摘要：

目前我國汽車銷量位居全球第一，汽車產(chǎn)業(yè)已然成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，并且仍在高速發(fā)展。日益激烈的市場競爭要求企業(yè)在能夠在最短的時間內(nèi)以較低的開發(fā)費用設(shè)計出性能優(yōu)良的汽車產(chǎn)品，這對國內(nèi)汽車企業(yè)的設(shè)計方法和設(shè)計手段提出了新的要求。傳統(tǒng)設(shè)計方法采用“經(jīng)驗設(shè)計－試制－反復(fù)試驗和修改－定型”的設(shè)計流程早已不適應(yīng)當(dāng)前市場，而多剛體動力學(xué)仿真技術(shù)的應(yīng)用則可以滿足各車企對高效和低成本的要求。其大致過程是在樣車（物理樣機）設(shè)計出來之前，即可對其性能進行預(yù)測，以進行可行性研究和優(yōu)化設(shè)計。本文針對汽車設(shè)計中多剛體動力學(xué)仿真技術(shù)的應(yīng)用進行探討，共分為五部分。第一部分簡單介紹多剛體動力學(xué)仿真技術(shù)在汽車設(shè)計中的應(yīng)用情況；第二部分介紹了利用ADAMS軟件進行動力學(xué)仿真的過程；第三、第四部分圍繞汽車多剛體動力學(xué)模型的建立、模型驗證進行深入討論；第五部分對多剛體動力學(xué)仿真在汽車領(lǐng)域的進一步完善進提出了合理化建議。

關(guān)鍵詞：

多剛體動力學(xué)；虛擬設(shè)計；仿真試驗

1多剛體動力學(xué)仿真技術(shù)的介紹

多剛體動力學(xué)并不等同于多體系動力學(xué)，二者是包含與被包含的關(guān)系，多體系動力學(xué)包括剛體與柔體兩部分。多剛體系統(tǒng)通常由多個剛性物體組合在一起。多剛體動力學(xué)的發(fā)展源于經(jīng)典力學(xué)與計算機的結(jié)合，在發(fā)展過程中再融合汽車設(shè)計等學(xué)科，使其在汽車設(shè)計中發(fā)揮重要作用。動力學(xué)系統(tǒng)仿真的重點是虛擬樣機技術(shù)，虛擬樣機設(shè)計是根據(jù)各種設(shè)定參數(shù)及附加條件構(gòu)一種計算機模型來模擬真實樣機測試幾何、動力或功能方面的特征，然后再根據(jù)測試結(jié)果將虛擬樣機進行改善。傳統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)流程從概念設(shè)計到產(chǎn)品定型需要經(jīng)過詳細設(shè)計、制造物理樣機、物理樣機測試等多個過程。物理樣機測試發(fā)現(xiàn)問題后又要修改設(shè)計，重新制造樣機，再重新進行測試，如此多次循環(huán)之后才能將產(chǎn)品定型。而虛擬樣機技術(shù)中的樣機測試避免了制造物理樣機的過程，從測試到發(fā)現(xiàn)問題，修改設(shè)計等完全可以在計算機上進行，從而簡化了開發(fā)過程，大幅縮短了周期減少了開發(fā)成本。多剛體動力學(xué)仿真即是針對多剛體動力學(xué)系統(tǒng)通過構(gòu)建虛擬樣機模型來測試設(shè)計產(chǎn)品，并根據(jù)測試結(jié)果進行優(yōu)化完善。其在汽車設(shè)計領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，極大地促進了汽車工業(yè)的發(fā)展。多體動力學(xué)仿真軟件ADAMS曾經(jīng)為“美國福特汽車公司”節(jié)省了10億美元的開發(fā)制造成本。這很好地解釋了多剛體動力學(xué)仿真為何在汽車領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

2利用ADAMS軟件實現(xiàn)多剛體動力學(xué)仿真過程

摘要：以大數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)的計算材料學(xué)教學(xué)是材料教學(xué)中的重要組成部分。由于其具有數(shù)據(jù)庫龐大、理論知識繁雜、模擬范圍廣等特點，使得基于大數(shù)據(jù)分析的計算材料學(xué)教學(xué)的開展與實施存在較大的困難。本文通過將基于大數(shù)據(jù)分析的第一性原理，分子動力學(xué)與教學(xué)實踐相結(jié)合，使學(xué)生能夠更加直觀的從原子，分子的角度了解材料的變化。幫助學(xué)生篩選優(yōu)化數(shù)據(jù)，學(xué)會理論分析的方法，掌握運用專業(yè)知識的能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)分析；計算材料科學(xué)；第一性原理；分子動力學(xué)

1引言

大數(shù)據(jù)這個詞是伴隨著全球數(shù)據(jù)爆炸式增長而提出的，它主要用于描述巨大的數(shù)據(jù)庫。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相比，大數(shù)據(jù)通常包括很多非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并且需要更多實時性的分析。同時，大數(shù)據(jù)也帶給我們來了新的挑戰(zhàn)，如何有效的組織和管理數(shù)據(jù)成為目前急需解決的難題。大數(shù)據(jù)具有大量、多樣、快速、有價值等特征，這為我們的學(xué)習(xí)科研帶來了極大的幫助。通過用大數(shù)據(jù)方法對材料進行研究屬于計算材料學(xué)的范疇，計算材料科學(xué)是將材料科學(xué)與量子物理，力學(xué)，數(shù)學(xué)等學(xué)科相結(jié)合而形成的學(xué)科。材料的微觀組織以及原子的排列順序，晶格結(jié)構(gòu)決定了材料的性能，通過了解材料從原子的排列到相的形成過程，微觀組織的變化過程以及材料宏觀性能與有效服役時間之間的相互關(guān)系，就可以更好的發(fā)現(xiàn)和制造新型材料。材料基因組計劃主要通過將高效的材料理論計算與模擬工具、高通量快速的試驗方法、材料性能數(shù)據(jù)庫和信息學(xué)等相結(jié)合，建立高效的材料數(shù)據(jù)庫。基于大數(shù)據(jù)方法的材料計算的方法主要包括第一性原理、分子動力學(xué)計算、CALPHAD方法、蒙特卡羅法、元胞自動機法和有限元分析法等。通過基于大數(shù)據(jù)分析的計算材料科學(xué)的計算模擬，可以獲得材料的熱力學(xué)性能、力學(xué)性能、物理化學(xué)性能、材料的結(jié)構(gòu)、點缺陷和位錯遷移率、晶界能和晶界移動性、析出相尺寸等性質(zhì)，從而更好的了解材料。

2材料學(xué)大數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)理論

基于大數(shù)據(jù)處理的計算材料學(xué)包括許多種方法，主要有第一原理、分子動力學(xué)、蒙特卡洛、元胞自動機、相場法、有限元分析等。由于學(xué)生基礎(chǔ)知識欠缺較多且授課時間有限，以上方法不能全部應(yīng)用到教學(xué)實踐中。因此，根據(jù)教學(xué)課程的實際情況以及不同的計算材料方法的不同特點，本文主要研究應(yīng)用廣泛的第一性原理和分子動力學(xué)的教學(xué)，使學(xué)生從原子，分子角度更好的理解材料學(xué)。

2.1基于大數(shù)據(jù)分析的第一性原理方法

摘要：隨著我國鐵路貨運改革的不斷推進和鐵路貨運營銷理念的豐富發(fā)展，鐵路貨運生產(chǎn)逐漸由生產(chǎn)型向服務(wù)型、物流化的作業(yè)方式轉(zhuǎn)變。在市場化條件下，服務(wù)質(zhì)量和運輸效益成為衡量貨運產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)工作優(yōu)劣的重要因素，因此，必須在進行貨運產(chǎn)品設(shè)計時加以考慮。文章在對鐵路貨運產(chǎn)品結(jié)構(gòu)影響因素分析的基礎(chǔ)上，運用系統(tǒng)動力學(xué)的相關(guān)理論，建立了鐵路貨運產(chǎn)品設(shè)計流圖，梳理了各影響因素之間的相互關(guān)系，通過對模型流圖的分析提出了鐵路貨運產(chǎn)品的設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：市場化；服務(wù)質(zhì)量；運輸效益；貨運產(chǎn)品；系統(tǒng)動力學(xué)

0引言

由于長期受運輸能力的限制，我國鐵路貨運產(chǎn)品結(jié)構(gòu)一直以來相對比較簡單。在目前的市場背景下，國內(nèi)諸多專家學(xué)者對貨運產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)問題提出了自己的研究思路。有些文獻[1-5]以當(dāng)前客貨分線、整體路網(wǎng)逐步形成為背景，對鐵路貨運產(chǎn)品開發(fā)問題進行研究，并提出以客戶需求為導(dǎo)向的鐵路貨運產(chǎn)品設(shè)計理論。有些文獻[6-8]以當(dāng)前物流產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展為背景，探討了在靈活快捷的物流產(chǎn)業(yè)沖擊下應(yīng)如何設(shè)計鐵路貨運產(chǎn)品以滿足市場要求。還有些文獻[9-12]在對貨運市場進行SWOT分析的基礎(chǔ)上，提出了鐵路貨運產(chǎn)品的設(shè)計策略與產(chǎn)品定位。然而已有研究成果在對貨運產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的時候，忽略了市場對于提高運輸效益和服務(wù)質(zhì)量的迫切要求。這也導(dǎo)致了設(shè)計出的貨運產(chǎn)品無法在多樣化運輸需求的新形勢下滿足市場的要求。因此，本文摒棄了以往開放式的產(chǎn)品設(shè)計思路，綜合考慮運輸能力、運輸需求、服務(wù)質(zhì)量以及運輸效益四個方面的因素對于貨運產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響情況，建立貨運產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的系統(tǒng)動力學(xué)模型流圖，通過對模型流圖結(jié)構(gòu)的分析，得出貨運產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。

1鐵路貨運產(chǎn)品體系

目前鐵路貨運產(chǎn)品根據(jù)其產(chǎn)品特性及運輸時效性，可主要分為：高速鐵路快運產(chǎn)品、普通貨物列車貨運產(chǎn)品、貨運班列貨運產(chǎn)品、特種貨物定制產(chǎn)品及多式聯(lián)運貨運產(chǎn)品。

（1）高速鐵路快運產(chǎn)品。高速鐵路快運產(chǎn)品是鐵路適應(yīng)物流市場多元化運輸需求，滿足網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟崛起帶來的電商快遞需求增長的積極嘗試，依托現(xiàn)有高速鐵路線路及動車資源，滿足經(jīng)濟快遞、同城快遞服務(wù)需求，提供當(dāng)日達、次晨達、次日達快遞服務(wù)。目前我國高速鐵路快運主要包括預(yù)留車廂運輸、確認車運輸、隨車運輸?shù)冗\輸形式，具有產(chǎn)品服務(wù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋我國500多個城市，時效性媲美航空運輸，安全性強于公路運輸?shù)忍攸c。

1飛機機械傳動系統(tǒng)動力學(xué)特性

對于飛機機械傳動系統(tǒng)而言，飛行操縱系統(tǒng)有兩種類型，即動態(tài)操縱系統(tǒng)、靜態(tài)操縱系統(tǒng)。以靜態(tài)特操縱系統(tǒng)為例，其表現(xiàn)出桿力、啟動以及配平和傳動等特性；對于動態(tài)操縱系統(tǒng)而言，其面對的是內(nèi)容是操縱指令響應(yīng)。就目前國內(nèi)飛機機械傳動系統(tǒng)來看，駕駛員對多組機構(gòu)以及管控操縱伺服作動器，能夠進行不可逆動力操作。飛行操縱系統(tǒng)可分成兩個階段，其中一個階段即為駕駛桿以及腳蹬，主要是基于多組機構(gòu)以及人工感覺設(shè)備和傳動設(shè)備的輸入點，構(gòu)成了一個相對開環(huán)的系統(tǒng)；就第二個階段來講，主要是操縱面、伺服作動器，構(gòu)成的是閉環(huán)隨動環(huán)境。基于此，飛行操縱（機械傳動）系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)注意系統(tǒng)穩(wěn)定性、跟隨性和阻抗特性問題的發(fā)生。操縱系統(tǒng)中的駕駛桿、作動器輸入點以及腳蹬，是一個相對比較開環(huán)的系統(tǒng)，一般不存在安全問題，能夠確保其運行的安全穩(wěn)定性，知識跟隨性方面的問題。本文研究的有限元工具，主要是ANSYS技術(shù)，其在機械工程建設(shè)過程中得到了較為廣泛的應(yīng)用，而且采用的是商業(yè)套裝分析技術(shù)，對機械與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進行計算、分析，尤其是要分析受外部載荷影響的響應(yīng)狀況，比如應(yīng)力、位移和溫度等。通過以上分析，可準確分析和判斷飛機機械系統(tǒng)外力負載作用下的瞬時狀態(tài)，對其是否滿足設(shè)計要求進行準確判斷。實踐中可以看到，飛機機械構(gòu)造較之于汽車、船只等更加的復(fù)雜，而且其所受到的荷載工況也呈現(xiàn)出多元化的特點，而且理論分析也難以實現(xiàn)效果，因此應(yīng)當(dāng)采用數(shù)值模擬方法分析判斷。近年來，科技水平的不斷提高、計算機軟件技術(shù)的不斷進步，使得ANSYS技術(shù)在現(xiàn)代航天領(lǐng)域中的應(yīng)用更加的深入和廣泛。從應(yīng)用效果來看，該分析技術(shù)的應(yīng)用，可降低設(shè)計成本，有效縮短設(shè)計周期，在提高設(shè)計水平方面，具有非常重要的作用。

2工程設(shè)計軟件技術(shù)研發(fā)

在飛機多元化軟式機械操縱系統(tǒng)條件下，為了實現(xiàn)動力學(xué)特性仿真、系統(tǒng)力學(xué)影響以及有效滿足設(shè)計要求，應(yīng)當(dāng)立足實際，對計算機輔助技術(shù)、工程設(shè)計軟件等進行針對性的研發(fā)。在技術(shù)研發(fā)過程中，力求構(gòu)建一套高效的、具有機械操縱幾何模型和自動化動力學(xué)分析功能的軟件。同時，為了能夠有效實現(xiàn)設(shè)計軟件的自動化、可視化建模，強化動力學(xué)數(shù)值建模功能，需在以下幾個方面做出努力。

第一個努力方向：基于c++Builder人機交互界面，接收用戶關(guān)于構(gòu)件幾何以及材料參數(shù)和相關(guān)信息，然后利用系統(tǒng)構(gòu)造算法構(gòu)建算法程序庫，對建模所需特殊點進行求值，并在此基礎(chǔ)上建立完備的操縱系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

第二個努力方向：在動力學(xué)建模過程中，采用文本自動剪輯軟件和技術(shù)手段，對建模宏命令進行編寫，并且建立可適用于ANSYS/LS.DYNA的可執(zhí)行命令流模板，在此基礎(chǔ)上形成模扳庫。當(dāng)用戶參數(shù)輸入以后，利用C++Builder技術(shù)對可執(zhí)行命令流模板剪連，從而形成較為完備、合理的分析命令流文件，最終完成系統(tǒng)構(gòu)件建模。

第三個努力方向：重新寫入命令流執(zhí)行文件，形成可直接應(yīng)用于ANSYS/LS．DYNA的求解器計算程序，經(jīng)引擎調(diào)用以后，對ANSYS/LS．DYNA求解器進行適當(dāng)調(diào)節(jié)。在此過程中，計算結(jié)果以數(shù)據(jù)或曲線形式反饋到人機交互界面。給予以上交互式程序的設(shè)計，在視窗界面上用戶通過輸入構(gòu)件的外形參數(shù)、材料參數(shù)或者受載參數(shù)，可直接獲得系統(tǒng)仿真結(jié)果。一般而言，上述系統(tǒng)中的相關(guān)構(gòu)件參數(shù)如下：扇形輪、滑輪厚度圓心以及外形尺寸參數(shù)和材料屬性參數(shù)，1、4代表扇形輪參數(shù)；2、3代表滑輪參數(shù)。駕駛桿截面積為矩形：O.02m×O.02m，輸出搖臂參數(shù)材料屬性參數(shù)與駕駛桿相同，只是位置參數(shù)不同，拉桿截面面積為0.06m2；駕駛桿、前拉桿輸出端相互連接在一起，扇形輪l上的(0，0.1，O)與后端節(jié)點相互連接；同時，后拉桿前端、扇形輪2上的(9，3.6，O)相互連接在一起；后端、輸出搖臂輸入點之間相互連接。從實踐來看，兩種拉桿的構(gòu)成材料一致，而且材料參數(shù)以及滑輪材料等也基本一致。

1稻草秸稈的改性方式研究

對于稻草秸稈的改性，國內(nèi)外研究者做了大量研究，采用多種改性方式進行改性提高其吸附性能(表1)。這些改性方式既包括常規(guī)的酸堿改性、氧化劑氧化、其他有機胺試劑的胺化，以及氯化鋅、磷酸、磷酸氫二銨等活化后的高溫改性。

2稻草秸稈對重金屬的去除研究

譚婷等采用氯化和胺化兩步反應(yīng)對稻草秸稈進行改性，胺化反應(yīng)采用多種胺基試劑，制成多種改性胺基改性稻草。通過對電鍍廢水中Fe3+、Ni2+、Cu2+、Zn2+的吸附性能，優(yōu)化得到乙二胺改性后的稻草秸稈性能最優(yōu)，當(dāng)吸附時間為20min，乙二胺基改性稻草秸稈對電鍍廢液中Fe3+、Ni2+、Cu2+、Zn2+的吸附趨于飽和，4種金屬離子的去除率可達70%～99%。李勇等采用ZnCl2作為活化劑，制得改性稻草秸稈，考察了對Cu2+的吸附性能。結(jié)果表明，當(dāng)改性稻草秸稈投加量為2g/L，pH為6時，改性稻草秸稈對Cu2+的吸附能力可達47．143mg/g，吸附達到平衡的時間為8h。改性稻草秸稈對Cu的吸附過程符合準二級動力學(xué)方程。熱力學(xué)分析表明，△G＜0，該吸附反應(yīng)屬于自發(fā)反應(yīng)。楊劍梅等研究了稻草秸稈對鉻的吸附。稻草秸稈改性前對鉻離子最大吸附量為3．883mg/g;通過酒石酸化學(xué)改性后的稻草秸稈，對鉻吸附能力有了顯著提升，可達到5．266mg/g。吸附性能提升有以下兩個原因:一方面，是由于酒石酸的改性顯著增加了稻草秸稈表面的羧基(－COOH)，而－COOH是吸附Cr6+及Cr3+的主要基團之一;另一方面，水溶液中酒石酸對稻草秸稈的改性因為溶脹狀態(tài)出現(xiàn)暫時存在的微孔，增加了改性稻草的比表面積，因而提高了改性稻草秸稈對鉻的吸附。劉婷等采用高錳酸鉀預(yù)氧化及乙二胺胺化改性后，獲得改性稻草吸附劑，研究了該吸附劑對鮞狀赤鐵礦選礦廢水混凝處理后的廢水中Pb2+的吸附去除效果。試驗結(jié)果表明，該改性稻草秸稈對廢水中Pb2+具有顯著的吸附去除，pH5．0～5．5，改性稻草用量為2g/L時，經(jīng)90min的吸附，Pb2+的去除率可達98．7%，吸附容量可達156．9mg/g。吸附過程符合二級動力學(xué)吸附過程，亦可用Freundlich公式較好地擬合。Gao等研究了稻草秸稈對Cr(VI)的吸附去除。結(jié)果表明，稻草秸稈對Cr(VI)的去除是由于還原和吸附作用。通過酒石酸對稻草秸稈的改性發(fā)現(xiàn)，羧基對Cr(VI)的去除起主要作用，稻草秸稈對Cr(VI)的吸附容量為3．15mg/g。Rocha等研究了稻草秸稈對幾種重金屬Cu2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+的吸附情況。結(jié)果表明，在最佳吸附pH(pH5．0)時，稻草對Cu2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+的最大吸附容量為0．128、0．132、0．133、0．110mmol/g。Ding等對稻草秸稈對Cd2+的吸附去除進行了研究。研究結(jié)果表明，在pH2．0～6．0下，5min即可達到吸附平衡，吸附容量可達13．9mg/g。Cd2+的吸附去除是由于陽離子交換取代稻草秸稈中的K+、Na+、Mg2+和Ca2+，與C=C、C=O、O－H和羧基等官能團結(jié)合。Cui等研究了土壤中稻草秸稈添加對重金屬Cu2+、Cd2+的影響。研究結(jié)果表明，稻草秸稈的添加，使游離的Cu2+從217nmol/L減少到124nmol/L，Cd2+從16nmol/L減少到12nmol/L，游離態(tài)的Cu2+、Cd2+減少是由于稻草秸稈的添加使土壤的pH升高導(dǎo)致。Sharma等對NaOH改性后的稻草秸稈在固定床反應(yīng)器中對Ni2+的吸附特性進行研究。結(jié)果表明，在固定床深為2cm時，75mg/LNi2+溶液進樣時，改性后的稻草秸稈對Ni(II)的吸附容量為43mg/L。在采用多種吸附動力學(xué)模型進行擬合后，發(fā)現(xiàn)托馬斯模型最符合其吸附行為。

3稻草秸稈對廢水中有機物的去除研究

將稻草在高溫條件下熱解制備的稻草基活性炭比表面積較大，具有良好的吸附性能。袁敏等研究了200～800℃條件下高溫制備的稻草炭的吸附性能。結(jié)果表明，800℃的高溫改性后的稻草吸附容量提升最大，對環(huán)丙氨嗪的最大吸附量可達167084mg/kg，接近于商品活性炭的最大吸附量(177305mg/kg)，是等量稻草秸稈的20．1倍。改性后的稻草對環(huán)丙氨嗪的吸附過程符合一級動力學(xué)方程。韓彬等對稻草秸稈進行改性，選擇(NH4)2HPO4為活化劑，優(yōu)化了活化溫度。結(jié)果表明，預(yù)氧化處理不僅改變稻草秸稈表面含氧基團的含量，而且影響了其比表面積。700℃下活化制得的改性稻草性能最優(yōu)，最大吸附容量可達636mg/g。磷酸氫二銨的浸泡不僅可以增加稻草秸稈的熱穩(wěn)定性。還可以明顯地增加改性稻草的比表面積，因而提高了改性后稻草基活性炭的吸附性能。改性后的樣品具有良好的再生性能，經(jīng)過4次再生后，對苯酚吸附效率仍能達到85．4%。韓彬等還研究了該改性稻草秸稈基活性炭對苯酚和亞甲基藍的吸附性能。將活性炭應(yīng)用于水中的亞甲基藍和苯酚吸附，活性炭吸附苯酚和亞甲基藍符合擬二級動力學(xué)方程。對苯酚最大的吸附量為187．7mg/g，對亞甲基藍的最大吸附量為166．35mg/g。研究還表明改性稻草基活性炭對亞甲基藍的吸附性能受到其比表面積與含氧基團的影響，而且含氧基團量的增多對其吸附亞甲基藍不利。Gong等采用檸檬酸對稻草秸稈進行高溫酯化改性獲得新型陽離子吸附劑，研究表明檸檬酸改性后的稻草秸稈對亞甲基藍的吸附能力大幅上升，由改性前的80．0mg/g提高到270．3mg/g，當(dāng)改性吸附劑的用量為2．0g/L時，對50～450mg/L的亞甲基藍去除率均可達98%以上。Gong等采用磷酸對稻草秸稈進行改性后并鈉鹽化獲得新型陽離子型吸附劑，考察了此吸附劑對兩種堿性染料(堿性藍和堿性紅)的吸附能力。結(jié)果表明，改性后的稻草秸稈吸附劑具有優(yōu)良的吸附性能，當(dāng)改性吸附劑的用量為2．0g/L時，對50～350mg/L的兩種堿性染料去除率均可達96%以上。劉婷等考察了改性后的稻草秸稈對選礦廢水中COD的吸附去除。采用KMnO4氧化及乙二胺胺化對稻草秸稈改性，改性后的稻草秸稈對選礦廢水中COD具有明顯的吸附去除作用。在pH為6～8，改性稻草用量為4g/L，吸附60min后，對COD吸附去除率可達到98%以上。

4稻草秸稈對其他離子的吸附研究

[摘要]為了探討玉米秸稈的改性及改性玉米秸稈在重金屬廢水中的處理效果，從重金屬廢水來源與危害，玉米秸稈的現(xiàn)狀及改性原因，玉米秸稈的改性方法及重金屬廢水中的運用，表明玉米秸稈通過改性可提高對重金屬廢水的吸附性能。改性玉米秸稈的有效使用，不僅可以解決玉米秸稈農(nóng)業(yè)廢棄物資源浪費，而且改性后的玉米秸稈具有運行成本低，環(huán)境友好等突出優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵詞]重金屬廢水；玉米秸稈；改性；廢水處理

1實重金屬廢水的來源與危害

重金屬廢水主要指含有重金屬離子的廢水，礦山開采、電鍍、有色金屬冶煉以及工業(yè)企業(yè)排放重金屬廢水是重金屬廢水的主要來源。電鍍廢水的重金屬濃度一般都比較高，主要含有銅、鎘、鋅、鎘等重金屬離子，鍍件的漂洗是產(chǎn)生重金屬廢水的主要原因。而開采金屬礦時會產(chǎn)生含有懸浮物和無機酸的重金屬廢水。金屬加工過程中普遍使用鹽酸或硫酸清洗金屬材料，清洗完畢后采用清水漂洗，導(dǎo)致漂洗的廢水中含有大量溶解性鐵。煉鐵過程中產(chǎn)生的廢水主要含有鐵、鋁、鋅、硅等。這些重金屬廢水不經(jīng)過有效處理直接排放進入環(huán)境，將會對環(huán)境造成巨大的污染與破壞。重金屬廢水的危害主要體現(xiàn)在持續(xù)時間長，生物不可降解性以及通過食物鏈進入人體富集性，從而導(dǎo)致人體機體紊亂，對人體健康造成威脅。常見的重金屬污染源為銅、鋅、汞、鎳、鎘、鉛、鉻等。“水俁病”、“痛痛病”都是由于重金屬污染造成的，對人體健康造成巨大的破壞[1]。有效去除重金屬廢水備受人們關(guān)注。

2玉米秸稈的現(xiàn)狀與改性原因

內(nèi)隨著我國農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，我國作為農(nóng)業(yè)大國，秸稈、稻殼、甘蔗渣、花生殼等產(chǎn)量愈來愈多[2]，而且呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢。我國因南北方氣候、人文習(xí)慣、飲食文化的不同導(dǎo)致農(nóng)業(yè)秸稈的產(chǎn)生形式也不盡相同，北方主要以玉米秸稈和麥稈為主，而南方主要以稻秸為主[3]，據(jù)不完全統(tǒng)計，在我國北方地區(qū)，玉米的常年種植面積約2333.3萬hm2，秸稈每年產(chǎn)生量約118億噸，常見玉米秸稈去向除部分用于還田、加工成為飼料、其他利用方式外，很大一部分被直接焚燒，各占比例分別為24.3%、29.9%、10.5%和35.3%。秸稈焚燒不僅會造成環(huán)境污染，而且會造成資源的巨大浪費。因此，針對玉米秸稈的性質(zhì)特點，因地制宜，高效利用轉(zhuǎn)化秸稈資源不僅是保護生態(tài)環(huán)境的需要，也是解決肥料、燃料和工業(yè)原料等緊張狀況、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求[4-7]。玉米秸稈主要成分為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等，且具有大量活性較高的羥基、羧基等表面官能團。這些官能團能夠通過嫁接制備多種吸附劑，用于去除廢水中的有害物質(zhì)，從而實現(xiàn)水質(zhì)凈化的目的。已有學(xué)者通過對玉米秸稈進行改性研究以提高對污染物的吸附容量，改性方法有硝酸改性、氨化磁性改性、ZnCl2-微波改性、醚化接枝改性、巰基改性和炭化等[8-10]。

3玉米秸稈改性方法研究

摘要:理論力學(xué)作為普通高校很多工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)理論課，其重要性不言而喻。針對理論力學(xué)課程學(xué)習(xí)中存在的問題，特別是不及格率高居不下的實際情況，結(jié)合現(xiàn)代化移動學(xué)習(xí)的特點，探討了理論力學(xué)課程混合式教學(xué)改革的特色和亮點以及具體的實施路徑，以期推動理論力學(xué)課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:理論力學(xué)，混合式教學(xué)，教學(xué)評價

0引言

理論力學(xué)作為普通高校很多工科專業(yè)(如土木工程、工程管理、建筑學(xué)、機械工程、環(huán)境工程等)的專業(yè)基礎(chǔ)理論課，其學(xué)習(xí)效果直接關(guān)系到后續(xù)課程(如土木工程專業(yè)的材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等)的學(xué)習(xí)。理論力學(xué)作為第一門力學(xué)課程，需要較好的高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理基礎(chǔ)知識儲備，其教學(xué)內(nèi)容多，概念性、理論性較強，學(xué)生學(xué)習(xí)容易枯燥。很多同學(xué)反映該課程知識點聽懂容易，但做題時缺乏解題思路，有時甚至無從下手。對南通大學(xué)2018級土木工程專業(yè)期末理論力學(xué)課程考試情況分析，只有3%的學(xué)生達到了優(yōu)秀，22%的學(xué)生未能及格。通過對學(xué)生座談，發(fā)現(xiàn)主要原因在于:1)理論力學(xué)教材中的一些概念與大學(xué)物理有重疊，譬如動量、動量矩、動能的概念等，學(xué)生似懂非懂;2)理論力學(xué)知識點聽起來簡單，但實際做題無從下手。實際上，理論力學(xué)很多題目可以一題多解。譬如考慮摩擦的平衡問題，可以采用平衡方程求解，也可以采用更為簡便的摩擦角繪圖求解;對于動力學(xué)題目，有時可以采用動量矩定理、動能定理以及達朗貝爾原理求解，這就要求學(xué)生清楚這些定理各自的優(yōu)越性;3)理論力學(xué)課程概念較多，比較枯燥，缺乏與工程的實際結(jié)合，學(xué)生不知所學(xué)為所用，絕大多數(shù)學(xué)生將學(xué)習(xí)重心放在應(yīng)對期末考試上;4)大多數(shù)力學(xué)教師仍沿用傳統(tǒng)板書與多媒體教學(xué)簡單結(jié)合，教學(xué)過程枯燥。總體而言，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，有些學(xué)生還會產(chǎn)生厭學(xué)情緒，一上課就想睡覺。

1理論力學(xué)混合式教學(xué)的特色和亮點

隨著現(xiàn)代化教學(xué)、移動學(xué)習(xí)的快速發(fā)展，將傳統(tǒng)的《理論力學(xué)》專業(yè)課程授課方式與超星學(xué)習(xí)通線上互動反饋相結(jié)合，實時動態(tài)地掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，并有針對性的輔導(dǎo)和講解以達到授課目的，已經(jīng)成為現(xiàn)代化教學(xué)的必然趨勢。混合式教學(xué)有如下特色和亮點:1)隨時隨地的學(xué)習(xí):超星學(xué)習(xí)通是一款課堂互動的教學(xué)APP軟件，不管是課前預(yù)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)，還是課后復(fù)習(xí)鞏固知識內(nèi)容，都能隨時隨地的學(xué)習(xí)，做到個性化、實時化的學(xué)習(xí)，可以充分利用學(xué)生的碎片化時間進行學(xué)習(xí)。2)輕松教學(xué):老師可以在課前預(yù)先教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)視頻等。在上課的整個進程中，可以輕松愉悅的管理教學(xué)，除了能實時方便地展示教學(xué)資料，還能實時點名、隨時發(fā)送通知、開展課堂活動等。3)愉快學(xué)習(xí):學(xué)生與老師的互動過程中，每次都能獲取經(jīng)驗值，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、參與感和成就感，在愉悅的互動中完成學(xué)習(xí)內(nèi)容。4)增強課堂互動:傳統(tǒng)的教學(xué)互動很少且形式單一，通過學(xué)生BYOD開展頭腦風(fēng)暴、投票問卷、討論答疑、隨堂測試和分組任務(wù)等豐富的課堂活動，使學(xué)生想學(xué)、愿意學(xué)，真正成為學(xué)習(xí)的主人。5)大數(shù)據(jù)與學(xué)情分析:超星學(xué)習(xí)通智能服務(wù)平臺能詳盡記錄每個學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，可以進行可視化分析報告，一鍵匯總生成過程性評價結(jié)果，并結(jié)合知識樹，形象地展現(xiàn)出學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握情況，便于老師有的放矢地展開相關(guān)教學(xué)活動。6)人工智能:運用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，可以幫助學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中高效完成學(xué)習(xí)，并輔助老師輕松教學(xué)。

2理論力學(xué)混合式教學(xué)的實施過程

摘要：本文介紹了環(huán)糊精的結(jié)構(gòu)，同時對絮凝機理進行了簡要說明，綜述了β-環(huán)糊精基復(fù)合材料在各類工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：環(huán)糊精；絮凝；廢水處理；進展

環(huán)境污染作為工業(yè)化迅速興盛的“副產(chǎn)品”，特別是水污染問題已經(jīng)成為21世紀人類所面臨的一項重大課題。未經(jīng)處理的工業(yè)廢水、農(nóng)藥廢水、放射性廢水及城市生活廢水的肆意排放，都會對水資源構(gòu)成嚴重威脅。為了水資源的修復(fù)，專家學(xué)者針對不同的污染物開展了科學(xué)研究工作。環(huán)糊精作為一種天然有機高分子原料，結(jié)合自身結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，在廢水處理中將得到廣泛研究。

1.環(huán)糊精（CD）

CD是由D-吡喃型葡萄糖單元通過α-1,4-糖苷鍵連接而成的一類環(huán)狀低聚糖。單元數(shù)目決定CD類型，常見聚合度有6、7和8它們分別對應(yīng)α-、β-、γ-CD。研究人員發(fā)現(xiàn)，組成CD的葡萄糖單元空間構(gòu)象均為椅式，由于在α-1,4-糖苷鍵上各糖基不能完成自由旋轉(zhuǎn)，所以CD立體結(jié)構(gòu)為錐狀圓柱形。CD含有豐富的羥基，同時內(nèi)腔具備疏水性，可以捕獲有機和無機分子。其中，β-CD由于空腔內(nèi)徑適宜且經(jīng)濟在食藥、環(huán)境修復(fù)等一些領(lǐng)域均有研究和應(yīng)用。

2.絮凝

絮凝理論體系逐漸形成于上世紀50～60年代。電中和、吸附架橋、卷掃網(wǎng)捕等絮凝機理目前已被研究人員廣泛認可。電中和機制形成于雙電層模型和DLVO理論。高分子絮凝劑與污水中的膠粒電荷異號時，對污染物膠粒起到強烈的電中和作用，并降低膠粒ζ電位的臨界值，產(chǎn)生顯著的絮凝作用。“架橋”指高分子絮凝劑中的長分子鏈通過氫鍵、離子鍵接觸到膠體粒子時形成大量絮狀聚合物，從而起到“橋梁連接”作用。環(huán)糊精自身分子量大、攜帶活性基團多，“架橋”作用明顯，具有良好的絮凝效果。卷掃網(wǎng)捕是高分子絮凝劑的絮凝作用，通過對污水中膠粒的電中和、吸附“架橋”形成大尺寸的固體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。絮凝劑對懸浮顆粒等污染物的絮凝機理十分復(fù)雜，對污染物的去除往往是多種機理協(xié)同作用的結(jié)果。