中考最优化方案设计题解析

<正>中考试题中最优化方案设计问题倍受考官青睐.通过设置一个实际问题的情景.给出若干信息,运用数学知识设计恰当的解决方案,以求得最好的实用效果或最大的经济效益.具体解法可通过建立方程、不等式或函数等方法求解.下面从三个方面分析优选方案设计题目类型和解题方法.     

学会方程思想方法

所谓方程思想方法,就是以方程的视角审视问题,通过建立相关的方程来解决问题的思想方法.由于方程思想方法贯穿了高中数学,因此加深对方程思想方法的理解掌握,提高运用方程思想方法解决问题能力,是学好高中数学的重要方面.本文拟从三个方面就如何学会方程思想方法,向同学们提出建议,供参考.     

探索基于人工超晶格LaFeO3-YMnO3和自然超晶格n-LaFeO3-Bi4Ti3O12薄膜多铁性

基于纳米尺寸下复合铁电材料和反铁磁性材料是一个探索多铁性材料有效的方法. 利用激光脉冲沉积制备出LaFeO₃-YMnO₃人工超晶格和掺入不同层LaFeO₃, BiFeO₃的Bi₄Ti₃O₁₂的外延薄膜. 通过系统的X射线衍射、透射电子显微术、扫描透射电子显微术下的能量损失谱表征证明这些样品具有原子尺寸上清晰的界面和完整的层状结构. 磁性测试证明这些材料具有亚铁磁性. 特别是在0.5和1.5LaFeO₃-Bi₄Ti₃O₁₂中的亚铁磁性甚至能保持到室温. 就铁电性而言, 铁电性测试显示出LaFeO₃-YMnO₃和插入BiFeO₃的Bi₄Ti₃O₁₂样品中存在较大的漏电流, 而在0.5LaFeO₃-Bi₄Ti₃O₁₂样品中存在铁电性. 因此在0.5LaFeO₃-Bi₄Ti₃O₁₂中能够实现亚铁磁和铁电共存. 其次发现当掺入多层的钙钛矿(3层SrTiO₃或2.5层LaFeO₃)后, Bi₄Ti₃O₁₂ 的层状结构将出现结构失稳现象. 这些工作对于利用纳米复合开发新颖多铁性提供一些实例.     

高压下硝基甲烷分子温度的密度泛函计算

用密度泛函理论在B3LYP/6-311++G(2d,2P)计算水平上对硝基甲烷分子进行了结构优化、频率和热化学分析.发现:在相同温度条件下改变压强,分子熵函数产生了改变,当温度和压强条件相同时,对于不同物质熵函数的改变是相同的.以热力学理论中麦克斯韦关系为基础,通过计算等温过程中分子的熵函数对压强的变化率,用数值拟合方法得到不同压强条件下分子温度的表达式:T=T0+(1-B)[18.3858+0.5392P]V0,式中T0、V0分别表示分子系统初态的温度和体积,T、V分别表示系统在末态的温度和体积,B是体积的压缩比.在选定参数的情况下该表达式可以计算不同压强条件下CHNO含能材料的分子温度.同时,以硝基甲烷为验证,选取基本参数V0和B,计算其在C-J条件对应的爆压14GPa下,分子温度为3461K,对应爱因斯坦温度,相当于3228cm-1的能量,在实验中该能量足以激发硝基甲烷分子内振动能量重新分配过程,有可能激发C-N键的红外振动而引起单分子分解反应的发生.因此,此表达式可用于预测含能材料撞击点火过程单分子分解可能的反应通道.     

特种泡沫塑料的动态力学性能研究

通过大尺寸分离式Hopkinson压杆对特种泡沫塑料进行了高应变率冲击实验，完整地给出了该材料在高应变率下的动态应力应变曲线，并将结果和理论上的Eyring模型进行了比较，指出了这种材料在一定的应变率范围内，具有明显的应变率效应，同时从应力应变曲线的特点来看，这种材料又有良好的吸能特性，最后通过对实验数据的拟合，提出了便于工程应用的动态本构方程。     

含圆孔复合材料层板在拉伸载荷下损伤破坏过程的模拟

本文应用有限元法模拟受拉含孔夏合材料层板损伤起始、累积直至破坏的过程。在模拟中引入了作者早些时建立的包含基体开裂层非对称约束影响的损伤本构关系，以及裂纹密度与损伤区应力关系函数等。本文给出损伤累积模拟方法并编制了程序，用该程序可以获得层板加载过程中各层的损伤状态、计算其刚度衰减和应力重分布以及最终破坏载荷。给出了数值模拟算例并与现有研究结果进行了比较。     

损伤弹性材料的有效模量及本构关系

考虑了微裂纹之间的相互作用，利用随机熔断丝网络（Ｒａｎｄｏｍｆｕｓｅｎｅｔｗｏｒｋ）作为模型，模拟了脆性材料在外载荷作用下，其有效模量随损伤的演变行为，并考察了系统含损伤的本构关系。发现在损伤初期，有效模量和损伤具有线性下降关系；而在后期，由于损伤局部化，有效模量迅速下降，提出了一个有效模量随损伤变化的非线性关系。讨论了利用网络模型来研究材料含损伤本构关系的可行性和优越性。     

颗粒介质的弹塑性动态本构关系研究

本文运用多刚体系统动力学和微结构连续力学的理论方法，考虑了颗粒体的拓扑结构及颗粒体之间的局部非线性相互作用，通过引进恢复系数，导出了适合于大变形运动（包括平动与转动）情况下，颗粒体间的滑移和分离的客观弹塑性本构关系。     

无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析:(Ⅰ)柱的有效长度系数方程

本文基于钢结构设计规范GB50017-2003,利用三柱子框架模型,考虑了连接的非线性弯矩-转角关系和楼板组合效应的影响,推导了无侧移半刚性连接组合框架柱的有效长度系数方程式,同时考虑了梁端和柱远端不同约束情况对有效长度系数的影响。另外,分析了GB50017规范附录D表D-1求解的精确性。研究表明,当柱远端刚接时,推导的方程式类似于GB50017规范附录D表D-1给出的无侧移刚接框架柱的有效长度系数计算公式;对于三柱子框架模型,当柱远端铰接时,用GB50017规范附录D表D-1得到的有效长度系数设计柱是不安全的,但最大误差只有11%。     

在氢环境中钢的应变速率效应

从静态、准静态直到冲击的应变速率范围内(.ε=10-7~103sec-1),研究了在氢环境中应变速率对10钢力学性能的影响。结果表明:对于10钢,应变速率在3.33×10-3~3.33×10-6sec-1范围,氢的影响最明显,随着应变速率的提高或降低,氢的影响逐渐减弱;对于渗氢和未渗氢试样,应变速率在10-4~103sec-1范围内,屈服应力都随着应变速率的增加而增加,在.ε<6.0×102sec-1区域Ⅰ内流动应力与应变速率呈线性关系,在.ε>6.0×102sec-1区域Ⅱ内流动应力对应变速率十分敏感。与准静态时相比较,高应变速率下未渗氢试样的流动应力增加了1.1倍,而渗氢试样则增加了1.5倍。文中给出了可以精确描述10钢在高应变速率下渗氢与未渗氢试样的应力应变关系表达式。