有机化学分析方法篇1
关键词:有机肥料;氮、磷、钾;化学分析方法
有机肥料中氮、磷、钾含量的测定,按国家行业标准nY525—2002的要求,氮采用全量蒸馏滴定法、磷采用磷钒钼黄光度法、钾采用火焰光度法测定。对普通复混肥料厂来说,一是测氮的时间过长;二是因为这些厂一般都没有购置分光光度计和火焰光度计,不便于磷、钾的测定。为了解决厂家都能分析测定有机肥料中氮、磷、钾的问题,笔者在生产实践中总结出适宜厂家使用的有机肥料中氮、磷、钾快速测定的化学分析方法。方法的要点是用硫酸—过氧化氢消化样品制取待测液,分别测定氮、磷、钾。测氮用nC-2型快速定氮仪,在10min内可完成氮的蒸馏、吸收、滴定全过程,具有快速、准确的特点;测磷用磷钼酸喹啉重量法;测钾用四苯硼酸钾重量法。在温度120℃的条件下,将磷、钾的沉淀物一起烘干115h,可以同时测定磷、钾,大大缩短了操作的时间。此方法用于生产实践,与国家行业标准的分析方法结果基本一致。普通的复混肥料厂不须增添分析仪器,便可应用本法测定有机肥料氮、磷、钾的含量,达到指导
生产的要求。
1 方法原理
有机肥料在硫酸溶液中加热,滴加过氧化氢溶液,使有机质迅速消化,制备氮、磷、钾的待测液,然后用nC-2型快速定氮装置测定氮、磷钼酸喹啉重量法测定磷、四苯硼酸钾重量法测定钾。
2.仪器与试剂
盐酸标准溶液01025mol/L;混合指标剂:称取溴甲酚绿015g和甲基红011g溶于100mL乙醇中,用氢氧化钠溶液(约011mol/L)和盐酸溶液(约011mol/L)调至紫红色(pH约为415);中性硼酸:20g/L加入混合指示剂,用上述氢氧化钠和盐酸调至紫红色。喹钼柠酮试剂、四苯硼酸钠溶液(均按参考文献[4]配制);四苯硼酸钠洗液:用10倍水稀释1倍四苯硼酸钠溶液。
3 分析步骤
3.1 样品待测液的制备
称取215000g样品于250mL三角瓶中,加入15mL浓硫酸,盖上短颈漏斗于低温电炉上加热冒硫酸白烟数分钟,样品消化成黑色糊状后停止加热,稍冷后取出小漏斗,用滴管吸满过氧化氢,慢慢地从三角瓶壁滴入直至溶液由黑色转变为无色为止,继续盖上小漏斗重复上述操作,使有机质完全分解,停止加入过氧化氢,继续将溶液低温加热至冒硫酸白烟15~20min,冷却,加水至75mL左右,再冷却,将溶液移入100mL容量瓶,定容混匀。将溶液全部干过滤,滤液留作测氮、磷、钾用。
3.2 氮的测定
吸取样品待测液10mL,用图1所示nC-2型快速定氮仪测定氮的含量。该定氮仪采用边蒸馏边滴定的方式测定氮,在10min内便能完成氮的蒸馏、吸收、滴定全过程,且接着进行第二个样品的测定不用更换器具,是目前国内外常规定氮仪测定氮速度最快的仪器之一。它是用水蒸气加热的方法,在碱性溶液中将铵态氮蒸馏出来,不需使用冷凝管流水冷却,用中性硼酸溶液吸收铵态氮。当吸收液吸收氨呈碱性后,混合指示剂由紫红色变蓝绿色,立即用盐酸标准滴定溶液滴定,维持溶液为紫红色(具体操作参看参考文献[1]),同时做空白试验。样品氮含量以氮(n)的质量分数表示,按
下式计算:
w(n)=C(V2-V1)×0101401/m×10/100
式中:C—盐酸标准滴定溶液的实际浓度,mol/L;
V1—空白试验消耗盐酸标准滴定溶液的体积,mL;
V2—测定试样消耗盐酸标准滴定溶液的体积,mL;
m—试样的质量,g;
0101401—氮的摩尔质量,m(n)=0101401g/mmol。
3.3 磷的测定
吸取25mL待测液于250mL烧杯中,加入(1+1)硝酸10mL,加水至100mL,加热煮沸,慢慢加入35mL喹钼柠酮试剂,加热煮沸1min,冷却,用已恒重的4号玻璃砂芯坩埚过滤,用水洗净烧杯及沉淀。将坩埚置于恒温180℃的干燥箱中干燥45min(如果磷、钾一起测定,则在恒温120℃的干燥箱中干燥115h),取出坩埚,于干燥器中冷却,称量。样品的磷含量以磷(p205)的质量分数表示,按下式计算:
w(p2o5)=(m1-m2)×0103207/m×25/100
式中:
m1—磷钼酸喹啉沉淀的质量,g;
m2—空白试验时所得磷钼酸喹啉的质量,g;
m—试样的质量,g;
0103207—磷钼酸喹啉质量换算成五氧化二磷质量的系数。
3.4 钾的测定
吸取待测液25mL于250mL烧杯中,加入eDta溶液(400g/L)40mL,加入酚酞指示剂(4g/L乙醇溶液)2滴,用氢氧化钠溶液(400g/L)调整至溶液呈红色,再过量1mL,加水至100mL,低温加热至沸,保持30min,加热过程根据水分蒸发情况,随时补充水维持100mL左右,取下冷却,将溶液过滤,用水洗烧杯及沉淀3~4次,滤液加入四苯硼酸钠溶液(加入量为每1mg氧化钾加四苯硼酸钠溶液015mL,并过量约7mL),搅拌1min,静置15min以上。将沉淀过滤于已恒重的4号玻璃坩埚内,用四苯硼酸钠洗液洗烧杯并沉淀5~7次,最后用水洗2次。将坩埚及沉淀置于恒温120℃的烘箱中,干燥115h,取出置于干燥器中冷却,称量。样品的钾含量以钾(K2o)的质量分数表示,按下式计算:
w(K2o)=(m1-m2)×011314/m×25/100
式中:
m1—四苯硼酸钾的质量,g;
m2—空白试验时所得四苯硼酸钾的质量,g;
m—试样的质量,g;
011314—四苯硼酸钾质量换算成氧化钾质量的系数。
4 结果与讨论
4.1 样品待测液的制备
本法采用化学分析方法测定氮、磷、钾,相对仪器分析方法来说,称取样品的量较大,其准确度较高,因为有机肥料的均匀性较差,称取样品量小,测定结果的重现性就会差些。同时取样可以用同一样品待测液测定氮、磷、钾,具有方便、快速的优点。
4.2 关于氮的蒸馏、吸收、滴定
笔者于2000年装配nC-2型快速定氮装置,至今已有很多复混肥料厂和分析测试单位使用该装置测定氮,它集蒸馏、吸收、滴定于一体,不用冷凝管(即不用冷却水),操作方便、快速、准确,在10min内便可完成蒸馏、吸收、滴定的定氮全过程。
4.3 关于磷的测定
本法用氮、磷、钾共用的待测液测定磷,提高了分析的速度。由于很多复混肥料厂没有购置分光光度计,只能采用磷钼酸喹啉重量法测定磷。重量法测定磷准确度、精密度高,相对光度法来说只是灵敏度较低一些,这对复混肥料厂影响不大,因为含磷011%以上的样品就可用本法测定,低于011%对生产厂家来说意义不大,可不加考虑。在进行磷、钾的测定时,经多次试验,在120℃干燥时间115h的条件下烘干磷、钾的沉淀物,对磷的测定结果没有影响(即与180℃干燥45min条件下测磷的结果是一致的),可以同时进行磷、钾的干燥测定。
4.4 关于钾的测定
对钾的测定也是根据复混肥料厂一般不配备火焰光度计的情况出发,采用四苯硼酸钾重量法测定。测定有机肥料中钾是采用酸溶的方法,溶出的金属阳离子较多,虽然在待测液中加入足够量的eDta溶液,当待测液调至碱性时煮沸15min后,仍会有少量氢氧化物沉淀产生,但这并不影响钾的测定,只要将这些沉淀过滤除去,再用四苯硼酸钠沉淀钾,对钾的测定就没有什么影响。本法适用含钾011%以上的样品的测定,亦可满足复混肥料厂配方生产的要求。
5 分析结果对比
本法已多次用于生产实践,其分析结果准确、可靠,适用于复混肥料厂指导配方生产,与行业标准分析方法分析结果对比,测定偏差符合要求。表1和表2分别是测定同一样品(烘干粉碎至通过0115mm筛的有机肥料)使用本法不同化验室的分析结果对比及本法与行业标准分析方法的分析结果对比。
表1 本法不同化验室的分析结果对比(%)
检验单位w(n)w(p2o5)w(K2o)
玉林施得富化肥有限公司1.144.101.98
南宁植保复合肥厂1.064.132.13
崇左雄狮复合肥料厂1.164.122.02
表2 本法与行业标准分析方法的分析结果对比(%)
分析方法w(n)w(p2o5)w(K2o)
本法1.144.101.98
nY525—20021.204.102.10
注:nY525—2002法测定结果为玉林市科学实验中心测试所的测定结果。
参考文献:
[1] 刘长风,许裔湘.利用快速定氮装置测定氮[J].分析试验室,2000,19(4):93-94.
[2] 谭建活.利用快速定氮仪测定废水中的氨氮[J].磷肥与复肥,2005,20(2):69-70.
[3] 中华人民共和国农业行业标准.nY525一2002.有机肥料[S].
有机化学分析方法篇2
abstract：thisarticlemakesasimpleanalysiscombinedwithsurfacefeaturesofnCmachinetools，andtakesanalysisandresearchonthebasictheoryoffiniteelementdynamicanalysisofmachinetoolstructureandlimiteddynamicsoftwareandthemodel.
关键词：现代机床；力学；机床结构；动态分析；动力学模型；分析研究
Keywords：modernmachinetools；mechanics；thestructureofthemachinetool；dynamicanalysis；dynamicmodel；analysisandresearch
中图分类号：tG502文献标识码：a文章编号：1006-4311（2013）34-0034-02
1概述
机械结构的结合面动力学参数对建立正确的动力学模型有着决定性的影响。机床结构动、静态特应该具有越来越高的动、性的研究已经成为当今机床行业的重要环节之一。机械结构的模块化设计以有限元分析为核心，动态结构优化为基础，通过结构的优化，不仅使零部件的静力学性能得到改善，还使结构的抗振特性得到提高，节省材料，获得最佳的结构尺寸。机床床身是机床的重要基础件，它的动态特性和静态特性直接影响机床的加工精度及精度稳定性。
目前，国内外对机床结构在动载作用下的结构疲劳强度和动应力分析方法涉及相对很少，主要原因是由于车床结构相对复杂和现场结构耐久性试验费用昂贵。而如果仅通过施加常幅设计载荷谱将静强度分析结果直接应用在车床结构的疲劳强度评估，虽然方法简单，但会产生严重问题，因为实际服役的机床车体结构承受的主要是随机的动载荷。基于相关领域结构疲劳研究成果，吸取文献中最新算法，提出一种利用多体动力学仿真和有限元分析相结合的方法对车床结构的疲劳寿命仿真，并对其展开较为系统的研究。美国michigan大学的tJiang和m.Chiredastcc，在应用有限元法和动态分析的基础上，又提出一种数学模型来模拟机床结构的联接形式，建立整机的模型并对机床结合面的联接件（如焊点、螺栓等）的位置和数量进行拓扑优化设计。
2力学在车床应用的主要研究工作
研究范围主要集中在机车的多体动力学仿真、车体结构有限元分析和结构疲劳寿命预测上。利用anSYS计算车床结构的应力计算（包括模态分析，子结构分析等）；结合材料S-n曲线和疲劳损伤累积理论进行疲劳寿命预测。机床结构多体动力学分析的重要前提之一，就是如何利用轨道空间谱转化为时域的轨道激励，使得功率谱转换产生的轨道激励时域信号的频率、相位和幅值特征不丢失。参照Jamesandrew地形pSD技术，提出一种轨道谱时频转换的简单方法，即通过构建轨道谱的时频转换算法，解决了常规方法转换过程谱特征信息丢失的问题，为机床动力学准确仿真提供重要支持。通过多体动力学软件SimpaCK对机床系统动力学仿真，可以更加深入研究机床车体结构抗疲劳特性，进而了解车体结构动态特性和结构疲劳普遍影响规律。
还有就是，元结构变量化动态分析，元结构是把机械结构大件就其组成的形体进行分解，最终可分解得一些拓扑结构变化不大、相对独立的基本单元结构，可称为元结构。其结构单元特性会影响到整个结构特性的优劣。
床身包含内部纵横筋板结构和导轨等主要元素。按照元结构的概念和划分原则，先将内部独立的元结构进行分析，以便确定合理的床身元结构。
现以床身的开口窗口、地脚螺栓、筋板为研究对象，来分析这些元结构与固有频率的关系。
a型：将床身前面的小窗口封上；b型：将床身前面的大窗口的高度由原来的0.31m改为0.22m；c型：在b型的基础上，将床身底部内侧4个地脚螺栓连接板的厚度由原来的0.02m变为0.03m；d型：在b型的基础上，增加两个地脚螺栓；e型：在d型的基础上，将床身右侧的方孔改为圆孔；f型：在e型的基础上，在床身前面小窗口下增加两个宽度和厚度均为0.03m高度为0.15m的长方体筋板，在床身后面内侧小窗口对面也增加一个此类型的长方体筋板。
3机床结构有限元动态分析的基本理论和软件分析
运用结构动态设计原理和有限元法的变量化分析技术，提出一种机床床身结构的动态设计方法和流程。一般先提取床身的典型元结构对其进行优化，在此基础上以床身结构固有频率为优化目标，以元结构优化结果为依据，提出该床身结构若干改进方案，并对各方案进行比较分析。有限元方法是结构分析中的一种数值法，它已成为分析连续体的强有力的工具。有限元方法在数学上是指求解偏微分方程的一种数值方法，在力学上则是指求解连续介质力学的一种离散方法。有限元方法的计算精确度取决于计算模型中所选用单元的质量、求解控制方程的精确度、以及离散化的方式。而有限元方法的计算准确度则依赖于计算模型的物理特性（包括加载方式、边界条件等）逼近真实结构物理特性的程度。因此，建立正确合理的计算模型是求解任何工程问题是所必须解决好的首要任务。
anSYS的原代码超过100000行，它不仅能够进行静态或动态的有限元分析，还能进行热传导、流体流动和电磁学方面的有限元分析。anSYS中提供的各种单元形式可以用以应付各领域的分析，而在结构的动力学分析中，三维实体单元一般采用以下三种单元：8点节六面体单元（SoLiD45）（图1），20节点六面体单元（SoLiD95）（图2）及10节点四面体单元（SoLiD92）（图3）。软件分析步骤如图4。
4变量化动态分析过程
变量化分析是在参数化、变量化造型和有限元分析的基础上进一步发展的一种面向设计的快速重分析方法。在设计早期进行设计验证和预测产品性能，可减少产品开发过程的反复。对床身变量化优化，首先要对床身拓扑结构进行分析，选取适当的结构单元类型，再建立有限元变量化模型。变量化动态设计的一般过程[4]如图5所示。
5结束语
从二十世纪六十年代中期以来，由于振动理论和结构动力学理论、动态试验技术、计算机技术等方面的发展，使研究进入一个全新的计算机辅助分析和优化设计的定量研究阶段，为机床的动态特性研究提供了坚实的理论基础和先进的测试手段，系统地建立了机床动态特性的研究理论，达到了一定的实用程度，并在不断地深化和发展。
参考文献：
[1]林贤响，卢波，翁泽宇，梅金虎，朱甫宏.基于相关分析的平面磨床动力学建模方法[J].轻工机械，2012（05）.
[2]王军，马培花，高永江.基于anSYS的X2120落地式镗铣床谐响应分析[J].组合机床与自动化加工技术，2012（11）.
[3]杨勇.重心驱动及导轨结合面参数对机床动力学性能的影响[D].南京航空航天大学，2010年.
有机化学分析方法篇3
关键词：《机械原理》；机构运动分析；教学改革；matlab
中图分类号：G642.0文献标志码：a文章编号：1674-9324（2017）30-0105-02
《机械原理》是机械工程类本科专业的一门专业基础课[1-4]，主要介绍机器运动特性的基本概念和原理。《机械原理》课程应当注重联系实际才能获得较好的效果。随着计算机技术的快速发展，如何在《机械原理》增加计算机辅助设计的相关内容，紧跟科技发展的步伐，成为《机械原理》课程教学改革的重要方向之一。
机构运动分析是机械原理课程的重要内容之一，是在已知机构尺寸及原动件运动规律的情况下，确定机构中其他构件的规律。在工程设计中，机构运动分析用于对已选定尺寸的机构进行运动分析，以确定所设计机构的运动规律是否能满足产品的需要。目前计算机辅助设计已广泛应用于机械产品的机构运动分析，因此引入计算机辅助设计技术是贴近实际，提高学生知识应用能力的关键之一。
matlab件具有强大的数值计算能力和高效的工具箱函数[5，6]，在机械工程中得到广泛应用。因此，我们基于matlab开展机构运动分析的教学改革。机械原理是实践性很强的课程，教学改革的主要工作分为课堂教学的改革和课后作业的改革两个部分。
一、课堂教学的改革
为了将matlab融入机构运动分析的教学中，需要对现有的课堂教学进行改革，需要在教学内容、教学设计和课件制作等几个方面有针对性地进行调整。
1.教学内容。在原来的机构运动分析部分的教学中，需要介绍矢量图解法和解析法两种方法。矢量图解法作为一种绘图求解的方法，在计算机辅助设计尚未广泛应用于机构运动分析时，是机械工程师进行产品运动分析的一种重要方法。但随着计算机技术的快速发展，矢量图解法已基本被淘汰。由于缺乏合适的软件平台，一直是矢量图解法和解析法两种方法并重。在引入matlab进行辅助教学后，课程教学中就不需要花费时间介绍矢量图解法了，可以将原来用于矢量图解法的时间加强解析法的教学。运用matlab进行机构运动分析需要熟悉计算机编程和matlab软件，因此需要增加matlab基础教学的内容。虽然在本门课程教学之前会开设C语言程序设计课程，matlab软件本身也较容易上手，但课程教学内容中仍需要安排适当的时间做一些基础性的介绍。
2.教学设计。由于采用了matlab软件辅助进行机构运动分析的教学，因此需要进行教学设计的调整。教学设计的调整包括教学目标、教学重难点和教学方法等三个方面：（1）教学目标。在教学目标方面，原来需要掌握矢量图解法和解析法的原理，现在只需要掌握解析法的原理，但需要增加掌握运用matlab进行运动分析的部分。matlab本来就是常用的工程分析软件，增加这部分内容可以加强课程教学内容与工程应用的联系，从而提升学生的应用能力。（2）教学重难点。在教学重难点方面，原来矢量图解法和解析法都是重点和难点，现在解析法仍然是重点和难点，运用matlab进行运动分析的也是教学的重点。让学生具备利用matlab进行机构运动分析的能力是我们教学改革的目标，因此这部分内容也需要设为教学重点。（3）教学方法。在教学方法方面，由于利用matlab进行辅助教学，需要采用项目导入法，从机构运动分析实例出发介绍解析法及基于matlab进行分析的过程。
3.课件制作。在引入matlab进行辅助教学后，首先基于项目导入法，从机构运动分析实例出发进行课件制作的规划。规划内容包括项目实例的选择、课件制作软件的使用和教学内容三个方面：（1）项目实例方面，既要保留原课件中的例子，又要考虑增加工程实例。原课件中的例子更为基础，有利于介绍解析法的基本知识。工程实例与工程实际联系紧密，一方面可以引发学生的兴趣，另一方面也可以让学生了解实际工程中机构运动分析知识的应用。（2）课件制作软件方面，在引入matlab进行辅助教学后，需要以ppt为主适当结合matlab的方式制作。在介绍解析法基础知识、机构运动分析方程建立和编写matlab程序的过程等，仍然采用ppt，而在展示机构运动分析结果时采用matlab软件。ppt作为演示文稿软件更适合课堂教学，例如在介绍编写matlab程序的过程时采用matlab，字体会过小，影响教学效果。matlab作为商业化的分析软件，在展示机构运动分析结果时，更为贴近工程实际。（3）在课件内容方面，针对matlab的引入，增加matlab基础介绍、运动分析计算结果、分析图表和动画。基于matlab，各从动构件的速度变化表、加速度变化表、速度变化图、加速度变化图和运动动画都很容易得到，运用这些图表进行分析也更符合工程实际情况。
二、课程作业的改革
在引入matlab进行辅助教学后，课程作业也需要进行改革，包括：课程作业题目和形式两方面的变动。
1.课程作业题目变动。在改革前，教学内容有图解法和解析法，课程作业以图解法为主，解析法为辅。图解法为主的作业设计主要是考虑到学生完成作业的困难而定的。图解法的题目只需要在纸张上作图就可以求解，而解析法的题目常常需要计算机辅助才能完成。造成解析法题目一直较少的原因在不同阶段并不相同，早期是因为计算机普及率不高，计算机普及率提高后是因为缺乏合适的软件平台。在没有合适的软件平台时，要求用类似C语言等平台编程完成解析法的作业对大多数学生还是有一定困难的。
为了配合课堂教学实现教学改革目标，需要针对解析法和matlab应用设计作业题。这些作业题应兼顾解析法和matlab应用，即注重应用matlab编程求解解析法的问题。设计的作业题分原解析法题目、原图解法题目和新增题目三种：第一种是教材中原来的解析法题目，可以直接用，但需要针对matlab应用做一些小修改；第二种是教材中原来的图解法题目，需要根据解析法的特点结合matlab应用对题目做修改；第三种是新增题目，增加了一些设计题目。
2.课程作业形式变动。在改革前，课程作业的形式基本上以在作业本上完成为主。在作业本上先列出方程，然后给出计算结果。在引入matlab进行辅助教学后，难以准确了解学生掌握的情况，因此需改变原来的课程作业形式，作业都要在matlab平台上完成，然后将程序清单和运行结果打印出来。
三、结论
基于matlab平台，以提高学生的知识应用能力为目标，进行了机构运动分析教学改革。从课堂教学和课程作业两个方面进行了改革，真正实现matlab与机构运动分析内容的衔接。
参考文献：
[1]郝智秀，申永胜，陈国景.基于网络的《机械原理》多媒体课件研制[J].电化教育研究，2000，（12）：47-49.
[2]李琳，张铁，潘健怡，李祀仪.机械原理双语教学课件的设计与制作[J].高教探索，2007，（6）：149-151.
[3]杨文敏.机械原理课程混合教学模式的研究与实践[J].教育教学论坛，2016，（27）：169-171.
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有机化学分析方法篇4
关键词：举升机构；运动分析；参数优化；matLaB
1引言
随着计算机技术的发展和应用，50年展起来的以线性规划和非线性规划为主要内容的新的数学分支一数学规划被应用于解决工程设计问题，形成了工程设计的新理论和新方法，即工程优化设计理论与方法。特别从60年代以来，最优化技术发展迅速，而且得到了广泛的应用。在汽车工业发达的欧、美、日等国家，汽车优化设计理论和方法己应用于汽车诸多领域的很多环节，从汽车发动机、底盘、车身等主要总成的优化到整车动力传动系统的匹配，优化设计使他们的汽车工业保持了世界领先地位。
2国内自卸货车优化的意义
我国在机械设计中采用最优化技术的历史很短，但其发展速度却是十分惊人的。无论在机构综合、通用零部件设计，还是各种专业机械的设计都有最优化技术应用的成果。张宝生等编著的《汽车优化设计理论与方法》对汽车主要总成和主要参数的优化设计进行了较为系统的介绍。自卸货车举升机构的优化设计正从研究、探讨走向实际应用阶段。
优化设计作为一种新的设计方法具有综合的本质，它能够把过去的设计开发经验加以总结，寻找出更优的结构。优化技术将越来越得到更为广泛的应用。
在自卸货车的分析与设计当中，液压举升机构的设计一直处于重要的地位，这是由于液压举升机构是自卸货车的重要工作系统，其设计方案的优劣直接影响着货车的多个主要性能指标；应用软件分析机构在举升过程中的主要参数变化，可以总结运动规律、分析运动特征；运用优化方法进行液压举升机构的设计，可以寻求得到最优的设计方案，对提高液压举升机构的设计质量和效率具有重要的意义。
3液压举升机构简述
目前在货车上广泛采用液压举升机构，根据油缸与车厢底板的连接方式，常用的举升机构有两种形式：油缸直接推动式和连杆组合式两大类。
直推式举升机构利用液压油缸直接举升货箱倾斜货物。此结构布局简单、结构紧凑、举升效率高。按油缸布置位置不同，直推式举升机构可分为前置式和后置式两种。油缸与车厢底板之间通过连杆机构相连接，这种举升机构称为连杆组合式举升机构。在生产实践中连杆组合式举升机构因其具有举升平顺、油缸活塞工作行程短，举升机构布置灵活等优点，得到了广泛的采用，发展出了多种连杆组合式举升机构形式，如油缸前推（后推）连杆放大式、油缸前推（后推）杠杆平衡式、油缸浮动式等。常用的连杆组合式举升机构布置形式有两种：；油缸前推式（又称t式）和油缸后推式（又称D式）。
3.1液压举升机构运动参数分析内容
机构的运动分析主要是获得机构中某些构件的位移、角速度和角加速度，以及某些点的轨迹、速度和加速度。运动分析是机械设计及评价机械运动和动力性能的基础，也是分析现有机械优化综合新机械的基本手段。
进行货车液压举升机构的运动参数分析是为了获得杆组的位移、角速度和角加速度，进而评价举升机构的机械运动和动力性能，并作出相应的改善。
3.2液压举升机构的优化设计
举升机构评价一般包括：较小的举升力系数、紧凑的结构、平稳的油压脉动、合理的铰节点布局、较低的布置重心等。本次对举升机构的期望是：举升机构在举升过程中要保证最大举升力最小。如果要对其进行评价与优化，只须建立单目标数学函数模型，运用单目标函数的求解方法，借助计算机编程对其进行优化，选择出“最优”的举升机构设计方案。
4举升简化机构的运动参数分析
4.1机构运动分析的任务、目的和方法
机构运动分析的任务是在已知机构尺寸及原动件运动规律的情况下，确定机构中其他构件上某些点的轨迹，位移，速度及加速度和构件的角位移、角速度及角加速度。
机构运动分析的方法很多，主要有图解法和解析法。当需要直观简捷地了解机构的某个或某几个位置的运动特性时，采用图解法比较方便，而且精度也能满足实际问题的要求。而当需要精确地知道或要了解机构在整个运动循环过程中的运动特性时，采用解析法并借助计算机，不仅可获得很高的计算精度及一系列位置的分析结果，并能绘出机构相应的运动线图，同时还可把机构分析和机构综合问题联系起来，以便于机构的优化设计。
4.2解析法做机构的运动分析
用解析法做机构的运动分析，应首先建立机构的位置方程式，然后将位置方程式对时间求一次和二次导数，即可求得机构的速度和加速度方程式，进而解出所需位移，速度及加速度，完成机构的运动分析。由于在建立和推导机构的位置、速度和加速度方程时所采用的数学工具不同，所以解析法有很多种——复数矢量法和矩阵法等。复数矢量法由于利用了复数运算十分简便的优点，不仅可以对任何机构包括较复杂的连杆机构进行运动分析和动力分析，而且可以用来进行机构的综合，并可利用计算器或计算机进行求解。
5最优化理论简述
有机化学分析方法篇5
单元教学设计是指在认真解读课标、深刻理解教材并考虑到考试评价的基础上,依据学生的知能实际和心理需求对一个完整的教学主题进行的多课时整合性一体化的教学设计,其关注的焦点在于通过对同一主题多角度、多层次、不同方式的学习,将“点”状态知识结构化组合,将碎片式能力贯通性培养,将散落的科学观念统摄型建构,其目标指向为促进学生多元整体性认知结构的形成。
“有机合成”作为单独的教学内容安排在选修教材《有机化学基础》(人教版)的第三章“烃的含氧衍生物”第四节,以有机物的合成为目标,复习各种官能团之间的相互转化,在基本有机反应的应用过程中,学习有机合成的方法和途径,理解有机化学的价值,促进结构观、联系观、转化观的形成,而在后续“合成有机高分子化合物”的教学内容中,教材又从合成方法和合成原理的角度作了进一步拓展和系统化,知识应用的深广度和问题解决过程中的思维要求进一步提高。学生面对的有机合成问题,通常包括基于分析性思维能力的合成方案的解析和基于创造性思维能力的合成方案的设计,从对化学科学的理解、信息素养、问题的探究与解决能力等学习和评价要素看,“有机合成”是有机化学知识的制高点和生长点,更是学生学习的难点和思维能力培养的绝佳素材,因此,将“有机合成”作为一个教学单元的主题是合理的,更是必要的。
1单元教学目标的设计
本单元的教学内容包括有机合成方案的解析与设计。从知识的精髓看,两者是一致的,都是有机物官能团的结构、性质、转化及其应用;从面临的问题看,合成方案的解析侧重于通过对已知方案中未知物质的分析、线路的评价和探究结果的表达,在方案的理解和体会过程中达成逆合成分析法的形成,而合成方案的设计,则是通过新合成方案的构造和反思优化,在逆合成分析法的应用过程中,促进学生综合思维能力的提升,两者对素养与能力的要求具有明显的递进性;再从问题解决的策略与过程看(见图1所示),两者具有较强的关联性和融合性。
依据以上分析,“有机合成”单元教学目标的设计为:以有机合成为主线,将有机化合物的结构、性质、转化等知识点串联起来,使之系统化;以合成方法原理和特点的分析为重点,在问题解决的过程中,感受有机合成的本质、价值,培养问题解决策略,提升问题解决的思维能力,形成正确的科学观念和价值观念。
本单元的设计教学时段为三课时,课时教学目标的预设为:第一课时,整理回顾各类官能团的结构特征,引导学生从化学键的断裂与形成的角度理解有机化学反应及有机物之间相互转化的本质;关注有机物碳架的构建和官能团引入方法;在简单问题的解决过程中,穿插问题解决基本策略的培养。第二课时,在熟练掌握各类有机物转化关系的基础上,通过对实际生产实验中的合成方案的分析评价,体会有机合成的含义,学会多种问题解决策略的应用。第二课时是将第一课时中掌握的系统化知识应用于实际问题的解决,由此形成的问题解决能力还将对综合性更强、开放度更大的有机合成方案的设计起到先行组织者的作用。第三课时,综合应用有机化学知识和各种问题解决策略,完成对新物质或功能高分子化合物的合成方案设计;体验有机合成在生产、生活及高新技术领域的重要作用。
2单元教学活动的设计
单元教学活动的设计包括单元学习主线的设计和课时学习活动的设计。
基于单元教学总体目标,本单元学习活动主线设计为:官能团与有机物的转化,在分析各种有机物官能团结构的基础上,理解有机物转化的本质,进而形成官能团转化的系统知识和基本策略合成方案解析,应用有机化学知识和问题解决策略,分析、评价真实背景下的实际合成方案合成方案设计,综合考虑各种因素,构造科学合理的合成方案。
基于课时教学目标服务于单元教学总体目标的原则,课时学习活动的设计既要保持单课时的独立性又要关注前后各课时之间教学目标的一体化达成、知识和能力的递进性和螺旋式上升,鉴于此,本单元课时学习活动设计如下:
第一课时,(1)回顾各类有机物的官能团,从化学键和基团之间的相互影响分析官能团对有机物化学特性的决定性作用,从旧键的断裂与新键的形成理解有机反应的本质。(2)以有机代表物间的相互转化将各类官能团的联系系统化。如要求学生以有机代表物为例,用方程式说明“醇醛酸酯一条线,乙烯联系一大片”的含义。(3)设计恰当“问题串”,在问题解决的过程中形成问题解决的基本策略。
[教学片断1]问题1:①环氧氯丙烷是制备树脂的主要原料,工业上有不同的合成路线,以下是其中的两条合成践线(有些反应未注明条件)。
(问题转化策略、正逆向递归策略)
2.①当一取代苯继续发生取代反应时,新引进的取代基受到原取代基的影响而取代邻位、对位或间位。使新的取代基进入它的邻位、对位的取代基:-CH3、-nH2、-X;使新的取代基进入它的间位的取代基有:-CooH、-no2等。
若将②、③两步反应顺序颠倒,也可以得到C,但实际上是不妥的。请你指出不妥之处_____。
②反应步骤BC的目的是什么?
(新信息介入策略、反思评价策略)
3.①多沙唑嗪盐酸盐是一种用于治疗高血压的药物。多沙唑嗪的合成路线如下:
eF的反应中还可能生成一种有机副产物,该副产物的结构简式为_____。由F制备多沙唑嗪的反应中要加入试剂X(C10H10n3o2Cl),X的结构简式为_______。
②合成有机高分子化合物的途径有哪些?
[师生交流]见图2所示。
(式型匹配策略、模型建构策略)
(4)学习反思,由官能团间的转化反应到新物质的获取策略进而引发对合成方案的关注。第一课时作为对已学知识的回顾整理,学生的学习活动更多地以内省式的独立思考、生生间的讨论交流为主要形式展开,教师主导问题的提出并作为问题讨论的首席参与者,融入学生的学习活动。
第二课时:提出核心任务,应用逆合成方法的原理解析有机合成方案。把第一课时获得的学习成果置于真实的问题情境中检验反馈、拓展应用。选取经残缺设置后的实际生产或实验中真实的合成方案作为课堂教学素材,引导学生解决问题、掌握方法:物质分析原料的正向推衍、产物的片断解析、新信息的合理插入、官能团的正逆向对接,直至全部合成线路的贯通并将分析结果运行检验。线路分析合成顺序的科学性、合成路径的简约性、目标产品的产率、环境保护等。准确表达按要求正确书写有机物结构简式、有机反应方程式、同分异构体、识别反应类型等。
[教学片断2]问题1:尼龙-66被广泛用于制造机械、汽车、化学与电气装置的零件,亦可制成薄膜用作包装材料,其合成路线如下图所示(中间产物e给出两条合成路线)。
完成下列填空:
(1)写出反应类型:反应②_________反应③_________。
(2)写出化合物D的结构简式:_________。
(3)写出一种与C互为同分异构体,且能发生银镜反应的化合物的结构简式:_________。
(4)写出反应①的化学方程式:_________。
(5)试评价中间产物e的两条合成路线___________________________。
(6)用化学方程式表示化合物B的另一种制备方法(原料任选):_________。
(知识应用,在分析、判断、比较和评价等过程中提高分析性思维能力)
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[交流]略
2.以苯乙酮为原料的苯氧布洛芬钙合成路线如下,试回答下列问题:
信息一:氯化亚砜(SoCl2)可与醇发生反应,醇的羟基被氯原子取代而生成氯代烃。
信息二:已知:
(1)写出a_____,B_____,C_____,D_____,e_____,F_____的结构简式;
(2)写出苯乙酮的其他同分异构体(必须含有苯环和羰基)
(应用多种问题解决策略解析有机合成方案)
[交流](1)物质分析的策略与过程:见图3所示。
(2)同分异构体书写(见图4所示):
合成方案的解析是对第一课时知识和方法的拓展、组合型应用,而合成方案本身又是第三课时方案设计的范例,方案解析过程中形成的问题解决策略对第三课时学习活动具有内在的支撑价值,因此,本课时在全单元学习中具有承上启下的作用。本课时的学习活动形式主要为问题解决驱动下的小组合作、师生交流。
第三课时,教师发挥主导作用,根据学生实际设定问题的综合度,提出若干目标产物的合成方案设计任务,引导学生通过小组内交流合作、小组间比较优化、个体体验内化等学习活动,在问题解决的过程中提升思维品质。本课时以具有实际应用价值的目标产物的合成为问题背景,要求学生综合应用有机化学知识和各种问题解决策略,依据逆合成方法的原理,在联想创新中设计方案,在比较评价中优化方案。本课时的学习活动有利于学生进一步构建完善自己的知识网络和方法体系。
[教学片断3]问题1:香豆素()
是一种用途广泛的香料,可用于配制香精及制造日用化妆品和香皂等。请用合成反应流程图表示出以
乙醇和邻羟基苯甲醛()合成香豆素的合成方案。
提示:①合成过程中无机试剂任选
本单元教学设计始终定位于以有机物之间官能团转化的知识为载体,通过合成方案的解析与设计,在问题解决过程中,培养问题解决策略,提升问题解决能力,所以,本单元设计了两类反馈检测题,一是对给定合成线路的解析,以考察学生对逆合成方法的理解水平;二是合成方案的构造,如“有机玻璃、涤纶的合成方案设计”,以考察学生对逆合成方法的应用水平。
3单元教学设计的思考
单元教学主题的确定要突出“生本性”。课堂学习过程是师生和谐共创的心理能动过程,特别需要注重师生间的内在心理共鸣与外显教学共振的和谐统一。因此,一定要重视“学情调研”,从学生实际出发,切实考虑学生当前已有的经验、思维方法和态度及心理需求(包括应对考试的需求),把有利于学生基础知识的有效加强、认知结构的有效改良、分析问题解决问题等思维能力的有效培养,直至化学科学观念的有效形成,作为我们单元教学设计的出发点和追求目标。这就需要教师真正走近学生,通过作业与考试分析、学习过程观察、交流与访谈等,了解学生对学习内容的看法和自己对学习内容的想法,师生共同确定单元教学主题。
单元教学设计要落实整体性、发展性。一方面单元教学应服务于学科整体知识系统的理解、科学观念的形成和科学思维方法的培养;另一方面“单元”又是一个相对独立的教学单位,有一个相对完整的教学主题,其教学目标的确定、教学内容的整合和教学活动的安排自然具有整体性特征。单元内课时教学活动服务于单元教学目标的达成,各课时教学活动中知识学习与能力培养具有内在的联系性和发展性。如“有机合成”单元教学设计的整体性应落实在理解有机反应本质,将有机化学知识系统化,形成结构观、转化观、应用观,培养问题解决策略与问题解决的思维能力等教学目标的设定上;发展性则应落实在官能团转化知识、应用知识分析合成方案、应用知识设计合成方案的学习活动预设中。
参考文献:
有机化学分析方法篇6
关键词：工科理论力学教学改革计算机技术
中图分类号：o31文献标识码：a文章编号：1672-3791（2015）11（c）-0164-03
理论力学是工科学生的一门技术基础课程，它不仅是很多后续课程（如：材料力学、弹性力学、结构力学等）学习的基础，同时也是解决大型复杂工程问题的基础。目前，工科理论力学仍然沿用传统的一套教学内容和教学体系，学生难以真正将理论知识应用到工程实践中。面对工程复杂机械系统运动学，动力学和静力学性态的分析与优化需要，传统的教学内容和课程体系必须进行改革[1]。对此，该文在总结工科理论力学传统教学内容和教学体系存在问题的基础上，提出了该课程改革的方向和目的。
1工科理论力学课程目前存在的问题
（1）与计算机技术脱节。计算机技术的发展为大规模复杂问题的求解提供了可能，尤其是近半个多世纪以来有限元方法的应用。但是，很多理论力学书籍甚至已经出到第七版了，还是与现代计算机技术出现脱节，主要体现在以下三个方面：①矩阵是高等数学中常见的一种工具，可以十分方便地对多维数据进行处理，便于计算机技术的实现。但在传统理论力学中一直没有得到广泛的应用。②刚体的位形坐标是刚体系运动的一种共性表述，是建立程式化方程来解决大型复杂问题的一个思路，而在传统理论力学中很少有提到这部分内容的。③拉格朗日第一类方程讲述较少，很多高校仍然偏重于拉格朗日第二类方程的讲述。事实上，拉格朗日第一类方程具有很强的程式化特点，便于计算机的实现，目前许多的多体系统动力学仿真软件的算法基础正是拉格朗日第一类方程。尽管广大教师采用计算机技术方法和手段，但大多数都是在建立运动学方程和动力学方程的基础上来进行的仿真与可视化[2-4]。事实上，建立运动学和动力学方程才是关键。
（2）授课学时偏少。随着学科门类的细化和多媒体技术的发展，在授课学习上给了工科理论力学很大的挑战。授课学时从原来的96个学时，压缩到64个学时，再到目前的42个学时。据了解，42学时的理论力学授课，后面内容根本就没有时间来讲，很多高校采取的方法是虚位移原理、达朗贝尔原理和拉格朗日第一类方程基本上就不再讲解。事实上，拉格朗日第一类方程正是大多数动力学仿真软件算法设计的基础。
（3）缺少时间历程分析。刚体作为特殊的质点系，传统的理论力学课程仍然只能针对刚体和刚体系统做瞬时分析，教材的例题习题普遍都是求解某些特定时刻或位置刚体系的运动规律。特别是理论力学的运动学部分，很少有理论力学书籍介绍如何利用理论和方法来对运动学进行时间历程分析。显然，这难以满足工程实际问题分析的需要。当然，这很大程度上还得归结为传统理论力学与计算机技术不相适应的原因。
（4）过分依赖技巧。传统理论力学教材中有很多题目都讲求一定的技巧来解题，学生普遍反映难学，不少学生反映：“我已经做了很多题目，但如果遇到以前没有做过的问题，我仍然感觉到困难。在我看来似乎很多题目类型都不一样，没有一种通用普适性的方法解答”。传统理论力学将点的运动与刚体上点的运动“分离”，将动系抽象化，以至在处理点的速度与角速度的分析上过多依赖于技巧解题[5]。过分地讲究技巧解题显然不是在计算机技术飞速发展下的趋势，对学生能力的培养显然也欠妥。
（5）算法实现较少。要进行刚体系运动的时间历程分析，必须借助计算机语言设计相应的算法来实现。据了解，大多数高校的学生大一下学期就已经学完了C语言程序设计这门课程，笔者认为在理论力学课程中的静力学、运动学和动力学分析正是他们“大展拳脚”的机会。比如，理论力学运动学分析的数学模型是非线性代数方程组，其运动学分析就转化为了对该非线性代数方程组进行求解；而动力学分析的数学模型大多数情况下是微分―代数方程组，其动力学分析就转化为了该微分―代数方程的求解组。通过利用计算机语言来设计理论力学的算法可以调动学生对课程学习的积极性，激发学生的学习兴趣。
（6）工程应用困难。传统工科理论力学课程强调瞬时分析能力的培养和技巧解题的方法，用于建立复杂工程问题运动学和动力学方程并不实用。这使得学生很难利用所学理论力学的原理方法解决工程中所面临的实际问题。随着计算机技术的发展，多体系统动力学仿真分析软件（aDamS、Simpack、Recurdyn、CaDamB等）相继出现，在航空航天，机器人，车辆等领域发挥了十分重要的作用。然而，大多数学生在学习或使用这类软件的时候显得比较吃力，相当大一部分原因是理论力学课程与这类软件没有形成很好地衔接关系。
2工科理论力学课程的改革方向
从现代力学的观点来看，工科理论力学课程需要紧密结合现代计算机技术、面向工程实际应用等方面来进行改革。课程需采用先进的数学工具，以适用于计算机技术来建模与求解。
（1）以刚体和刚体系为课程的主要研究对象，培养学生正确合理地将工程对象定义为刚体系力学模型的能力。这部分内容一方面要求课程中有许多来自于工程实际的案例；另一方面需要教师深入地剖析工程实际问题向力学模型简化的原则和思路，如何做到正确合理的简化。
（2）描述刚体的运动以刚形为出发点，贯穿理论力学课程的始末。刚体的位形坐标（还包括速度和加速度位形坐标）确定以后，刚体上任意点的运动也就确定了，整个刚体系的运动规律就确定了。从位形坐标角度出发，具有很强的普适性和本质性，不仅能用于平面刚体系的运动分析，还能推广到空间刚体系统的运动分析。
（3）引入矩阵工具，将带有方向的矢量运算转化为矩阵（标量）之间的代数运算。通过利用矩阵运算来推导理论力学中的定理，使理论力学基本概念的数学描述变得简洁，且具有更为一般的规律。另外，矩阵形式的力学定理不仅便于大型复杂问题程式化方程的实现，还便于数值分析算法的求解。
（4）矢量力学从动量定理和动量矩定理出发引出处理动力学问题的一般方法和独立坐标方法。分析力学通过达朗贝尔原理和虚位移原理引出拉格朗日第一类方程，从理想约束的角度出发导出拉格朗日第二类方程。通过矢量力学和分析力学的学习使学生掌握运动学和动力学瞬时和过程分析的基本概念和方法，培养他们判断与分析运动学与动力现象的能力。
（5）结合现代计算机技术的特点，注重程式化数学模型的建立。运动学通过分析刚体间的连接关系以约束方程为主线来建立通用数学模型，动力学通过附加运动学约束方程以第一类拉格朗日方程为主线，实现运动学和动力学的相互贯通。运动学和动力学都以求解刚体系的位形坐标为出发点，通过理论力学的原理和方法来建立以位形坐标为待求变量的方程组。统一的建模与求解思路有助于计算机的实现。
（6）适当地讲述理论力学中静力学、运动学和动力学分析数学模型的求解方法。其中，理论力学运动学的数学模型是代数方程组，大多数情况下是非线性代数方程组，因此运动学分析主要就是求解该非线性代数方程组；而理论力学动力学的数学模型是微分方程组，大多数情况下是代数―微分方程组，因此动力学分析主要就是求解该微分方程或者是微分代数方程组。通过利用数值计算方法来求解这两类方程，不仅能够使学生理解瞬时和过程分析的概念，还有助于学生理解当前国际上先进的计算机辅助分析软件的基本原理和程序算法。
（7）各科课程的有机结合。做好中学物理、大学物理到理论力学课程的正确过渡。以理论力学课程为中心，将数值分析，矩阵理论，高等数学和计算机编程的理论和方法，真正地应用到理论力学中来，为工程设计服务。让学生真正感受到数学理论对他们而言是真正有用的，已经不是单纯地在学数学，而是真正地在用数学，是可以用它来解决当前所面临实际问题的。当学生认识到以往学习的知识能够用来解决工程问题时，能在很大程度上提高他们的学习兴趣，还能有助于其他课程学习和提高。
3工科理论力学课程学习的目的
无论采用哪种教学手段、教学方法和考试方式，都应该注重培养学生能力这一落脚点。工科学生在完成理论力学课程学习后，应当具备五位一体的综合能力，即简化、分析、求解、判断和运用的能力。
（1）具备合理简化工程问题的能力，即正确地建立工程问题的力学模型，使该问题能够运用理论力学的原理和方法来进行求解。
（2）利用理论力学的原理和方法，对所建立的刚体力学模型进行静力学，运动学和动力学分析的能力。
（3）利用矩阵理论、数值计算方法等理论方法来求解刚体系运动规律的能力。
（4）利用理论力学的基本概念，定性地分析判断结果正确与否的能力。
（5）利用理论力学的原理和方法，掌握一门多体系统动力学仿真分析软件，并且能够利用这类软件来进行刚体系的静力学、运动学和动力学分析。工科理论力学的学习应当与当前先进的动力学仿真软件相接轨，形成很好地衔接作用。通过这类软件的学习和使用来巩固学生所学的知识，培养学生分析问题、解决问题的能力。与此同时，学生通过这类软件的仿真计算来验证手工计算的结果，可以在一定程度上提高他们学习的积极性。
工科学生理论力学课程学习最重要的目的就是两点：一是能够合理地简化工程问题，建立其力学模型；二是能够根据力学模型建立数学模型，即建立运动学和动力学方程（静力学是动力学的一种特殊情况）。学生在建立实际问题的数学模型后，通过后续课程的学习，便可以建立控制模型、优化模型等进行求解，最终以提高、改进产品的综合性能为目的。因此，工科理论力学是一门十分基础的课程，是解决大规模复杂力学问题的基础，各大高校应该引起足够的重视。
4结语
理论力学课程的改革是一项长期而又艰巨的工程，需要各大高校和广大教师坚持不懈的努力，运用科学发展的眼光来对待，与时俱进，取长补短，相互交流，逐步完善理论力学课程内容和体系，以适应新形势下社会发展和人才培养的需要。应该指出，以培养学生简化、分析、求解、判断和运用五大能力为工科理论力学课程的目标是该课程改革发展的一种趋势。
参考文献
[1]洪嘉振，杨长俊.理论力学[m].3版.高等教育出版社，2008.
[2]邓旭辉，张平，肖攀.matLaB在理论力学教学中的应用[J].力学与实践，2006，28（5）：82-83.
[3]宋海珍，卢成，张鸿军.基于maple的理论力学教学实践[J].实验室研究与探索，2011，30（7）：11-14.
有机化学分析方法篇7
［关键词］药学；药理化学；分析化学
随着我国医疗事业的飞速发展与进步，药学研究水平越来越高。其发展主要依赖于药物分析技术，药学研究对我国医药事业开发、创新、发展等方面具有重要促进意义，能够间接提升我国经济水平，从根本上提高我国健康保障水平。
一、药物化学和分析化学的基本概念
（一）药物化学概念
所谓药物化学主要是将化学分子原理应用于药物研发，从科学角度分析化学药物的基本构成、生物效应及相应药性原理等相关内容，用于新类型药物研发。药物化学研究需要两方面来共同促成，其一是生物学，另外一方面是化学，其在药物研发中主要明确药物的活性物质或药性机制，分析患者用药治疗后，药效对机体的代谢作用，及机体对药物的适应情况及吸收情况等。
（二）分析化学概念
所谓分析化学主要是指对物质中相关药物成分、不同结构含量等进行测量，将测量的物质指标进行化学分析，其属于物质化学分析的一门科学，除此之外，有关于物质成分测量所用仪器也包含在内，属于分析化学的一部分。分析化学中对药物成分进行测量分析的方法被称为化学分析法，这种方法在测量过程中主要应用天平和所要测量的物质及试剂，将其用玻璃器皿盛放，将所测量的物质成分计量指标与测量过程中出现的化学反应两者相互对应分析，以此得出结论。另外一种分析方法即仪器分析，这种方法在满足上述作用的同时还能够进行微量分析及形态、结构分析等。
二、物理化学和分析化学的发展及作用
（一）物理化学和分析化学的发展
早在19世纪，物理化学这一概念被提出，并且于30年代和40年代蓬勃发展。物理化学概念被提出后科研人员研制出了磺胺类药物，投放于临床治疗，响应效果较好，对患者的预防感染及临床治疗均具有一定促进作用，在投放应用的10年内，β内酰胺类抗生素研发技术逐渐完善。于19世纪40年代有相关研究人员研究出了抗菌药物的药性、活性及药物机理等，将其与药物成分及结构等相关内容相互融合，用于新药的研制，就此不同种类药物越来越多。于19世纪末时，通过研究人员的努力，对于新药的研制不再仅依靠药物活性机理及其成分结构方面入手，新药的不断研制也是物理化学逐渐认识的过程，研究人员能够明确大部分种类药物在机体中出现的生化效应，能够明确不同类药物应用于人体其活性及产生的药效，就此于19世纪末可以通过不同类型、病症患者的实际患病情况入手，分析患病原因，实现新类型药物研发，对症下药治疗。于20世纪分析化学理念被提出。分析化学除了分析方法以外，其能够用于新药研制主要依赖于分析仪器，在不断探索发展的过程中，仪器分析方法逐渐占据主要地位。在整个20世纪中，40年代至80年代之间，出现了三大重要学科领域，即材料学、环境学和生命学科，这三大学科通过与仪器分析方法联合应用研究，在一定程度上成就、完善了分析化学，促进其发展进步。从当今环境来看，仪器分析方法又与计算机信息科技相互联系到一起，以计算机为载体、以网络信息为媒介，将分析化学中测量的数据、信息进行整理、收纳，最终录入电脑，实现信息传输及智能分析。目前，信息化仪器分析中最具代表性的即为传感器的发现及图谱快速检索和实验室自动化等。
（二）物理化学及分析化学的作用
从不同角度来讲，物理化学和分析化学的作用存在一定差异，是不同的。物理化学更偏向于药物活性、机理及药性和机构的研究，极大促进了早期药学的研究与发展，为后续的新类型药物研发奠定了坚实基础。同时，20世纪内的分析化学主要是用于药物成分、剂量的测量及化学实验反应研究，其属于实验方法的一种，并且在仪器分析发展进程中，挖掘了与药学有关的不同学科，为药学研究提供更全面、系统的理论支持，促进药学研究。当前，仪器分析法融合计算机信息技术，实现了仪器分析的智能化和自动化，其具有测量分析数据准确可靠、操作迅速等优势，但是从另一方面来讲，仪器设备购置昂贵并且对仪器操作者要求较高，操作繁琐，这些都是局限性。从大方面来讲，物理化学和分析化学的丰富及发展对于我国药学研究均具有一定促进作用，通过对不同药物运作机制的研究和不同药物成分实验研究，研发了不同类型的新药物，将其用于临床治疗。综上所述，药物化学和分析化学是药学的重要组成部分，两者在不断发展中融合不同新技术，为药物研发、临床治疗及医疗事业的发展都起到一定促进作用，具有重要意义。
参考文献：
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有机化学分析方法篇8
有限单元法最早可上溯到20世纪40年代。Courant第一次应用定义在三角区域上的分片连续函数和最小位能原理来求解St.Venant扭转问题。现代有限单元法的第一个成功的尝试是在1956年,turner、Clough等人在分析飞机结构时,将钢架位移法推广应用于弹性力学平面问题,给出了用三角形单元求得平面应力问题的正确答案。1960年,Clough进一步处理了平面弹性问题,并第一次提出了"有限单元法",使人们认识到它的功效。
随着计算机技术的快速发展和普及,有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域,成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法,有限元在产品设计和研制中所显示出的无可伦比的优越性,使其成为企业在市场竞争中制胜的一个重要工具。
1有限元法的基本思想
有限元的核心思想是结构的离散化,就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体,实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析,得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析。
有限元法分析的基本步骤如下:
(1)物体离散化。将分析的对象离散为有限个单元,单元的数量根据需要和计算精度而定。一般情况下,单元划分越细则描述变形情况越精确,越接近实际变形,但计算量越大。
(2)单元特性分析。首先进行位移模式选择。有限元法通常采用位移法,因此应先选择合理的位移模式(位移函数)。然后分析单元的力学性质。根据单元的材料性质、形状、尺寸、节点数目、位置及其含义,找出单元节点力和节点位移的关系式,亦即导出单元刚度矩阵,这是分析中的关键一步。最后计算等效节点力。将单元边界上的表面力、体积力或集中力等效地转移到节点上,也就是用等效的节点力来代替所有作用在单元上的力。
(3)单元组集。利用结构力的平衡条件和边界条件把各个单元按原来的结构重新联结起来,形成整体刚度矩阵。
(4)求解未知节点位移。解有限元方程求出节点位移,然后根据节点位移求出所有的未知量。
归根到底,有限元法是求解常、偏微分方程的一种方法。理论上讲,凡能够归纳为求解微分方程的工程问题都可以用有限元法来解决。因此有限元法可以进行结构、热、电磁、流体、声学等分析。
有限元法与其它常规力学方法相比,具有许多优越性:
①可以分析形状十分复杂的、非均质的各种实际的工程结构;②可以在计算中模拟各种复杂的材料本构关系、荷载和条件;③可以进行结构的动力分析;④由于前处理和后处理技术的发展,可以进行大量方案的比较分析,并迅速用图形表示计算结果,从而有利于对工程方案进行优化。
2有限元软件的发展概况
有限元法经过近50年的发展,不仅理论日趋完善,而且已经开发出了一批通用和专用的有限元软件,这就为有限元法的普及提供了基础,使它成为结构分析中最为成功和最为广泛的分析方法。目前已经使用这些软件成功地解决了众多领域的大型科学和工程计算问题,取得了巨大的经济和社会效益。
目前,大型的商业有限元软件有很多,它们基本上均具有较好的前处理、后处理和计算能力。已经可以满足众多产品开发的基本要求,然而在提高模拟的真实性和使用的适应性方面却不同程度地存在着不足。由于计算机技术的发展和新的工程要求的提出,这种挑战更加迫切。为了应付这些挑战,未来地有限元软件的发展将具有以下特点:
(1)由单一物理场的研究向多物理场综合模拟以及相互作用模拟的方向发展。例如当气流流过1个很高的铁塔,铁塔会发生变形,塔的变形又反过来影响到气流的流动,这就需要用到结构——流体祸合分析。
(2)由单一零件的模拟向整机的模拟方向发展。
(3)进一步提高非线性问题的求解能力。材料科学的不断发展,研究出了很多性质特殊的新材料,现有的非线性求解器需要进一步完善其功能。
(4)在有限元分析功能不断完善的基础上,向与优化设计、可靠性分析和其它综合评估功能结合的方向发展。
(5)加强与设计制造过程的集成和数据转换,向与CaD/Cam无缝化集成的方向发展。即在CaD软件上完成产品的造型设计,自动生成有限元网格并进行计算,如果分析的结果不符合设计要求则重新进行设计和造型。
(6)向智能化、本地化、方便的二次开发性、友好化方向发展,进一步加强前处理的可视化能力和后处理数据输出功能,以便减少使用者花费在数据准备和结果处理上的时间。
3有限元法在机械工程中的应用
近年来,国内外许多学者对机械零部件的有限元分析进行了大量的研究,归纳起来主要是以下几个方面:
a.静力学分析。当作用在结构上的载荷不随时间变化或随时间的变化十分缓慢,应进行静力学分析。这是对机械结构受力后的应力、应变和变形的分析,是有限元法在机械工程中最基本、最常用的分析类型。b.动力学分析。机械零部件在工作时不仅受到静载荷作用,当外界有与其固有频率相近的激励时,还会引起共振,严重破坏结构从而引起失效。故零部件在结构设计时,对复杂结构,在满足静态刚度要求条件下,要检验动态刚度。c.热应力分析。这类分析用于研究结构的工作温度不等于安装温度时或工作时结构内部存在温度分布时,结构内部的温度应力。d.接触分析。接触分析用于分析两个结构物发生接触时的接触面状态、法向力等。由于机械结构中结构与结构间力的传递均是通过接触来实现的,所以有限元法在机械结构中的应用很多都是接触分析。这是一种非线性分析,以前受计算能力的制约,接触分析应用的较少。e.屈曲分析。这是一种几何非线性分析,用于确定结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态形状,例如压杆稳定性问题。
4有限元技术发展趋势
有限元法最早是从结构化矩阵分析发展而来,逐步推广到板、壳和实体等连续体固体力学分析,实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。而且从理论上也已经证明,只要用于离散求解对象的单元足够小,所得的解就可足够逼近于精确值。所以近年来有限元方法已发展到流体力学、温度场、电传导、磁场、渗流和声场等问题的求解计算,最近又发展到求解几个交叉学科的问题。
有限元法的发展过程是与计算机技术的发展紧密相联的。只有计算机技术高度发展以后,有限元法才得到广泛的应用。一个复杂的问题的求解,过去用小型机花费几天才能得到结果,现在用pC机几个小时就能完成同样的工作。商业有限元软件也由只能在大中型计算机上使用,转入到多数都能在pC平台上运行。可以预期,随着计算机技术的进一步发展,有限元法的应用还将进一步扩大,并将成为工程技术中更重要、更有力的数值计算工具。
有机化学分析方法篇9
关键词：仿真技术；飞机；结构强度；机电液
1概述
机械产品设计是一个近代完善的过程，尤其对机等航空器是集各种先进科技成果于一体的产品，设计结果都需要进行反复多次的地面试验，才能验证设计结果能否符合要求。在仿真技术获得大规模应用之前，大部分试验都是依靠产品样机进行的，不仅成本高昂，而且试验一旦失败，对后续设计将会产生极大影响，无形之中增加研制成本，研制周期也得不到保证，随着现代计算机仿真技术的发展，在飞机设计中，越来越多的使用虚拟仿真技术。在概念设计阶段，仿真技术可以快速预测产品强度及性能，是试验无法取代的。目前，使用较为广泛的有：结构强度计算，多体动力学仿真、多学科多目标结构优化、内外流场分析、非线性有限元分析、疲劳强度分析、电磁仿真分析，机电液联合仿真分析。本文着重介绍各个仿真技术在飞机设计中的应用。
2仿真技术
2.1结构强度分析
飞机的设计中，满足结构强度要求是设计的首要要求，可以一票否决设计成果。影响结构强度的主要因素有材料的种类和性质、截面积、形状等，数年来，新材料的发展还不成熟，因此在飞机设计中应用得不多。设计人员往往通过改变结构的形状来提高设计产品的强度，在机械产品的最薄弱部位增加受力面，随着仿真软件的发展，这些已不是困扰设计员的主要问题，在飞机的零组件设计中，更为突出的强度问题是无法得到零组件所受真实荷载，有时候设计员甚至靠估算或放大载荷数来计算产品的强度，估计结果不利于产品的轻量化设计，目前是困扰设计员强度计算的主要问题，亟待要求更为准确的荷载计算方法。
2.2多体动力学仿真
飞机的零组件往往需要运动才能实现飞机的性能，利用多体运动力学仿真分析软件对各个机构进行运动仿真，得到运动时间、运动周期、运动速度、各个零组件的受力等的参数，用户可以用交互图形环境和零件库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学和理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。目前多体动力学仿真在刚体运动机械领域比较成熟，尽管金属材料的刚度很大，但是刚体分析往往不能反映产品的真实运动规律，通常情况下，需要把刚体转化成柔性体进行仿真计算。
2.3多学科多目标结构优化
新的飞机产品涉及的学科越来越多，科技越来越精尖，使得传统设计越来越难满足新产品的需要，不但浪费大量的材料，而且投入了大量的人力，新的多学科优化的工具，拥有全面的结构优化能力，能为概念设计和详细设计提供丰富的优化方法，包括拓扑优化、形貌优化、自由尺寸优化、形状优化、自由形状优化和尺寸优化，用来解决悬挂发射装置骨架，机构等部件的优化问题，减轻整体重量，为轻量化设计提供依据。
2.4内外流场仿真
目前内外流场仿真是飞机设计必须采用的仿真技术，内流场通常指飞机的负责管道流动，有液压、气压等，外流场仿真主要指飞机所受气动载荷，为外形设计提供参考。内流场主要的分析难点在于管道和阀系的精确仿真，无论何种阀系，都涉及到真实阀门动作过程，也就是开启（关闭）瞬间的复杂流场问题，在阀门开启过程中，流场在不断的高速变化，是流体分析领域内非常难的复杂流固耦合和动流场网格问题。如果得到精确的结果，必须不断对流场进行重新网格划分。这在传统流体仿真软件是非常难和繁琐的过程，因此，在复杂的阀系流动仿真的过程中必须引入流体与结构耦合仿真模块，可以非常方便地处理运动部件与流场的相互耦合作用，得到流场在部件运动过程中的流体特性瞬态变化规律。内流场另外一个难点在于超高压流体仿真，在仿真过程中，多数情况下是不收敛的，需要非常有经验的工程师通过间接方法进行仿真计算。
外流场方面，仿真技术多采用通用有限元软件，划分网格，加边界条件，在亚音速条件下，仿真计算比较简单快捷，计算结果也较准确，但超音速条件下，计算时和内流场超高压计算相似，都存在精度不够的问题，处理方法同内流场。
2.5非线性仿真分析
飞机的各个零组件等产品在试验和使用的过程中遇到许许多多静力学无法解决的问题，产品的裂纹，齿轮齿牙的脆裂等，这些问题单靠简单的静力学解决手段，智能简单预测裂纹宽展和产品寿命，因此必须引入非线性分析来解决接触、大变形等辅助的结构问题。
2.6疲劳强度分析
在航空产品需求的大背景下，疲劳分析通常进行耐久性疲劳寿命分析，可用于结构的初始裂纹分析，裂纹扩展分析、应力寿命分析、焊接寿命分析、整体寿命预估、疲劳优化设计、振动疲劳分析、多轴疲劳分析、电焊疲劳分析虚拟应变片测量及数据采集等；软件拥有丰富的疲劳断裂相关材料库、疲劳载荷和时间历程库等，能够可视化疲劳分析的各类损伤、寿命结果。用于主要承力组件的整体寿命预估、疲劳优化设计等。
2.7电磁仿真分析
飞机只有结构设计是不够的，还有很重要的一部分是电磁伺服控制系统。电磁控制系统是飞机能够实现其功能的关键。往往需要进入电磁仿真分析，主要用来分析电磁作动机的电磁铁、电磁阀、电磁继电器、电机、变压器、传感器等电磁装置的静态、稳态、瞬态特性。直接耦合电磁场分析得到的各种地刺损耗作为热源，通过热分析得到电磁设备的温升等热特性，可通过分析设备在正常运行时对各种参数变化的敏感度，确保设计参数处于制造容差范围内，还可对几何形状、材料属性、激励源，边界条件的设置参数、工作频率以及直线或旋转运动位置坐参数化和优化分析，从而选择最佳设计方案。
2.8电液联合仿真
一般来讲，飞机设计是一个复杂的系统工程，涉及到上述等多个学科的仿真分析，过去只停留在单元件仿真分析，不能系统联合仿真评估的问题。目前，单一学科的仿真分析，往往不能满足现代飞机设计的需要，可以通过机电液联合仿真技术实现对飞机的系统仿真设计。这种方法需要引入多个仿真分析软件，相互参考相互印证，主要问题的难点在于软件间数据的传递误差，随着软件数量的增加，传递的误差越来越大，很难保证仿真的横度，数据传递误差是今后仿真工程师应该攻克的一大难题。
3结束语
仿真技术的不断发展，对机的设计要求也越来越高，研究也更加深入具体。仿真技术在飞机设计领域发展多年来，虽然取得了许多成绩，但是在各个学科及w科间都存在无法攻克的难题，需要仿真工程师进一步研究更精确的仿真技术。
有机化学分析方法篇10
关键词:《有机波谱分析》课程教学方法教学手段
科学技术的快速发展及波谱仪器的普及使有机波谱分析方法成为鉴定有机物和测定其结构的重要方法,因其具有快速、微量、准确、高效等特点,广泛应用于化学、化工、生化、医药、食品、环境保护等领域,是化学工作者最常用的分析工具[1]。该方法主要包括紫外光谱(UV)、红外光谱(iR)、核磁共振氢谱(1HnmR)和碳谱(13CnmR)、有机质谱(mS)几个方面的内容。有机波谱分析是系统介绍该方法的一门课程,是我院化学、应用化学、化学工程与工艺专业的一门专业限选课。该课程的主要教学任务是讲授四大谱的基本原理、有机化合物的特征谱图及图谱解析技术。通过对本课程的学习,学生能掌握UV、iR、nmR、mS的基本原理和典型有机化合物的四谱特征,掌握应用四谱知识进行结构解析的基本程序和解析方法,提高逻辑推理能力,以及分析问题和解决问题的能力,为毕业论文、考研深造和今后的工作打下良好的基础。尽管《有机波谱分析》课程具有如此重要的作用,但由于其具有内容繁杂、抽象难懂等特点,学生在学习这门课时有一定难度。为了激发学生的学习积极性,提高教学效果,在近几年的教学过程中,我不断优化教学方法、改进教学手段,取得了较好的效果,现总结如下。
1.注重基础,联系实际,激发学习兴趣
在教学过程中,教师注重各谱产生原理及相关基础知识的讲解,学生在理解基本原理的基础上才能更好地解析图谱。如解析1HnmR谱,化学位移是解析图谱的一个基础。在授课过程中,教师首先给学生讲清楚化学位移产生的原因是由于产生核磁共振的原子核不是孤立存在的,在它周围有高速运动的电子,会产生一个与外磁场方向相反的感应磁场,从而产生化学位移。在有机物分子内部,不同的H核核外电子云密度是不相同的,所以就有不同的化学位移。而影响化学位移的一些因素,如诱导效应、共轭效应、Vanderwaals效应在有机化学中已经深入学习过,学生通过自己的分析很容易就能得出不同基团中H的化学位移变化规律。在教授课程基本知识的同时,我及时将波谱在实际中的应用融入到教学中,激发了学生的学习兴趣。如在讲解质谱时,我列举了1988年的汉城奥运会,约翰逊在百米短跑中创造了新的世界纪录,但通过质谱检测他的尿液分离物中有兴奋剂,所以取消了他的金牌。在介绍核磁共振时,我列举了核磁共振在疾病诊断方面的应用。通过这些生活中的实例,学生感受到波谱离我们很近,充分认识到学习有机波谱分析的重要性和必要性。为了扩展学生的知识面,我把目前发展迅速的色谱和波谱联用技术与波谱发展的前沿作为附加内容介绍给学生,让学生了解到更多物质分离和结构测定的现代研究手段,拓宽了学生的知识面。
2.动画、视频、实物相结合
有机波谱分析课程部分内容理论性强,比较抽象,难以理解,学生学习起来难度较大。如iR中基团的几种不同振动形式,在教学中我利用多媒体课件制作动画,将基团振动过程形象生动地表示出来,学生一目了然,同时也增强了课程的趣味性,增强了学生的学习兴趣。波谱分析结果的得到都需要借助于相应的仪器,这些仪器结构复杂抽象,为便于学生理解,我通过播放仪器的实物结构与使用方法录像,同时充分利用学院的红外光谱仪、气质联用仪、紫外光谱仪,组织学生进行实物对照讲解和操作演示,使学生对这些仪器有更直观、感性的认识。在授课过程中,我将多媒体课件教学、模型演示教学、传统板书教学有机结合起来,将抽象内容形象化、具体化,将枯燥内容系统化,将复杂问题简单化,强化了教学效果。
3.把课堂还给学生,让学生成为学习的主人
随着社会的发展,工作岗位对个人能力的要求越来越高。特别是对师范院校的学生来讲,不仅要学好相应的知识,而且要具有一定的教学技能。为了巩固所学的知识,培养学生各方面的能力,我把以教师为中心的教学模式转变成以学生为中心的教学模式[2]。利用分组讨论的手段将课堂还给学生,使学生成为学习的主人。具体做法是将班里的同学分成若干小组,每组3―4名成员,每章内容讲完之后精心挑选一些难度适宜的波谱解析题,每个小组一题,安排学生利用课余时间通过查阅资料、讨论、配合共同完成,学生准备好后专门抽时间进行集中讨论。讨论时我首先随机抽出本组一名学生以教师的身份在讲台上讲解解题过程和结果,小组其他成员适当补充,然后班里其他同学进行提问,小组成员共同商讨解答同学的提问,最后我根据综合表现进行评分。讨论结束后我再对讨论过程中的优缺点进行分析总结。这种形式要求每个同学对问题相关知识都要有一个很清晰的认识和掌握,充分调动了学生学习的主动性,改被动接受为主动学习,提高了学生的学习兴趣。在掌握知识的同时培养学生了相互协作的精神,提高了学生的自学能力、组织表达能力和分析问题、解决问题的能力,为学生教学技能的提高提供了很好的锻炼机会。
4.考核形式多样化
考试是教学效果的反应,是教学过程的监督。通过考试,教师可以了解学生对本课程内容的掌握程度,为更好地教学指明改进的方向。为了综合反映学生对知识的学习能力和解决实际问题的能力,我在有机波谱分析课程考核模式上一改传统的开卷或闭卷单一模式,采用期末考试成绩占70%,作业成绩占20%,小组讨论和平时课堂表现成绩占10%,作为最终成绩的评定方法。期末考试采用开卷的方式,学生可以查书、笔记,题目综合四大谱的知识,难易适当。针对不同学习层次的同学,在试卷最后设计两道难度较大的选做题。这种比较灵活的考核方式促进了学生对知识的活学活用,而不是通过考前突击来应付考试,对提高学生分析问题和解决问题的能力有良好的促进作用。
参考文献: