC受力大小、O点受力的大小和方向。
关于BC杆受力，哥哥说说是F，大伯说是2F；O点受力，哥哥说两端点受力，平移到O点是2F，方向向下。大伯说力臂缩短1/2，力增加二倍是4F，方向向下。到底应该是怎样的呢？
我是这样考虑的：
首先我确定这是一个静力学平衡问题。肯定要用到高中物理知识共点力的平衡，考虑这个架子不能看成质点，因此我想还要用到力矩平衡的知识。我是这样考虑的，先去掉OC部分。如图2所示。
根据力矩平衡知识，以整体为研究对象，以C点为转轴，A点力F的作用线过转轴C。所以，B点受力也应该过C点。可以判断，此时地面对B点的支持力为零。B点仅受BC杆的沿杆拉力。
以AB杆为研究对象，根据力矩平衡知识，以O为转轴，BC杆对B点拉力为F。
再由共点力平衡，以整体为研究对象，此时地面对C点的支持力为F。
接下来再考虑图1
由对称性可以考虑BC杆受力为2F。如图3所示。
不过也可以CD为研究对象，如图4所示，以O点为转轴建立力矩平衡方程也可得BD杆受力2F。
好了，BD杆受力的问题就这样完美解决了。
接下来，0点受力，可有点儿小麻烦。我用到了高中物理课本上所学的共点力平衡和矢量正交分解矢量的合成知识。
如图5所示。以CD杆为研究对象，将C点和D点的受力，分别沿杆和垂直杆的方向分解。将这些分力都平移到O点，再合成如图5。结果，CD杆的O点受力合力大小为2F，水平向右。如图6所示。
由对称性可知，AB杆的O点受力合力是大小为2F，水平向左。
分析可知，这个固定点O受力效果是向两边水平被扯开的！不是竖直向下的受力！真是不分析不知道！思考问题确实不能只凭想当然啦！
最后我们确定了支架固定点的受力值，联系厂家下料制造的时候我们将装置受力的最大值设定为计算值的三倍，以确保机器在移送病人时，病人的绝对安全。
【关键词】可靠性强化试验;炮闩系统;强化系数;虚拟样机;磨损
随着科学技术的飞速发展，机械系统向着结构高度复杂化、功能集成化和动作智能化趋势发展，其动力学行为变得越来越复杂，由此带来的是机械故障率增加，可靠性降低。而可靠性直接反映了系统的质量指标，关系到整个系统运转过程的成败。一个系统，无论其设计思想如何先进、性能指标如何优越、适应性如何强，如果其可靠性很差，实际上就失去了使用价值。对于武器装备，可靠性已经成为与性能同等重要的研制目标，对武器装备的作战能力、部署机动能力、维修人力和使用保障费用等都具有重要影响。
一、研究的背景及意义
21世纪以来，尽管受到导弹等各种精确制导武器的挑战，享誉“战争之神”的火炮依然深受世界各国的青睐，它们不但在世界军备库中数量众多，而且新的型号还不断问世，由此不难看出火炮的研究仍然方兴未艾。炮闩系统作为火炮关键子系统之一，是一个典型的纯机械系统，其性能的好坏直接决定了火炮作战威力能否正常发挥，并且关系到武器本身完好性和操作人员安全。因此，需要对炮闩系统各机构和零部件的可靠性进行研究，从而获取各机构和零部件的可靠性特征，在发生故障或失效之前采取有效措施，确保人员的安全和火炮顺利完成战斗任务。炮闩系统中机构的可靠性是指机构在规定的工作条件下和规定的时间内完成规定的动作任务的能力，该项性能直接影响其他机构动作过程中的质量及整个系统功能的正常发挥，因而是衡量机构性能优劣的重要指标之一。对于维修人员来说，确定了构件的可靠性，也就明确了维修保养的时机，据此合理筹措备件，在失效发生前及时更换，有助于火炮顺利完成其战斗任务。因此，炮闩系统可靠性研究也就显得尤为重要。
二、磨损的特征和机理
磨损是机器零件在正常运转过程中不可避免的一种能量耗散的现象。这种耗散主要由摩擦引起。磨损的过程可以描述为由于机械作用和化学反应，在固体的摩擦表面上产生的一种材料逐渐损耗的现象，这种损耗主要表现为固体表面尺寸和形状的改变。只要机器零件的磨损量或磨损率在规定使用期限内不超过允许值，就可以认为是一种允许的正常磨损现象。机器零件的典型的磨损过程一般分为三个阶段：跑合、正常磨损、事故磨损。当材料磨损到零部件的外廓不足以传递运动或传递运动不确实时，可以认为磨损引起零部件寿命终止。
磨损是工程构件主要破坏形式之一，也是炮闩的主要故障模式。国家标准GB2889-82给出了磨损的定义：指相互接触的物体在相对运动中表层材料不断损伤的过程，表现为物体尺寸或形状的变化。磨损是影响机械设备可靠性的主要因素之一。磨损是彼此接触的两物体在相对运动中伴随摩擦而产生的必然结果。而摩擦是在外力作用下，发生相对运动或具有相对运动趋势的物体受到与其相接触的物质或介质的阻力作用，在其界面上产生的一种能量转换的现象。按照摩擦表面的状态，摩擦可分为干摩擦、边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦;按照摩擦副运动形式可分为滑动摩擦、滚动摩擦;按照摩擦副运动状态可分为静摩擦、动摩擦。据此不难得到，炮闩系统产生的摩擦基本上都属于干摩擦，其中多数为滑动摩擦，少数为滚动摩擦，且运动时要经历从静摩擦到动摩擦，或从动摩擦到静摩擦的转换。按照比较通用的、由布维尔提出的按磨损机理的分类方法，通常把磨损分为五类：粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损。考虑炮闩系统中各零部件的实际运动情况，并对零件表面形态研究分析，认为它们基本上都以粘着磨损为主。粘着磨损一般发生在相互滑动（或转动）的干摩擦表面上，其基本物理过程可认为是粘着-剪切-再粘着-再剪切的循环。磨损主要以材料转移的形式表现出来。在炮闩系统中，磨损作用的结构形式主要有三种：非规则外廓的凸轮表面磨损、圆柱磨损和平面磨损，它们的计算有各自的特点，其中非规则外廓的凸轮表面磨损最具有一般意义。近年来，通过对磨损状态和磨屑分析以及对磨损过程的深入研究，提出了一些磨损理论，它们是磨损计算的基础。目前，磨损计算的方法主要有IBM磨损计算法和组合磨损计算法。其中，后者计算的基本原则就是根据机械零件工作性能确定相配合表面所允许的位置变化量，即组合磨损量，然后由组合磨损量计算机械零件的磨损寿命。根据当前摩擦较为通用的磨损量表达式以及在销-盘式摩擦磨损试验机上进行干滑动摩擦磨损试验确定磨损率与工况参数之间的关系，可认为磨损量W主要取决于表面压力p、滑动速度v以及作用时间t，即：
（1）
式中：W是磨损量，即接触区域单位面积上的磨损量;KW是工况条件系数，与材料、表面品质和状态等因素有关;p、v是（表面）正压力、速度;m、n是压力和滑动速度对磨损率的影响指数;t是磨损时间。
三、基于磨损的强化试验仿真
强化试验通过提高试验对象的工作应力水平，以达到在短时间内激发试验对象失效的目的，从而对试验对象的可靠性进行快速评估。但是，强化试验中提高应力水平可能产生与实际服役环境中观测结果不同的失效机理。因此，有必要对强化试验机制下的失效机理进行探讨。强化失效机理的研究内容包括自然失效机理、加速失效机理漂移，以及加速失效机理漂移的控制等。对于失效模式为磨损的构件来说，强化试验的具体方案就是通过一定的强化试验技术来加快构件表面的磨损，并且要防止磨损失效这一故障机理的漂移，保证试验数据代表实际操作条件下的可靠性。
关键词： 物理学科特点 探究性教学 体现
物理学产生于实验实践，也在实验实践中不断发展，其全部科学知识和体系都离不开实验和实践。根据认识论和教育科学，人们的学习是从感性认识到理性认识，并且要完成几个循环才能使知识得以升华、内化和活化，并最终回到实践中去指导实践，这样才能实现知识的价值。物理学是科学，科学知识的获得和应用更是如此。在物理教学中实验是基础，物理思想的概念、定理逻辑、方法是主干，数学的定量、公式、推理是工具。实验是从感性到理性认识过程，从具体到抽象、从简单到复杂的思维形成过程，符合学生的身心特点和认识过程。因此实验既是物理教学的重要基础，又是物理教学的重要内容、方法和手段。利用实验可以培养学生多方面的能力。
现在探究性教学作为现在的热门，极大地激发了学生的学习兴趣，而在教学中也有一些忽略了物理教学的实效性，仅强调了学习兴趣的情况存在。物理学作为一门独立的学科也有其自身的特点。我试图将探究性教学和物理学科特点在教学中结合起来，仅以验证机械能守恒定律为例谈谈物理学科特点在探究性实验中的体现。
一、物理思维特点在实验中的体现
物理思维有一些比较明显的特征，而这些特征在探究性实验中也一一得到了体现。
1.模型化。模型化是指在研究问题的时候抓住其主要特征，而舍去那些次要的因素，形成一种经过抽象概括了的理想化“模型”，是一种思维的形式。在验证机械能守恒定律时，把下落的问题视为只在重力作用下的自由落体运动，因为空气阻力和纸带与限位孔的摩擦阻力和重力相比非常小，对问题的影响可以忽略。这样忽略了次要问题，就使问题就大大得到了简化，便于研究。
2.多层性。一个物理问题的提出、解决，其后所牵涉的问题，可能有许多个环节，问题的解决所经历的思维过程，往往需要分作几个过程、阶段或几个方面、几步。须经历分析、综合的相互转换，循环往复，逐级上升。在进行该实验时，可能第一想法就是使用打点计时器进行该实验，在后面进行处理时应该得出动能的增加量ΔE稍小于重力势能的减少量ΔE，即ΔE＜ΔE，这属于系统误差。改进的方法应该是调整器材的安装，尽可能地减小阻力，当然由于误差主要来自阻力，就可以通过改进实验装置来实验，比如在测物体经过某点的速度时也可以不用打点计时器而改用光电计时器。这样实验中就避免了打点计时器的摩擦阻力，比原来更加精确。
3.多向性。多物理问题的解决，并不只有一种办法或者并不只有一个结果存在，这是求异、发散思维的灵活性、广阔性的体现。在验证机械能守恒定律时除了课本上提供的利用自由落体运动来验证外，也可以用其他方法，例如用摆球法来验证，把一个摆球用悬线悬挂起来并拉到一定的高度，然后放开，摆球在摆动的过程中，动能和势能发生相互转化，忽略空气阻力的影响，只有重力对其做功，所以机械能守恒。取摆球摆到最低点为零势点，将光电门传感器固定在不同点，设此点的高度为h，则在两光电门传感器的机械能为：E=mv+mgh，且两处的机械能应相等。当然也可以在忽略摩擦的基础上使用导轨或气垫导轨（倾斜一定角度），这里限于篇幅就不一一介绍了。
4.表述的多样性，文字、符号、图像或其他的方法都可以用来表述，在验证机械能守恒定律后也可以通过多种方法来表述。对于某个物体系统可以是初、末状态的机械能相等，其表达式为E+E=E+E；也可以是系统由初状态到末状态总的动能增加量（或减少量）等于总的势能的减少量（或增加量）。其表达式为ΔE=-ΔE。当然也可以使用v-h图像来表示。表述的方法有很多，只要是正确的表述方法就应该肯定，从而保有学生的学习热情。
5.思维的转换，研究对象的转换、物理模型的转换和数学模型的转换等是常见的。在验证机械能守恒时，选择不同的实验器材，也就是研究对象不同，这都是见仁见智并不限于教材规定的东西，有利于学生发散思维的培养。
6.假设与验证，验证的方法，可以使间接的方法，即推理的方法，也可以是直接的检查，即实验的方法。在验证机械能守恒时可以通过合外力做功等于动能变化来验证，也可以像这里所说的用实验来验证都是可以的。
7.实践性，探究性实验的最大优点就是可以让学生自己动手，实验是学生自主地获得知识和技能、体验和了解科学探究的过程方法。这样可以加深对所学知识的印象并帮助学生提高创新意识、树立科学的价值观。
二、物理知识特点在实验中的体现
1.量纲问题，物理量后面一定要写单位。不同量纲不能相加、相等，在该实验中如果单位不统一，这样在计算的时候就有可能得不到正确的结果，即使因为巧合得到了正确的结果也是不正确的，如果采用的是v-h图像来表示，那也有可能得到一条倾斜的直线，但是倾角与正确值会相差甚远。
2.物理概念，物理知识中有许多基础概念在实验中也会悄悄渗透，比如在这个实验里面就渗透了自由落体、平均速度、动能、重力势能、机械能等一系列基础概念，在实验中也就帮助我们强化了记忆，纠正和加深一部分不是很清晰的概念。
3.物理规律的应用
①由一般向个别转换。在物理学中所有的规律是共同或共通的，怎么用规律解决问题，需要教师引导学生理解，学会具体问题具体分析。例如用v-h图像来表示机械能守恒定律，可能大家的图像各不相同，出现不同的问题，要能根据共同的机械能守恒定律、实验原理来分析各自出现的问题。
②研究对象的实体向物理图景转换。对研究对象进行抽象思维，形成一定条件下的清晰的物理图景，有助于学生思维的正常启动。把自由落体中的机械能守恒扩展开去，不仅仅限于自由落体运动，只要满足只有重力（或弹簧弹力）做功的情况下机械能都守恒。
③物理过程向物体的状态转化。在研究机械能守恒的问题时，可以将问题极限化，即只有重力势能或没有重力势能这两种极端的状态，这样也方便于学生处理问题。
④已知条件向解题目标转换。在解决物理问题时，方法比结果更重要，新课改强调的是学习方法、解题能力而不是枯燥的计算，所以规律比目标更有用。首先是使用什么规律，然后才是求什么、算什么。
⑤文字叙述向示意图形转换。解题时借助示意图“直观”的功能，寻找解题的突破口在物理习题中，很多情况下是需要根据题意正确作出过程示意图，示意图画得好，相当于对题意的正确理解，剩余的就是根据规律和条件建立关系式，从而找到要求的物理量。这点在所有的物理问题上都是共通的。
三、对探究性实验教学的一点思考
―、防治“逻辑恐惧症”
由教育部组织编写、高等教育出版社出版的面向21世纪课程教材——《逻辑学教程》，成为目前权威性、方向性的逻辑教材。它反映我国逻辑学界改革传统逻辑，使逻辑学迅速走上“现代化”的强烈愿望。教材中大量引进了符号逻辑内容，形成了高度抽象化的符号体系画面，但由此逻辑学在大学生,尤其是文科大学生眼里就变得越发艰深，难以接受。冗长的符号公式、纯理论的机械演算，使他们在心理上对逻辑学产生了距离感、畏惧感，由此酿成了“逻辑恐惧症”。学生们认为逻辑学高深莫测，太抽象，太难学。进而产生“逻辑学有什么用”的疑问，觉得逻辑理论与现实缺少联系，对逻辑学的功用感到茫然。因此，大大削弱了学生学习逻辑的兴趣与信心：“逻辑恐惧症”造成了逻辑学习者的心理屏障，严重影响着逻辑学的普及与应用，所以必须防治“逻辑恐惧症”:如何防治“逻辑恐惧症”？主要是使逻辑学贴近现实，也就是同以自然语言为表现形式的普通逻辑思维实际密切联系。这是逻辑学的重要价值取向，也是其生命力之所在：大量事实说明社会大众，尤其是大学生,他们需要逻辑：改革幵放的新形势，要求研究新情况，解决新问题.尤其是大学生们希望逻辑学课程能帮助他们形成正确而敏捷的思路，对当前社会事件和学习课题进行推理和论证，提高思维能力和表述能力。逻辑学是一门工具性质的学科,只有得到实际应用，才体现出它的社会价值，同时逻辑应用也是获取其生存价值的必要手段。应用性是逻辑学的永恒的价值主题，要体现这一主题，关键是防治“逻辑恐惧症”，而防治“逻辑恐惧症”的灵丹妙药应该是改变逻辑理论与自然语言、日常思维相脱节的偏向，重视逻辑学的语言取向，紧密联系表达普通思维的自然语言,开发逻辑学在以自然语言为现实表现的社会思维实际中的应用。必须重视思维的语言载体，方正逻辑学的价值取向，将逻辑理论、方法、技巧，积极地向普通思维实际应用领域转化，充分体现逻辑学应有的价值和地位，形成该学科发展的良性循环。
二、辨析逻辑学研究对象
逻辑学研究的传统对象是人的思维，它强调研究思维形式及其规律。但是,什么是思维？心理学说思维是自觉的心理活动;哲学说是理性认识活动;神经科学说是神经搭接。可谓“仁者见仁，智者见智'莫衷一是。总之，都不具有直接现实性。思维形式或结构是什么？有关专家指出它是大脑的神经网络按照特定的规律、以特殊的形式形成的,是神经元的复杂搭接形式。如此说，思维形式或结构是相当复杂的，这样一来，强调研究思维形式就给逻辑学蒙上了神秘的面纱，使学习者容易产生心理障碍。实际上逻辑研究的所谓“思维形式”如所有S是p”“如果P，那么q”等等，并不是神经搭接形式，而是语言表达形式，或者称之为以语言模式化的思维的表达形式。而逻辑学称之为“思维形式”或“思维的逻辑形式”，一味地回避语言形式。波兰着名逻辑学家卢卡西维茨说思维是一种心理现象，而心理现象是没有外延的，一个没有外延的对象的形式指的是什么呢？思维形式这个表达式是不精确的。”他还说:“逻辑与思维的关系并不比数学与思维的关系多。”数学未强调它研究对象是思维，从基础教育到高等教育，数学被学生们饶有兴致地学习着;而逻辑学偏偏声称研究思维，便使曾经被编人中学语文的逻辑知识短文为了“降低难度”而删除，逻辑课在大学文科课程中虽被保存着，但也被学生视为“艰深难学”，没有兴趣；我国逻辑学家李先焜教授说一般都认为逻辑是研究思维形式和思维规律的科学，逻辑研究的对象是人的思维。实际上，这只是一种历史的观念,而且是一种不太科学的观念。逻辑研究的直接对象应该是语言。可以说，就其直接意义而言，逻辑研究的是语言。
语言可分为自然语言与人工语言。自然语言是人们日常使用的语言;人工语言是人工构造的表意符号系统.又称符号语言3逻辑学研究的词项、命题、推理等逻辑形式都表述为人工语言，这种人工语言实质也是自然语言的抽象，行使的是自然语言的某种职能。传统逻辑中全称否定命题“所有S不是P”是语言形式.现代逻辑将其形式化为VX(SP⑴），这是人工语言公式，不是所谓的“思维形式”。传统逻辑中所谓“思维形式”包括“概念”、“判断”等，确切地说应是心理学研究的对象。所以现代逻辑教材中使用“词项”、“命题”或“陈述”等术语取代“概念”、“判断”。逻辑学研究的主体是推理形式,这种推理形式在传统逻辑中是用“S是P”、“s不是P”这类语句组成的。现代逻辑中则是用的人工语言形式化，即以一定的符号所表述的公式。这些公式表示的是符号与符号之间的一种关系,这种关系表达的是客观的推理关系，具有客观必然性。可见，认为逻辑学直接研究的是语言符号，并不否认它是研究推理关系的科学，但是这与心理学的研究是有区别的，心理学研究思维形式，研究推理，因为思维推理本身是一种心理过程。心理学研究人们实际的推理心理过程,它是作为心理描述的科学。逻辑学研究符号表达的客观推理关系，不是描述心理过程。这是不能混淆的。这里、说逻辑学直接研究对象是语言符号、并不否认语言与思维的紧密联系。但是，逻辑学研究的符号公式不能直接称为思维形式。这里又需要将逻辑学与哲学认识论区别开来。哲学认识论直接研究思维，而逻辑学直接研究的是语言。当然，逻辑学最终要与哲学认识论相联系并受其指导。
说逻辑学研究语言，又要注意将逻辑学的研究与语言学的研究区别开来。尽管在西方存在着逻辑学与语言学逐渐融合的现象，但二者作为不同学科还是有区别的。李先焜先生指出:“逻辑学是一门规范性学科，语言学是一门描述性学科;逻辑学主要研究语言符号的定义方法和推理关系，语言学主要研究各种语句的表现形式;逻辑学主要研究语言的深层结构,语言学则比较重视语言的表层结构。”可见，同样以语言符号为研究对象，但逻辑学与语言学侧重点不同，方法不同,结果也不同。语言学着重于研究语形的形成，语义的情感意义;逻辑学着重研究语形的变形，语义的理性意义。
三、加强人工语言与自然语言的结合
逻辑学研究语言又有对象语言和元语言之分，像语言就是被研究的符号和语言，例如：各种命题形式、推理形式、逻辑规律的符号表达式;元语言就是用来讨论对象语言的语言,如关于各种命题形式和推理形式的定义，以及对各种推理规则的描述，使用的自然语言为元语言，我们的逻辑学教材中的兀语言具体说就是现代汉语。逻辑学研究的对象语言主要是人工语言（即符号语言），在逻辑学的研究及学习中，必须注重人工语言与自然语言紧密结合。逻辑学是理论性和实践性都很强的科学。逻辑学的研究与学习要解决这两方面问题,完成这两种任务都必须使人工语言紧密结合自然语言。其中，人工语言是工具，自然语言是基础。人工语言是直接研究领域，自然语言是应用领域，二者相辅相成。
首先，讨论、理解、掌握逻辑学的理论，必须将人工语言结合自然语言。逻辑学的对象语言是符号、公式等，是人工语言。对人工语言诠释、理解只有通过自然语言才能通俗易懂、深入浅出、生动活泼。命题形式是呆板的，推理演算是机械的，但自然语言是生动灵活的，自然语言表述的普通思维实际是具体形象的，逻辑学研究的人工语言(即符号语言〉与自然语言结合起来，逻辑学原理就有了血肉了。自然语言是活生生的,逻辑学的符号、公式等人工语言只不过是对自然语言的抽象。解释诸如命题式、推理式、逻辑规律表达式等，用确切而通俗的元语言——自然语言，将抽象的逻辑学原理、公式具体化、形象化，深人浅出，才能使学习者准确理解、尽快掌握逻辑学基本知识、基本原理。逻辑教学必须注重以生动引人的自然语言讲解逻辑概念、术语、原理、规律等，联系现实，举例引证，充分说明逻辑理论内容。这是首先要解决的逻辑学的理论性任务。
其次，要解决逻辑学的实践性的任务也必须是自然语言与人工语言结合。我国逻辑学家彭漪涟教授曾在《趣味逻辑学》一书中指出逻辑学的生命在于联系实际，逻辑学的力量在于指导实践”。解决逻辑学联系实际、指导实践的关键是逻辑学紧密结合自然语言=自然语言是逻辑学最广阔的应用领域，也是其最诱人的价值取向。离开了生动活泼的自然语言现实，将使逻辑学趋于机械、繁琐、呆板，那么逻辑学就会被人讥为“催眠术”、“符号游戏”。
回顾逻辑史的经验很值得重视。古希腊亚里士多德逻辑具有开创性贡献，因为它与自然语言紧密结合,研究论辩，适应社会需求,所以受到欢迎。古罗马逻辑主要讲授修辞中逻辑，为讲授锥辩术提供理论和方法的基础’所以社会影响很大,：在我国，先秦时期逻辑的研究也很有影响。{墨经》《无名》以及《白马论》等着作都是逻辑理论与自然语言结合的内容。这些都说明逻辑学源于当时社会语言现实，又眼务于社会语言现实，充分选择了积极、正确的价值取向，体现了逻辑学的应用意义与社会价值，显示了逻辑学旺盛的生命力。今天，逻辑学要生存、发展，同样要紧密结合自然语言，紧密联系思维实际，服务于现实需要，只有如此，才能重塑逻辑学的美好形象，发挥其工具作用，改变被冷落的困境。
语言表达思维，逻辑学中的符号语言表达式是以语言模式化的思维的表达形式。但是，现代逻辑的高度抽象化、形式化，往往脱离自然语言、思维实际。我国语言逻辑学家陈宗明教授曾经说现代人的思维是极其精密的，其语言表达也是丰富多彩的“形式逻辑的软弱无力是与它不重视自然语言的研究有关的……，它过度抽象，大大降低了使用价值。类似语言的表里问题，形式逻辑更是缺乏应有的关心。20世纪70年代，非形式逻辑与批判性思维迅速兴起，在国外已成为正式学科,许多学校开始了这种学科教学。这实际上是对高度形式化的逻辑学的辩证否定。要适应时代的要求、社会的需要，逻辑学研究及教学必须与自然语言紧密结合。让自然语言为逻辑学提供现实材料和新鲜课题。要以符号语言为工具，对自然语言内在意义、逻辑关系进行分析，揭举语言深层逻辑结构，解决自然语言中的逻辑问题。
