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海洋生态系统动力学模型及其研究进展_刘桂梅

海洋生态系统动力学模型及其研究进展_刘桂梅
海洋生态系统动力学模型及其研究进展_刘桂梅

第18卷第3期2003年6月

地球科学进展

ADVANCE I N E AR TH SCIE NCE S

Vol.18 No.3

Jun.,2003

文章编号:1001-8166(2003)03-0427-06

海洋生态系统动力学模型及其研究进展

刘桂梅1,2,孙 松1,王 辉3

(1.中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点试验室,山东 青岛 266071;

2.中国科学院大气物理研究所,I CCE S,北京 100029;

3.国家自然科学基金委员会地球科学部,北京 100085)

摘 要:海洋生态系统动力学研究是当前多学科交叉研究的热门领域,依据国内外研究进展,分别就人们在模型研究中所采用的过程模型、个体模型、种群模型、种间模型及生态系统模型进行了介绍,并概述了当前国际上的研究热点全球变化与海洋生态系统动力学研究,总结了我国的海洋生态系统动力学研究现状以及进一步研究中存在的问题和发展趋势。

关 键 词:海洋生态系统动力学;模型;全球变化

中图分类号:P731.2 文献标识码:A

20世纪60年代后期,海洋生态系统结构、功能、食物链、生物生产力等方面的研究逐渐增多,科学家们注意到海洋生物资源的变动并非完全受捕捞的影响,环境变化对生物资源补充量有重要影响,与全球气候波动也密切相关。一批生物、渔业海洋学家还认为,浮游动物的动态变化不仅影响许多鱼类和无脊椎动物种群的生物量,同时浮游动物在形成生态系统结构和生源要素循环中起重要作用,对全球的气候系统产生影响。从全球变化的意义上研究海洋生态系统被提到日程上来,众多全球性的国际海洋计划应运而生:热带海洋与全球大气计划(TO-GA)、世界海洋环流实验(W OCE)、全球海洋通量联合研究(JGOFS)、海岸带陆海相互作用(LOICZ)和全球海洋观测系统(GOOS)等。1995年全球海洋生态系统动力学研究计划(GL OBEC)被纳入国际地圈生物圈计划(I GBP)的核心计划,海洋生态系统动力学研究成为当今海洋科学跨学科研究的国际前沿领域[1~3]。我国的诸多学者曾对浮游植物模型、近岸模型、河口模型等进行报道[4~7]。浮游动物作为从基础生产者到高层捕食者的中间环节,在海洋生态系统中起到承上启下的作用,同时也是研究海洋生态系统必不可少的研究对象,不同种类的浮游动物在生态系统中的功能作用不同,本文主要对涉及浮游动物不同研究层次的过程模型、个体模型、种群模型、种间模型及生态系统模型进行了介绍。

1 模型分类

1.1 过程模型

最初广泛应用于种群动力学的模型有许多可以看作是过程模型,如用于两种相互竞争的种群增长的捕食者—被捕食者Lotka-Volterra方程、摄食率与饵料浓度的线性关系[8,9]和Michaelis-Menten关系、温度对代谢率影响的Q10法则等。这种模型主要用来解决生物个体的生理机能或生理参数和生物功能间的关系,以回归方程、直线或曲线表示。特点是能较好地反映数据样本的统计特征,用来确定表达率及确定性模型所需参数,但往往难以刻画生物过程的动力学规律。

 收稿日期:2001-11-08;修回日期:2002-12-07.

*基金项目:国家自然科学基金项目“渤海生物—物理相互作用的过程研究”(编号:49976032);国家重点基础研究发展规划项目“东、黄海生态系统动力学与生物资源可持续利用”(编号:G1*******-02,-08);中国科学院百人计划“中国典型海区生态系统动力学模式研究———渤海”(编号:131)资助.

 作者简介:刘桂梅(1973-),女,北京人,助研,主要从事海洋生态系统动力学过程研究和模型研究.E-mail:liuguimei@https://www.doczj.com/doc/7a14953282.html,

还有一种典型的过程模型是使用围隔实验进行生态系的模拟[10],它们的大小范围从小型的烧杯到体积超过1000m 3的大容器,这种模型的优点是能经得起受控实验的检验,胜过数值模型的优点是易于完整地保存自然系统中很多微妙的反馈,其中有很多是我们所不了解也无法输入数值到模型中去的,还可用于确定数值模型所需参数。但用于预报工作时,模型的尺度问题是最大的难点,难以重现不同大小生物体之间固有的相互作用以及生物体和诸如光及扰动之类的物理因素之间固有的相互作用。 

事实上,对系统的认识依赖于对组成该系统的诸过程的认识,因此过程模型就显得非常重要。I GBP 的核心计划之一的全球海洋生态系统动力学计划中尤为强调过程研究的关键性和重要性[1~3]。 

1.2 个体模型、种群模型和种间模型

这三种模型分别以个体、个体的集合体、不同生物种类为研究对象。

个体模型通常用来计算个体能量收支和生长。如Carlotti [11]详细介绍了雌性个体Calanus finmarchi -cus 的卵母细胞成熟过程,模型中考虑了肠道内摄取的物质向身体各个部分的转移。并通过与实验数据比较表明对于这一物种的产卵量不仅依赖于外部条件,也与内部构成状态有着重要关系。这种模型将生长表示为食物摄食总量与个体日常活动的新陈代谢消耗之间的差异:生长(G )=摄食(I )-排粪(Eg )-新陈代谢消耗(ML )-生殖努力(RG )-其它损失(molts ,etc .),其中新陈代谢消耗包括呼吸与排泄过程。摄食影响的因子包括食物浓度、食物质量、温度、光强及生物体重量等,但是单独考虑某因子与综合考虑诸因子的影响是不一样的。

生物幼体经过不同发育期发育成成体最终死亡的过程是复杂的,Wroble wski [12]将A cartia clausi 种群分为四组卵、无节幼体、桡足幼体、成体,建立了一简单的生长期(SSM ,Stage Structured Population Models )种群模型:

卵:d N 1

d t

=R -α1N 1-μ1N 1

无节幼体:d N 2

d t =α1N 1-α2N 2-μ2N 2

桡足幼体:d N 3

d t =α2N 2-α3N 3-μ3N 3

成体:d N 4

d t

=α3N 3-μ4N 4

式中,R 为补充量,α为某一期对下一期的转化率,μ为各期死亡率。在这个模型中,某一期对下一期的转化和死亡均被表示为线性关系,转化率为常数,由于不同个体的发育期不同,该模型并不完全能模拟实际现象。还有些种群模型是通过与种群结构相关的年龄(ASM ,Age Str uctured Population Models )、大小(SISM ,Size Structured Population Models )和重量(Weight Structured Population Models )等变量建立。

为了更好的与实际相结合,人们通常在个体模型基础上建立种群模型IB Ms (Individual -based Mod -els ):即把种群看成是个体的集合体,每个个体用它自身的变量(年龄、大小、重量等)表示,某一期的个体又受其它个体及环境影响。如Daniel 等[13]将飞马哲水蚤分成13个状态期,生长发育过程中考虑了温度和饵料的影响,利用物理与生物耦合模型对缅因湾(Gulf of Maine )的飞马哲水蚤越冬机制进行了种群动力学研究。Miller 等[14]建立的一简单的物理环流与IB Ms 飞马哲水蚤种群动力学耦合模型并将其应用于美国的乔治滩(George Bank ),该模型包含6个变量,分别用来确定位置(3)、个体的生存或死亡(1)、生长期(1)、某一生长期的相对年龄(1),温度在发育和成熟期都是限制因子,桡足类第5期有进入休眠期的可能,并考虑了环流对其影响。这种模型与物理模型相耦合,计算量大,通常被用来模拟某一种类的形态、生长及发展的变化,也可以模拟在物理条件影响下的运动轨迹。

种间模型是增加了其它生物种类,用于研究不同种类之间的相互捕食等关系[15,16]

1.3 系统模型

生态系统模型近几年出现的很多,更趋向于物理、化学与生物相结合,主要研究系统内能量流动、物质循环和信息流及其稳态调节机制。这种模型中较为突出一种的是欧洲区域海洋生态模型(ERSE M ,

European Regional Sea Ec osystem Model )[17],以生态系

统中的能量流和物质流为研究主线,通过综合性模型系统地分析各个生物、化学变量的演变规律,突出了系统性建模和对区域实际生态系统模拟的重要性,该模型在一定程度上模拟了欧州北海生态系统的总结构,并对各亚系统之间的相互作用以及系统中物流通量提供了新的认识。另一种海洋生态系统动力学模型研究重在突出物理与生物相互作用机制研究对复杂的生态系统动力学的影响。最简单的包含浮游动物的生态系统模型仅含有3个变量:营养盐(N )、浮游植物(P )、浮游动物(Z ),也称NPZ 模

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地球科学进展 第18卷

型[18]。这种模型把所有类型的浮游动物归结为一个变量(Z )来处理,模型中可以考虑物理过程驱动,如湍流、上升流等,营养盐(N )、浮游植物(P )、浮游

动物(Z )三者之间的关系通常简单表示为:d N

d t

=输

入量-浮游植物摄取营养盐量+浮游动物新陈代谢损失量d P

d t =浮游植物摄取营养盐量-浮游动物摄食浮游植物量

d Z

d t

=浮游动物摄食浮游植物量-浮游动物新陈代谢损失量-被捕食量

在很多情况下,仅含有3个变量来描述浮游生态系统是远远不够的,尤其对于浮游动物的研究,但增加多个变量的范围很大而且可以是很多不同的类型,模型中可以含多种营养盐,浮游动物也可以由一个增加到几个[19,20]。

2 全球变化与海洋生态系统动力学的

研究

厄尔尼诺的发生使人们认识到大尺度的气候变动对全球生态系统的重要影响,从全球变化的意义上研究海洋生态系统被提到重要日程上来。在过去一个世纪中,温室效应使地球平均气温升高0.5~1℃。鱼是一种变温动物,如果其原有栖息水域水温升高,鱼类往往选择向水温较低的更高纬度或外海水域迁移,从而导致水域初级生产浮游植物和次级生产者浮游动物的时空分布和地理群落构成发生长期趋势性变化:McGo wan 等[21]利用长期观测的海表温度监测环境扰动,发现温度变化、厄尔尼诺的变动严重干扰并改变了太平洋东北部的浮游动物生物量及整个生态系统;Greene 等[22]

分析了大西洋西北年代际的气候波动对浮游动物飞马哲水蚤的丰度的影响;Stenseth 等[23]总结了北大西洋波动、厄尔尼诺对生态系统的过程和分布的影响;大量的观测现象表明大尺度、低频气候变动严重影响着生态系统的结构和功能[24~26]。尽管从这种现象分析我们了解到气候变化对生态系统的影响,但很难找出导致这种变化的最基本的动力机制,人们开始借助动力学数值模型研究寻求气候变动与生物资源之间复杂关系[27,28]。但要做到模拟或预测全球变化对生物多样性及生态系统的影响是非常困难的,因为生物过程都对温度的改变有响应,物理过程、生物过程、化学过程等各种过程之间是非线性相互作用,

个体、种群、整个生态系统及其与周围环境之间关系错综复杂。

3 我国海洋生态系统动力学研究进展与展望

我国在海洋生态学研究上开展了很多工作,如1958年的全国海洋普查、“渤海水域渔业资源、生态环境及其增殖潜力的调查研究”(1981—1985)、“三峡工程对长江口生态系统的影响”(1985—1987)、“黄海大海洋生态系统调查”(1985—1989)、“闽南—台湾浅滩渔场上升流区生态系研究”(1987—1990)、“渤海增养殖生态基础调查研究”(1991—1995)等,这些调查研究积累了大量宝贵的物理、生物、化学和地质资料。特别是最近几年开展的国家自然科学基金重点项目“东海海洋通量关键过程研究”、“台湾海峡生源要素生物地球化学过程研究”、“典型海湾生态系统动态过程研究”、“黄海环流及营养物质长期输运研究”,国家自然科学基金重大项目“渤海生态系统动力学与生物资源可持续利用研究”,国家重点基础研究发展规划(973)项目“东、黄海生态系统动力学与生物资源可持续利用”等研究,从整个生态系统的角度开展了系统的海上观测、过程研究和模式方面的工作,开创了我国海洋生态系统动力学研究的新局面。近年来在过程及模型研究中,高会旺[29,30]略去物理因素作用,采用零维NPZD 生物模型对渤海初级生产力年循环进行了分析与模拟,并对影响渤海初级生产力的几个理化因子进行了探讨;俞光耀等[31,32]采用箱式模型对胶州湾浮游生态系统的物流动态特征及季节变化进行了模拟;崔茂常等[33,34]采用一物理与生物耦合模型,考虑浮游植物、浮游动物、贝类等9个生物化学参量,对胶州湾生态系统进行了研究,指出微食物环在胶州湾生态系中起着重要作用;张书文等[35]采用一简单物理与生物耦合模式模拟了黄海冷水域叶绿素和营养盐的年变化;刘桂梅等[36]

发现黄海春、秋季浮游动物中华哲水蚤通常位于锋区等。

同时我们也看到研究中对大尺度的气候变化很少涉及,其中重要的原因是缺乏长期的生物学观测资料,生物调查资料的零散性较难实现对采集数据进行比较或对某些现象进行解释:如东海南部的闽东渔场在1983年9月~1984年9月浮游植物月平均数量比1981年东海中北部高出3倍之多[37],东海127°E 以西1973、1979、1980、1981年浮游动物生物量年平均剧烈下降[38],黄加祺等[39]发现1997—1998

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第3期 刘桂梅等:海洋生态系统动力学模型及其研究进展

年ENSO的发生导致夏季台湾海峡东部浮游动物桡足类种类数低、数量高的特征,尽管我们有这些资料,也较难进行动力学机制上的探讨。

在我国气候的影响因子中,最显著的是季风的作用。我国近海受控于东亚季风系统,季风的季节和年际变化大而且复杂[40,41],季风与降水、环流、海温、El Nino、La Nina事件存在着明显的相互作用[40~43],这些作用直接影响着海洋生物赖以生存的生活环境的改变:①研究表明在闽东、闽中渔场一带浮游植物分布受西南季风、东北季风控制比闽南渔场一带显著得多[37],但我们对季风变动在生态系统中的作用机制还了解甚少;②黑潮水与大陆水的交换显著[44],黑潮锋在黑潮主轴西侧常年伴有的出现,夏季黑潮水的强烈涌升和冬季黑潮水入侵陆架带来富营养物质,1994年春季黑潮锋区浮游植物生物量仅为100000个/m3,而秋季该区域浮游植物生物量高达2000000个/m3[45],季风变化如何影响黑潮流量的季节、年际变化,二者的共同作用怎样对东海营养盐输送、初级生产产生影响还不清楚;③季风变化还影响着河口径流和大气干湿沉降,我国近海营养盐的重要来源大气沉降与河流输送[38,46],SiO2ˉ3和NOˉ3以河流输送为主,其河流输送通量分别为95%和66%,NH+4和PO3ˉ4以大气沉降为主,其大气沉降通量分别为93%和68%[38],季风变化对我国近海营养盐分布的影响导致我国近海的生态系统如何改变,仍亟待解决。

海洋生态系统是复杂多变的,模型作为把海洋生态系统进行量化描述的工具,只有做出大量的简化假设并略去部分变异性时,才有可能对这些系统进行数值模拟,这样的结果是产生一些能提供见识而预报准确度较差的模型,而且在参数确定、多营养级模型建立等方面仍存在较大不足。这就要求我们在建模过程中要注意过程的现实性与普遍性,同时注重现场和实验资料的获取和收集,通过对现场测定和实验资料的综合分析来确定模型所需参数、初始场、外力等,反过来再用生态模型检验参数的可行性与适用性,提高模型的有效性。海洋生态系统动力学模型中的个体、种群和过程模型将朝着精确、科学化方向发展,随着实验和观测手段的提高,完善这方面的模型和参数,建立具有更长的时间尺度和更宽的空间覆盖面的综合性生态系统模型,并致力于与全球气候模式相联系,为预测全球海洋生态系统对全球变化的响应和反馈奠定基础。参考文献(References):

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REVIEW ON THE MARINE EC OSYSTEM DYNAMICS MODEL

LIU Gui-mei1,2,SUN Song1,WANG Hui3

(1.Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences,Institute of Oc eanology,

Chinese Academy of Sciences,Q ingdao266071,China;2.ICCE S,Institute of A tmospheric Physics,Chinese

A cade my of Science s,Beijing100029;3.National Natural Science Foundation of China,Beijing100085,China)

A bstract:This review has described the models dealing with marine ecosystem:process model to define the rate ex-pression or parameters,individual model to calculate individual budget and growth,population model to simulate popula-tion dyna mics,metapopulation model to simulate interactions bet w een species and ecosystem model to study the whole e-cosystem.The highlight of the ecosystem dynamics study on ecological responses to the global change was also discussed. The ecosystem dynamics study in China was summarized and the related pr oblems were pr esented.

Key words:Marine ecosystem dynamics;Model;Global c hange.

432 地球科学进展 第18卷

弹簧阻尼系统动力学模型ams仿真

弹簧阻尼系统动力学模 型a m s仿真 集团文件发布号:(9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-

震源车系统动力学模型分析报告一、项目要求 1)独立完成1个应用Adams软件进行机械系统静力、运动、动力学分析问题,并完成一份分析报告。分析报告中要对所计算的问题和建模过程做简要分析,以图表形式分析计算结果。 2)上交分析报告和Adams的命令文件,命令文件要求清楚、简洁。 二、建立模型 1)启动admas,新建模型,设置工作环境。 对于这个模型,网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。在ADAMS/View菜单栏中,选择设置(Setting)下拉菜单中的工作网格(WorkingGrid)命令。系统弹出设置工作网格对话框,将网格的尺寸(Size)中的X和Y分别设置成750mm和500mm,间距(Spacing)中的X和Y都设置成50mm。然后点击“OK”确定。如图2-1所表示。 图2-1设置工作网格对话框 2)在ADAMS/View零件库中选择矩形图标,参数选择为“onGround”,长度(Length)选择40cm高度Height为1.0cm,宽度Depth为30.0cm,建立系统的平台,如图2-2所示。以同样的方法,选择参数“NewPart”建立part-2、part-3、part-4,得到图形如2-3所示, 图2-2图2-3创建模型平台 3)施加弹簧拉力阻尼器,选择图标,根据需要输入弹簧的刚度系数K和粘滞阻尼系数C,选择弹簧作用的两个构件即可,施加后的结果如图2-4 图2-4创建弹簧阻尼器

4)添加约束,选择棱柱副图标,根据需要选择要添加约束的构件,添加约束后的模型如2-5所示。 图2-5添加约束 至此模型创建完成 三、模型仿真 1)、在无阻尼状态下,系统仅受重力作用自由振动,将最下层弹簧的刚度系数K设置为10,上层两个弹簧刚度系数均设置为3,小物块的支撑弹簧的刚度系数为4,阻尼均为0,进行仿真,点击图标,设置EndTime为5.0,StepSize为0.01,Steps为50,点击图标,开始仿真对所得数据进行分析。 选择物块的位移、速度、加速度与时间的图像如图3-1、3-2、3-3所示,经过傅里叶变换之后我们可以清楚地看到系统的各阶固有频率。 图3-1位移与时间图像以及FFT变换图像 图3-2速度与时间图像以及FFT变换图像 图3-3加速度与时间图像以及FFT变换图像 通过傅里叶变换,从图中可以看出系统为三阶系统,表现出三阶的固有频率,通过测量得到w1=2.72,w2=4.29,w3=6.15.。 2)为了更进一步验证系统的各阶固有频率,我们给系统施加一定频率的正弦激振力,使系统做受迫振动,观察系统的振动情况, (a)F1=50*sin(2*3.14*w1*time)时,物块振动的速度与时间的图像如3-4所示。 图3-4 F1作用下速度与时间图像以及FFT变换图像

系统动力学模型部分集

第10章系统动力学模型 系统动力学模型(System Dynamic)是社会、经济、规划、军事等许多领域进行战略研究的重要工具,如同物理实验室、化学实验室一样,也被称之为战略研究实验室,自从问世以来,可以说是硕果累累。 1 系统动力学概述 2 系统动力学的基础知识 3 系统动力学模型 第1节系统动力学概述 1.1 概念 系统动力学是一门分析研究复杂反馈系统动态行为的系统科学方法,它是系统科学的一个分支,也是一门沟通自然科学和社会科学领域的横向学科,实质上就是分析研究复杂反馈大系统的计算仿真方法。 系统动力学模型是指以系统动力学的理论与方法为指导,建立用以研究复杂地理系统动态行为的计算机仿真模型体系,其主要含义如下: 1 系统动力学模型的理论基础是系统动力学的理论和方法; 2 系统动力学模型的研究对象是复杂反馈大系统; 3 系统动力学模型的研究内容是社会经济系统发展的战略与决策问题,故称之为计算机仿真法的“战略与策略实验室”; 4 系统动力学模型的研究方法是计算机仿真实验法,但要有计算

机仿真语言DYNAMIC的支持,如:PD PLUS,VENSIM等的支持; 5 系统动力学模型的关键任务是建立系统动力学模型体系; 6 系统动力学模型的最终目的是社会经济系统中的战略与策略决策问题计算机仿真实验结果,即坐标图象和二维报表; 系统动力学模型建立的一般步骤是:明确问题,绘制因果关系图,绘制系统动力学模型流图,建立系统动力学模型,仿真实验,检验或修改模型或参数,战略分析与决策。 地理系统也是一个复杂的动态系统,因此,许多地理学者认为应用系统动力学进行地理研究将有极大潜力,并积极开展了区域发展,城市发展,环境规划等方面的推广应用工作,因此,各类地理系统动力学模型即应运而生。 1.2 发展概况 系统动力学是在20世纪50年代末由美国麻省理工学院史隆管理学院教授福雷斯特(JAY.W.FORRESTER)提出来的。目前,风靡全世界,成为社会科学重要实验手段,它已广泛应用于社会经济管理科技和生态灯各个领域。福雷斯特教授及其助手运用系统动力学方法对全球问题,城市发展,企业管理等领域进行了卓有成效的研究,接连发表了《工业动力学》,《城市动力学》,《世界动力学》,《增长的极限》等著作,引起了世界各国政府和科学家的普遍关注。 在我国关于系统动力学方面的研究始于1980年,后来,陆续做了大量的工作,主要表现如下: 1)人才培养

(完整版)系统动力学模型案例分析

系统动力学模型介绍 1.系统动力学的思想、方法 系统动力学对实际系统的构模和模拟是从系统的结构和功能两方面同时进行的。系统的结构是指系统所包含的各单元以及各单元之间的相互作用与相互关系。而系统的功能是指系统中各单元本身及各单元之间相互作用的秩序、结构和功能,分别表征了系统的组织和系统的行为,它们是相对独立的,又可以在—定条件下互相转化。所以在系统模拟时既要考虑到系统结构方面的要素又要考虑到系统功能方面的因素,才能比较准确地反映出实际系统的基本规律。系统动力学方法从构造系统最基本的微观结构入手构造系统模型。其中不仅要从功能方面考察模型的行为特性与实际系统中测量到的系统变量的各数据、图表的吻合程度,而且还要从结构方面考察模型中各单元相互联系和相互作用关系与实际系统结构的一致程度。模拟过程中所需的系统功能方面的信息,可以通过收集,分析系统的历史数据资料来获得,是属定量方面的信息,而所需的系统结构方面的信息则依赖于模型构造者对实际系统运动机制的认识和理解程度,其中也包含着大量的实际工作经验,是属定性方面的信息。因此,系统动力学对系统的结构和功能同时模拟的方法,实质上就是充分利用了实际系统定性和定量两方面的信息,并将它们有机地融合在一起,合理有效地构造出能较好地反映实际系统的模型。 2.建模原理与步骤

(1)建模原理 用系统动力学方法进行建模最根本的指导思想就是系统动力学的系统观和方法论。系统动力学认为系统具有整体性、相关性、等级性和相似性。系统内部的反馈结构和机制决定了系统的行为特性,任何复杂的大系统都可以由多个系统最基本的信息反馈回路按某种方式联结而成。系统动力学模型的系统目标就是针对实际应用情况,从变化和发展的角度去解决系统问题。系统动力学构模和模拟的一个最主要的特点,就是实现结构和功能的双模拟,因此系统分解与系统综合原则的正确贯彻必须贯穿于系统构模、模拟与测试的整个过程中。与其它模型一样,系统动力学模型也只是实际系统某些本质特征的简化和代表,而不是原原本本地翻译或复制。因此,在构造系统动力学模型的过程中,必须注意把握大局,抓主要矛盾,合理地定义系统变量和确定系统边界。系统动力学模型的一致性和有效性的检验,有一整套定性、定量的方法,如结构和参数的灵敏度分析,极端条件下的模拟试验和统计方法检验等等,但评价一个模型优劣程度的最终标准是客观实践,而实践的检验是长期的,不是一二次就可以完成的。因此,一个即使是精心构造出来的模型也必须在以后的应用中不断修改、不断完善,以适应实际系统新的变化和新的目标。 (2)建模步骤 系统动力学构模过程是一个认识问题和解决问题的过程,根据人们对客观事物认识的规律,这是一个波浪式前进、螺旋式上升的过程,因此它必须是一个由粗到细,由表及里,多次循环,不断深化的过程。系统动力学将整个构模过程归纳为系统分析、结构分析、模型建立、模型试验和模型使用五大步骤这五大步骤有一定的先后次序,但按照构模过程中的具体情况,它们又都是交叉、反复进行的。 第一步系统分析的主要任务是明确系统问题,广泛收集解决系统问题的有关数据、资料和信息,然后大致划定系统的边界。 第二步结构分析的注意力集中在系统的结构分解、确定系统变量和信息反馈机制。 第三步模型建立是系统结构的量化过程(建立模型方程进行量化)。 第四步模型试验是借助于计算机对模型进行模拟试验和调试,经过对模型各种性能指标的评估不断修改、完善模型。 第五步模型使用是在已经建立起来的模型上对系统问题进行定量的分析研究和做各种政策实验。 3.建模工具 系统动力学软件VENSIM PLE软件 4.建模方法 因果关系图法 在因果关系图中,各变量彼此之间的因果关系是用因果链来连接的。因果链是一个带箭头的实线(直线或弧线),箭头方向表示因果关系的作用方向,箭头旁标有“+”或“-”号,分别表示两种极性的因果链。

研究生《机械系统动力学》试卷及答案

太原理工大学研究生试题 姓名: 学号: 专业班级: 机械工程2014级 课程名称: 《机械系统动力学》 考试时间: 120分钟 考试日期: 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 总分 分数 1 圆柱型仪表悬浮在液体中,如图1所示。仪表质量为m ,液体的比重为ρ,液体的粘性阻尼系数为r ,试导出仪表在液体中竖直方向自由振动方程式,并求固有频率。(10分) 2 系统如图2所示,试计算系统微幅摆动的固有频率,假定OA 是均质刚性杆,质量为m 。(10分) 3 图3所示的悬臂梁,单位长度质量为ρ,试用雷利法计算横向振动的周期。假定梁的 变形曲线为?? ? ?? -=x L y y M 2cos 1π(y M 为自由端的挠度)。(10分) 4 如图4所示的系统,试推导质量m 微幅振动的方程式并求解θ(t)。(10分) 5 一简支梁如图5所示,在跨中央有重量W 为4900N 电机,在W 的作用下,梁的静挠度δst=,粘性阻尼使自由振动10周后振幅减小为初始值的一半,电机n=600rpm 时,转子不平衡质量产生的离心惯性力Q=1960N ,梁的分布质量略去不计,试求系统稳态受迫振动的振幅。(15分) 6 如图6所示的扭转摆,弹簧杆的刚度系数为K ,圆盘的转动惯量为J ,试求系统的固有频率。(15分) 7如图7一提升机,通过刚度系数m N K /1057823?=的钢丝绳和天轮(定滑轮)提升货载。货载重量N W 147000=,以s m v /025.0=的速度等速下降。求提升机突然制动时的钢丝绳最大张力。(15分) 8某振动系统如图8所示,试用拉个朗日法写出动能、势能和能量散失函数。(15分) 太原理工大学研究生试题纸

系统动力学优化方法案例研究

系统动力学优化方法案例研究 1研究背景 农业生态系统是由自然生态系统和社会经济系统组成的复杂系统,它的发展受人类、社会、经济、政策、科技和自然等因素综合作用,呈现高度非线性、多回路、复杂的动态特性。农业生态系统的优化管理就是对农业生产进行合理的人为干预,通过政策实施和技术支撑,对系统结构和功能进行合理调控,使农业生态系统处于安全与健康状态,为人类提供持续的生态服务、满足人类生存和发展需求。 禹城农业生态系统为县级尺度的生态系统。全市拥有耕地52927 hm2,全市总人口499755人,其中农业人口415913人。土地平坦,水资源丰富,适合农业生产,经济以农业为主,农业长期以种植业为主,20世纪90年代,粮食单产稳定在12000kg/hm2以上,畜牧业有了较快发展,逐步呈现农牧结合的良好态势,到2000年种植业产值和畜牧业产值在农业生产总产值中分别占到65.0%和29.8%。种植业以小麦、玉米为主,部分为棉花、蔬菜、瓜果等经济作物,养殖业以牛、猪、鸡为主。目前,随着我国农业发展进入新阶段,面临新一轮农业结构调整,根据区域资源特点及我国优势农产品区划,禹城市既是粮食生产优势产区,同时也是畜牧业生产的优势产区,种植业子系统和养殖业子系统是禹城市农业生态系统两个最主要的子系统,种植业和养殖业的结合也是农业生产最基本的形式。养殖业在农业生态系统中的重要作用,一方面主要表现为提供营养丰富的动物性食品和增加经济收入,另一方面则表现为充分利用种植业副产物,并为种植业提供大量有机肥从而可适当减少化肥用量。种植业和养殖业的有机结合,有利于减少工业辅助能的投入,能够提高抵抗自然灾害和社会经济风险的能力,可以增加系统的稳定性。运用系统动力学方法优化并调控种植业和养殖业内部组分结构比例,协调种植业和养殖业两个子系统之间的相互关系,探讨实现系统的整体高效和良性循环的途径。 2模型的建立与检验 (1)建模思路 应用系统动力学模型对禹城市农牧结合生态系统发展趋势进行动态模拟,并

《机械系统动力学仿真分析软件》

| 论坛社区 《机械系统动力学仿真分析软件》(MSC.ADAMS.2005.R2)R2 资源分类: 软件/行业软件 发布者: Coolload 发布时间: 2005-12-18 20:22 最新更新时间: 2005-12-19 07:04 浏览次数: 14548 实用链接: 收藏此页 eMule资源 下面是用户共享的文件列表,安装eMule后,您可以点击这些文件名进行下载 [机械系统动力学仿真分析软件].[$u]MSC.ADAMS.2005.R2.rar201.2MB [机械系统动力学仿真分析软 295.4MB 件].MSC_ADAMS_V2005_ISO-LND-CD1.iso [机械系统动力学仿真分析软185.0MB

件].MSC_ADAMS_V2005_ISO-LND-CD2.bin [机械系统动力学仿真分析软 6.5KB 件].Msc.Adams.v2005.Iso-Lnd-Cd1-Crack.rar 全选480.4MB eMule主页下载eMule使用指南如何发布 中文名称:机械系统动力学仿真分析 软件 英文名称:MSC.ADAMS.2005.R2 版本:R2 发行时间:2005年12月15日 制作发行:美国MSC公司 地区:美国 语言:英语 简介: [通过安全测试] 杀毒软件:Symantec AntiVirus 版本: 9.0.0.338 病毒库:2005-12-16 共享时间:10:00 AM - 24:00 PM(除 非线路故障或者机器故障) 共享服务器:Razorback 2.0 [通过安装测试]Windows2000 SP4 软件版权归原作者及原软件公司所 有,如果你喜欢,请购买正版软件

系统动力学模型

第10 章系统动力学模型 系统动力学模型(System Dynamic)是社会、经济、规划、军事等许多领域进行战略研究的重要工具,如同物理实验室、化学实验室一样,也被称之为战略研究实验室,自从问世以来,可以说是硕果累累。 1 系统动力学概述 2 系统动力学的基础知识 3 系统动力学模型 第1 节系统动力学概述 1.1 概念系统动力学是一门分析研究复杂反馈系统动态行为的系统科学方法,它是系统科学的一个分支,也是一门沟通自然科学和社会科学领域的横向学科,实质上就是分析研究复杂反馈大系统的计算仿真方法。 系统动力学模型是指以系统动力学的理论与方法为指导,建立用以研究复杂地理系统动态行为的计算机仿真模型体系,其主要含义如下: 1 系统动力学模型的理论基础是系统动力学的理论和方法; 2 系统动力学模型的研究对象是复杂反馈大系统; 3 系统动力学模型的研究内容是社会经济系统发展的战略与决策问题,故称之为计算机仿真法的“战略与策略实验室” ; 4 系统动力学模型的研究方法是计算机仿真实验法,但要有计算 机仿真语言DYNAMIC勺支持,如:PD PLUS VENSIM等的支持; 5 系统动力学模型的关键任务是建立系统动力学模型体系; 6 系统动力学模型的最终目的是社会经济系统中的战略与策略决策问题计

算机仿真实验结果,即坐标图象和二维报表; 系统动力学模型建立的一般步骤是:明确问题,绘制因果关系图,绘制系统动力学模型流图,建立系统动力学模型,仿真实验,检验或修改模型或参数,战略分析与决策。 地理系统也是一个复杂的动态系统,因此,许多地理学者认为应用系统动力学进行地理研究将有极大潜力,并积极开展了区域发展,城市发展,环境规划等方面的推广应用工作,因此,各类地理系统动力学模型即应运而生。 1.2 发展概况 系统动力学是在20世纪50年代末由美国麻省理工学院史隆管理学院教授福雷斯特(JAY.W.FORRESTERI出来的。目前,风靡全世界,成为社会科学重要实验手段,它已广泛应用于社会经济管理科技和生态灯各个领域。福雷斯特教授及其助手运用系统动力学方法对全球问题,城市发展,企业管理等领域进行了卓有成效的研究,接连发表了《工业动力学》,《城市动力学》,《世界动力学》,《增长的极限》等著作,引起了世界各国政府和科学家的普遍关注。 在我国关于系统动力学方面的研究始于1980 年,后来,陆续做了大量的工作,主要表现如下: 1 )人才培养 自从1980年以来,我国非常重视系统动力学人才的培养,主要采用“走出去,请进来”的办法。请进来就是请国外系统动力学专家来华讲学,走出去就是派留学生,如:首批派出去的复旦大学管理学院的王其藩教授等,另外,还多次举办了全国性的讲习班。 2 )编译编写专著

《机械动力学》——期末复习题及答案

《机械动力学》期末复习题及答案1、判断 1.机构平衡问题在本质上是一种以动态静力分析为基础的动力学综合,或动力学设计。 答案:正确 2.优化平衡就是采用优化的方法获得一个绝对最佳解。 答案:错误 3.惯性力的计算是建立在主动构件作理想运动的假定的基础上的。 答案:正确 4.等效质量和等效转动惯量与机械驱动构件的真实速度无关。 答案:正确 5.作用于等效构件上的等效力(或等效力矩)所作的功等于作用于系统上的外力所作的功。答案: 错误 6.两点动代换后的系统与原有系统在静力学上是完全等效的。 答案:错误 7.对于不存在多余约束和多个自由度的机构,动态静力分析是一个静定问题。 答案:错误 8.摆动力的完全平衡常常会导致机械结构的简单化。 答案:错误 9.机构摆动力完全平衡的条件是:机构运动时,其总质心作变速直线运动。 答案:错误 10.等效质量和等效转动惯量与质量有关。 答案:错误 11.平衡是在运动设计完成之前的一种动力学设计。 答案:错误 12.在动力分析中主要涉及的力是驱动力和生产阻力。 答案:正确 13.当取直线运动的构件作为等效构件时,作用于系统上的全部外力折算到该构件上得到等效力。答案:正确 14.摆动力的平衡一定会导致机械结构的复杂化。 答案:错误 15.机器人操作机是一个多自由度的闭环的空间机构。 答案:错误 16.质量代换是将构件的质量用若干集中质量来代换,使这些代换质量与原有质量在运动学上等效答案:正确 17.弹性动力分析考虑构件的弹性变形。 答案:正确 18.机构摆动力矩完全平衡的条件为机构的质量矩为常数。 答案:错误

19.拉格朗日方程是研究约束系统静力动力学问题的一个普遍的方法。 答案:正确 20.在不含有变速比传动而仅含定速比传动的系统中,传动比为常数。 答案:正确 21.平衡分析着眼于全部消除或部分消除引起震动的激振力。 答案:正确 22.通路定理是用来判断能否实现摆动力完全平衡的理论。 答案:错误 23.无论如何,等效力与机械驱动构件的真实速度无关。 答案:正确 24.综合平衡不仅考虑机构在机座上的平衡,同时也考虑运动副动压力的平衡和输入转矩的平衡。答案:正确 25.速度越快,系统的固有频率越大。 答案:错误 26.平衡的实质就是采用构件质量再分配等手段完全地或部分地消除惯性载荷。 答案:正确 27.优化综合平衡是一个多目标的优化问题,是一种部分平衡。 答案:正确 28.机构摆动力完全平衡的条件为机构的质量矩为常数。 答案:正确 29.当以电动机为原动机时,驱动力矩是速度的函数。 答案:错误 30.为了使得等效构件的运动与机构中该构件的运动一致,要将全部外力等效地折算到该机构上这 一折算是依据功能原理进行的。 答案:正确 2、单选 1.动力学反问题是已知机构的(),求解输入转矩和各运动副反力及其变化规律。 A.运动状态 B.运动状态和工作阻力 C.工作阻力 D.运动状态或工作阻力 答案:B 2.平衡的实质就是采用构件质量再分配等手段完全地或部分地消除()。 A.加速度 B.角加速度 C.惯性载荷 D.重力 答案: C 3.摆动力的完全平衡常常会导致机械结构的()。 A.简单化

机器人复习题及参考答案

课程考试复习题及参考答案 机器人学导论 一、名词解释题: 1.自由度: 2.机器人工作载荷: 3.柔性手: 4.制动器失效抱闸: 5.机器人运动学: 6.机器人动力学: 7.虚功原理: 驱动: 9.电机无自转: 10.直流伺服电机的调节特性: 11.直流伺服电机的调速精度: 控制: 13.压电元件: 14.图像锐化: 15.隶属函数: 网络: 17.脱机编程: : 二、简答题: 1.机器人学主要包含哪些研究内容 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义 4.机器人控制系统的基本单元有哪些 5.直流电机的额定值有哪些 6.常见的机器人外部传感器有哪些 7.简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。 8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成 9.为什么要做图像的预处理机器视觉常用的预处理步骤有哪些 10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。 11.从描述操作命令的角度看,机器人编程语言可分为哪几类 12.仿人机器人的关键技术有哪些 三、论述题: 1.试论述机器人技术的发展趋势。 2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。 3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。 4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。 5.机器人单关节伺服控制中,位置反馈增益和速度反馈增益是如何确定的 6.试论述工业机器人的应用准则。 四、计算题:(需写出计算步骤,无计算步骤不能得分): 1.已知点u的坐标为[7,3,2]T,对点u依次进行如下的变换:(1)绕z轴旋转90°得到点v;(2)绕y 轴旋转90°得到点w;(3)沿x轴平移4个单位,再沿y轴平移-3个单位,最后沿z轴平移7个单位得到点t。求u, v, w, t各点的齐次坐标。

机械动力学期末复习题及答案

机械动力学期末复习题及 答案 Prepared on 22 November 2020

《机械动力学》期末复习题及答案1、判断 1.机构平衡问题在本质上是一种以动态静力分析为基础的动力学综合,或动力学设计。 答案:正确 2.优化平衡就是采用优化的方法获得一个绝对最佳解。 答案:错误 3.惯性力的计算是建立在主动构件作理想运动的假定的基础上的。 答案:正确 4.等效质量和等效转动惯量与机械驱动构件的真实速度无关。 答案:正确 5.作用于等效构件上的等效力(或等效力矩)所作的功等于作用于系统上的外力所 作的功。答案:错误 6.两点动代换后的系统与原有系统在静力学上是完全等效的。 答案:错误 7.对于不存在多余约束和多个自由度的机构,动态静力分析是一个静定问题。 答案:错误 8.摆动力的完全平衡常常会导致机械结构的简单化。 答案:错误 9.机构摆动力完全平衡的条件是:机构运动时,其总质心作变速直线运动。

答案:错误 10.等效质量和等效转动惯量与质量有关。 答案:错误 11.平衡是在运动设计完成之前的一种动力学设计。 答案:错误 12.在动力分析中主要涉及的力是驱动力和生产阻力。 答案:正确 13.当取直线运动的构件作为等效构件时,作用于系统上的全部外力折算到该构件上得到等效力。 答案:正确 14.摆动力的平衡一定会导致机械结构的复杂化。 答案:错误 15.机器人操作机是一个多自由度的闭环的空间机构。 答案:错误 16.质量代换是将构件的质量用若干集中质量来代换,使这些代换质量与原有质量在运动学上等效 答案:正确 17.弹性动力分析考虑构件的弹性变形。 答案:正确 18.机构摆动力矩完全平衡的条件为机构的质量矩为常数。 答案:错误 19.拉格朗日方程是研究约束系统静力动力学问题的一个普遍的方法。

vensim案例

第四章 系统动力学仿真模型 由于上海地区的汽车市场只是全国市场的一部分,其供应系统除了上海本地汽车生产企业之外,还有全国各地的汽车企业。随着加入WTO ,汽车产业逐步放开,将使我国的汽车市场成为国际市场的一部分,而价格也将与国际市场接轨。另外世界汽车市场上潜在的生产能力极大,总体上已经形成生产过剩的卖方市场。因此上海地区的汽车市场主要是需求问题。研究上海市私车发展的主要问题也将是需求问题。本文建立上海地区私车变化的系统动力学模型,从需求方面来研究上海市的私车发展。 §4.1 系统分析 §4.1.1 系统边界的确定 系统动力学分析的系统行为是基于系统内部要素相互作用而产生的,并假定系统外部环境的变化不给系统行为产生本质的影响,也不受系统内部因素的控制。因此系统边界应规定哪一部分要划入模型,哪一部分不应划入模型,在边界内部凡涉及与所研究的动态问题有重要关系的概念模型与变量均应考虑进模型;反之,在界限外部的那些概念与变量应排除在模型之外。 图4-1 上海市私家车系统组成结构图 根据系统论原理,一个完整的城市居民私家车消费系统不仅包括汽车的流通、交换和消费等环节,而且还包括城市人口、经济、社会环境和消费政策、公交等其他指系统,它是一个复杂的社会经济大系统(图4-1)。只有建立一个适合于该系统的动态分析模型,才可能全面准确地研究系统中各因素间的相互作用关系和它们对系统行为的影响。 根据系统建模的目的,本文研究系统的界限大体包括以下内容: 私车的需求量 私车的报废量 私车的市场保有量 私车的价格 私车的使用费用 私车的上牌费用 牌照限额 居民人均可支配收入 上海市人口数量 上海市总户数 私车发展系统 城市公交系统 城市市政系统 汽车市场系统 人口经济系统

机械系统动力学试题

机械系统动力学试题 一、 简答题: 1.机械振动系统的固有频率与哪些因素有关?关系如何? 2.简述机械振动系统的实际阻尼、临界阻尼、阻尼比的联系与区别。 3.简述无阻尼单自由度系统共振的能量集聚过程。 4. 简述线性多自由度系统动力响应分析方法。 5. 如何设计参数,使减振器效果最佳? 二、 计算题: 1、 单自由度系统质量Kg m 10=, m s N c /20?=, m N k /4000=, m x 01.00=, 00=? x ,根据下列条件求系统的总响应。 (a ) 作用在系统的外激励为t F t F ωcos )(0=,其中N F 1000=, s rad /10=ω。 (b ) 0)(=t F 时的自由振动。 2、 质量为m 的发电转子,它的转动惯量J 0的确定采用试验方法:在转子径向R 1的地方附加一小质量m 1。试验装置如图2所示,记录其振动周期。 a )求发电机转子J 0。 b )并证明R 的微小变化在R 1=(m/m 1+1)·R 时有最小影响。 3、 如图3所示扭转振动系统,忽略阻尼的影响 J J J J ===321,K K K ==21 (1)写出其刚度矩阵; (2)写出系统自由振动运动微分方程; (2)求出系统的固有频率; (3)在图示运动平面上,绘出与固有频率对应的振型图。 1 θ(图2)

(图3) 4、求汽车俯仰振动(角运动)和跳振(上下垂直振动)的频率以及振 动中心(节点)的位置(如图4)。参数如下:质量m=1000kg,回转半径r=0.9m,前轴距重心的距离l1=0.1m,后轴距重心的距离l2=1.5m,前弹簧刚度k1=18kN/m,后弹簧刚度k2=22kN/m (图4) 5、如5图所示锻锤作用在工件上的冲击力可以近似为矩形脉冲。已知 工件,铁锤与框架的质量为m1=200 Mg,基础质量为m2=250Mg,弹簧垫的刚度为k1=150MN/m,土壤的刚度为k2=75MN/m.假定各质量的初始位移与速度均为零,求系统的振动规律。

系统动力学与案例分析

系统动力学与案例分析 一、系统动力学发展历程 (一)产生背景 第二次世界大战以后,随着工业化的进程,某些国家的社会问题日趋严重,例如城市人口剧增、失业、环境污染、资源枯竭。这些问题范围广泛,关系复杂,因素众多,具有如下三个特点:各问题之间有密切的关联,而且往往存在矛盾的关系,例如经济增长与环境保护等。 许多问题如投资效果、环境污染、信息传递等有较长的延迟,因此处理问题必须从动态而不是静态的角度出发。许多问题中既存在如经济量那样的定量的东西,又存在如价值观念等偏于定性的东西。这就给问题的处理带来很大的困难。 新的问题迫切需要有新的方法来处理;另一方面,在技术上由于电子计算机技术的突破使得新的方法有了产生的可能。于是系统动力学便应运而生。 (二)J.W.Forrester等教授在系统动力学的主要成果: 1958年发表著名论文《工业动力学——决策的一个重要突破口》,首次介绍工业动力学的概念与方法。 1961年出版《工业动力学》(Industrial Dynamics)一书,该书代表了系统动力学的早期成果。 1968年出版《系统原理》(Principles of Systems)一书,论述了系统动力学的基本原理和方法。 1969年出版《城市动力学》(Urban Dynamics),研究波士顿市的各种问题。 1971年进一步把研究对象扩大到世界范围,出版《世界动力学》(World Dynamics)一书,提出了“世界模型II”。 1972年他的学生梅多斯教授等出版了《增长的极限》(The Limits to Growth)一书,提出了更为细致的“世界模型III”。这个由罗马俱乐部主持的世界模型的研究报告已被翻译成34种语言,在世界上发行了600多万册。两个世界模型在国际上引起强烈的反响。 1972年Forrester领导MIT小组,在政府与企业的资助下花费10年的时间完成国家模型的研究,该模型揭示了美国与西方国家的经济长波的内在机制,成功解释了美国70年代以来的通货膨胀、失业率和实际利率同时增长的经济问题。(经济长波通常是指经济发展过程中存在的持续时间为50年左右的周期波动) (三)系统动力学的发展过程大致可分为三个阶段: 1、系统动力学的诞生—20世纪50-60年代 由于SD这种方法早期研究对象是以企业为中心的工业系统,初名也就叫工业动力学。这阶段主要是以福雷斯特教授在哈佛商业评论发表的《工业动力学》作为奠基之作,之后他又讲述了系统动力学的方法论和原理,系统产生动态行为的基本原理。后来,以福雷斯特教授对城市的兴衰问题进行深入的研究,提出了城市模型。 2、系统动力学发展成熟—20世纪70-80年代 这阶段主要的标准性成果是系统动力学世界模型与美国国家模型的研究成功。这两个模型的研究成功地解决了困扰经济学界长波问题,因此吸引了世界范围内学者的关注,促进它在世界范围内的传播与发展,确立了在社会经济问题研究中的学科地位。 3、系统动力学广泛运用与传播—20世纪90年代-至今 在这一阶段,SD在世界范围内得到广泛的传播,其应用范围更广泛,并且获得新的发展.系统动力学正加强与控制理论、系统科学、突变理论、耗散结构与分叉、结构稳定性分析、灵敏度分析、统计分析、参数估计、最优化技术应用、类属结构研究、专家系统等方面的联系。许多学者纷纷采用系统动力学方法来研究各自的社会经济问题,涉及到经济、能源、交通、环境、生态、生物、医学、工业、城市等广泛的领域。 (四)国内系统动力学发展状况 20世纪70年代末系统动力学引入我国,其中杨通谊,王其藩,许庆瑞,陶在朴,胡玉奎等专家学者是先驱和积极倡导者。二十多年来,系统动力学研究和应用在我国取得飞跃发展。我国成立国内系统动力学学会,国际系统动力学学会中国分会,主持了多次国际系统动力学大会和有关会议。 目前我国SD学者和研究人员在区域和城市规划、企业管理、产业研究、科技管理、生态环保、海洋经济等应用研究领域都取得了巨大的成绩。 二、系统动力学的原理 系统动力学是一门分析研究信息反馈系统的学科。它是系统科学中的一个分支,是跨越自然科学和社会科学的横向学科。系统动力学基于系统论,吸收控制论、信息论的精髓,是一门认识系统问题和解决系统问题交叉、综合性的新学科。从系统方法论来说,系统动力学的方法是结构方法、功能方法和历史方法的统一。 系统动力学是在系统论的基础上发展起来的,因此它包含着系统论的思想。系统动力学是以系统的结构决定着系统行为前提条件而展开研究的。它认为存在系统内的众多变量在它们相互作用的反馈环里有因果联系。反馈之间有系统的相互联系,构成了该系统的结构,而正是这个结构成为系统行为的根本性决定因素。

2013机械动力学试题答案

一、判断题 1. 考虑效率时,等效力大小与效率值大小成反比。 2. 某机械的广义坐标数为5,则该机械的广义力一定少于5个。 3. 某机械系统自由度为4,那么其惯性系数33J 一定不小于零。 4. 定轴轮系在匀速转动时,等效力矩一定等于零。 5. 在考虑弹性时,铰链四杆机构中单元杆的节点变形数一定等于系统的节点变形数。 1.× 2.× 3.√ 4.√ 5.× 二、如图所示机构在水平面上运转,件1为原动件,转角为?。已知杆1长 08.m l =,其绕A 点转动惯量A J 1=0.22kgm ,件2质量212.kg m =,其质心为2 B 点,杆3质量32kg m =,杆1受驱动力矩M ,杆3受力F 作用。试求: 1. 以件1为等效件建立机构动力学方程。 2. 该机构由静止起动时45?=,那么若20N F =,M 至少应大于多少才能启动机构。 3. 若20N F =,15Nm M =,求90?=时,?=? 解:1、?cos l S = ?ωsin 1 3 l v -=∴

?ωsin 1 3 Fl M v F M M v -=-= ()232212 1332 1 2 21sin ?ωω l m l m J v m v m J J A B A v ++=??? ? ??+???? ??+= 由 ???d dJ J M v v v 22 += 得: =-?sin Fl M () [ ]+++? ? 2 3221sin l m l m J A ()22 3 cos sin ? ?? l m 2、 2008450.sin M -??> 113.Nm M > 3、=-?sin Fl M () [ ]+++? ? 2 3221sin l m l m J A ()22 3 cos sin ? ?? l m 9342.rad ?=- 图示轮系中,轮4转角为4?,系杆转角为H ?,各件转动惯量: 210.4kgm J =,222361821.kgm .kgm J J J ===,,24506.kgm J J ==,205.kgm H J =。各轮齿数:120z =,2456030z z z ===,,3660z z ==,各件所受力矩大小:H 30Nm M =,14203Nm 0Nm M M ==,,640Nm M =,方向如图所示。忽略各件质量及重力,现选定H q ?=1,24q ?=,试求H ?。 解: 0=,1=21H H i i ,414201,i i ==, 11125322,i i = =,21223122,i i ==- , 616251 44 ,i i ==

系统动力学模型

1.1 海洋资源可持续开发研究综述 海洋可持续发展包括三层含义,即海洋经济的持续性、海洋生态的持续性和社会的持续性,海洋的可持续发展以保证海洋经济发展和资源永续利用为目的,实现海洋经济发展与经济环境相协调,经济、社会、生态效益相统。运用海洋可持续发展理论和海域承载力理论研究海洋资源开发的可持续性,从我国的海洋产业入手,分析我国海洋资源开发利用的状况,从海洋产业结构和产业布局、海洋管理和海洋开发技术等方面总结我国海洋开发的问题,并针对这些问题,提出切实可行的实现海洋可持续发展的途径和措施。国外学者对海洋资源的发展和研究进行研究,建立相应的模型,认为技术在海洋资源发展过程中起到极其重要的作用。国内学者则以具体省份为例研究海洋资源可持续发展,对辽宁省所拥有的海洋资源进行概述后,分析了辽宁海洋资源开发与海洋生态环境保护之间的关系,提出开展海域资源价值折损评估,采用政策调控和市场机制保护海洋生态环境。利用我国重要海洋产业数据,分析我国海洋资源开发利用的状况,并从海洋产业结构和布局及管理等角度总结海洋资源开发存在的问题,提出实现海洋资源可持续发展的途径。学者从海洋资源与环境保护角度分析,研究开发海洋的过程中,存在着海洋环境污染、海洋渔业资源衰退等问题。 1.2 系统动力学模型研究综述 到20 世纪70 年代初系统动力学被用来解决很多领域的问题,成为比较成熟的学科,系统动力学到20 世纪70 年代初所取得的成就使人们相信它是研究和处理诸如人口、自然资源、生态环境、经济和社会等相互连带的复杂系统问题的有效工具。基于市场均衡论和信用风险理论,完善运用于分析代际消费计划的系统动力学机制模型,并提出可替换选择。国内学者将系统动力学运用于研究资源与

《机械动力学》期末复习题及答案

期末复习题 一、判断题(每小题2分,共30题,共60分) 1、机构平衡问题在本质上是一种以动态静力分析为基础的动力学综合,或动力学设计。(R ) 2、平衡是在运动设计完成之前的一种动力学设计。(F ) 3、平衡分析着眼于全部消除或部分消除引起震动的激振力。(R ) 4、优化平衡就是采用优化的方法获得一个绝对最佳解。(F ) 5、在动力分析中主要涉及的力是驱动力和生产阻力。(R ) 6、通路定理是用来判断能否实现摆动力完全平衡的理论。(F ) 7、惯性力的计算是建立在主动构件作理想运动的假定的基础上的。(R ) 8、当取直线运动的构件作为等效构件时,作用于系统上的全部外力折算到该构件上得到等效力。(R ) 9、无论如何,等效力与机械驱动构件的真实速度无关。(R ) 10、等效质量和等效转动惯量与机械驱动构件的真实速度无关。(R ) 11、摆动力的平衡一定会导致机械结构的复杂化。(F ) 12、综合平衡不仅考虑机构在机座上的平衡,同时也考虑运动副动压力的平衡和输入转矩的平衡( R) 13、作用于等效构件上的等效力(或等效力矩)所作的功等于作用于系统上的外力所作的功。(F ) 14、机器人操作机是一个多自由度的闭环的空间机构。( F) 15、速度越快,系统的固有频率越大。(F ) 16、两点动代换后的系统与原有系统在静力学上是完全等效的。(F ) 17、质量代换是将构件的质量用若干集中质量来代换,使这些代换质量与原有质量在运动学上等效(R) 18、平衡的实质就是采用构件质量再分配等手段完全地或部分地消除惯性载荷。( R) 19、对于不存在多余约束和多个自由度的机构,动态静力分析是一个静定问题。(F ) 20、弹性动力分析考虑构件的弹性变形。(R ) 21、优化综合平衡是一个多目标的优化问题,是一种部分平衡。(R ) 22、摆动力的完全平衡常常会导致机械结构的简单化。( F) 23、机构摆动力矩完全平衡的条件为机构的质量矩为常数。(F ) 24、机构摆动力完全平衡的条件为机构的质量矩为常数。(R ) 25、机构摆动力完全平衡的条件是:机构运动时,其总质心作变速直线运动。( F) 26、拉格朗日方程是研究约束系统静力动力学问题的一个普遍的方法。(R ) 27、当以电动机为原动机时,驱动力矩是速度的函数。( F) 28、等效质量和等效转动惯量与质量有关。(F ) 29、在不含有变速比传动而仅含定速比传动的系统中,传动比为常数。(R ) 30、为了使得等效构件的运动与机构中该构件的运动一致,要将全部外力等效地折算到该机构上, 这一折算是依据功能原理进行的。(R ) 二、单选题(每小题2分,共30题,共60分) 31、动力学反问题是已知机构的(B ),求解输入转矩和各运动副反力及其变化规律。 A、运动状态 B、运动状态和工作阻力 C、工作阻力 D、运动状态或工作阻力 32、动态静力分析应用于(C )。 A、动力学正问题 B、运动学正问题 C、动力学反问题 D、运动学反问题 33、设机构中的活动构件数位6,含低副数目为2,含高副数目为3,则构件的自由度数为( B)。 A、10 B、11 C、12 D、13 34、平衡的实质就是采用构件质量再分配等手段完全地或部分地消除(C )。 A、加速度 B、角加速度 C、惯性载荷 D、重力 35、长期以来人们用加配重使摆动力部分被平衡的方法来减小(D )。 A、速度 B、体积 C、摩擦 D、振动

机械系统动力学试题b2008答案

机械系统动力学试题B平分标准 1 填空(20)(每空2分) 离散线性系统的数学模型可用线性常微分方程描述。LTI系统为线性时不变系统。静态设计主要考虑静态载荷作用,动态设计主要考虑振动与动态载荷作用。系统有离散系统和连续系统。确定性系统在随机激励下,响应是随机的。重力场的势函数为-mgy 。广义坐标为完全决定系统状态的独立参数。牛顿力学的主要不便是处理约束反力不方便。连续系统的自由度数为无穷多。 2 用拉格朗日方程建立单摆运动方程(20)。 解: 3 写出建立等效力学模型的步骤(20)。 解:(1)选取等效构件,通常选主动构件为等效构件(4); (2)计算等效力,根据做功相等的原则进行(4); (3)计算等效质量,根据动能相等的原则,将各个构件向等效构件进行等效(4); (4)对等效构件列运动方程(4); (5)解方程(4)。 4 如图,弦上有一质量m,设张力T不变,推导微分方程(20)。

解:设张力T 不变,则恢复力为: ?? ? ??-+a L x a x T (10) 由牛顿定律得:0=?? ? ??-++a L x a x T x m (8) 即 011=?? ? ??-++x a L a T x m (2) 5 等效力学模型微分方程中,已知等效转动惯量为常数,等效力矩为ωb a M e +=,0=t 时,0=?,求时间和角速度的关系(20)。 解:等效力学模型微分方程为:e e e M dt d d dJ dt d J =??? ??+2 2221???(5) 因等效转动惯量为常数,故有:e e M dt d J =2 2?(2) 即:ωωb a dt d J e +=(3) 分离变量得:?ωb a d J dt e +=(2) 积分并应用初始条件,得:a b a b J b a d J t e e ω?ωω+=+=?ln 0(8)

系统动力学模型案例分析

系统动力学模型介绍 1、系统动力学的思想、方法 系统动力学对实际系统的构模与模拟就是从系统的结构与功能两方面同时进行的。系统的结构就是指系统所包含的各单元以及各单元之间的相互作用与相互关系。而系统的功能就是指系统中各单元本身及各单元之间相互作用的秩序、结构与功能,分别表征了系统的组织与系统的行为,它们就是相对独立的,又可以在—定条件下互相转化。所以在系统模拟时既要考虑到系统结构方面的要素又要考虑到系统功能方面的因素,才能比较准确地反映出实际系统的基本规律。系统动力学方法从构造系统最基本的微观结构入手构造系统模型。其中不仅要从功能方面考察模型的行为特性与实际系统中测量到的系统变量的各数据、图表的吻合程度,而且还要从结构方面考察模型中各单元相互联系与相互作用关系与实际系统结构的一致程度。模拟过程中所需的系统功能方面的信息,可以通过收集,分析系统的历史数据资料来获得,就是属定量方面的信息,而所需的系统结构方面的信息则依赖于模型构造者对实际系统运动机制的认识与理解程度,其中也包含着大量的实际工作经验,就是属定性方面的信息。因此,系统动力学对系统的结构与功能同时模拟的方法,实质上就就是充分利用了实际系统定性与定量两方面的信息,并将它们有机地融合在一起,合理有效地构造出能较好地反映实际系统的模型。 2、建模原理与步骤 (1)建模原理

用系统动力学方法进行建模最根本的指导思想就就是系统动力学的系统观与方法论。系统动力学认为系统具有整体性、相关性、等级性与相似性。系统内部的反馈结构与机制决定了系统的行为特性,任何复杂的大系统都可以由多个系统最基本的信息反馈回路按某种方式联结而成。系统动力学模型的系统目标就就是针对实际应用情况,从变化与发展的角度去解决系统问题。系统动力学构模与模拟的一个最主要的特点,就就是实现结构与功能的双模拟,因此系统分解与系统综合原则的正确贯彻必须贯穿于系统构模、模拟与测试的整个过程中。与其它模型一样,系统动力学模型也只就是实际系统某些本质特征的简化与代表,而不就是原原本本地翻译或复制。因此,在构造系统动力学模型的过程中,必须注意把握大局,抓主要矛盾,合理地定义系统变量与确定系统边界。系统动力学模型的一致性与有效性的检验,有一整套定性、定量的方法,如结构与参数的灵敏度分析,极端条件下的模拟试验与统计方法检验等等,但评价一个模型优劣程度的最终标准就是客观实践,而实践的检验就是长期的,不就是一二次就可以完成的。因此,一个即使就是精心构造出来的模型也必须在以后的应用中不断修改、不断完善,以适应实际系统新的变化与新的目标。 (2)建模步骤 系统动力学构模过程就是一个认识问题与解决问题的过程,根据人们对客观事物认识的规律,这就是一个波浪式前进、螺旋式上升的过程,因此它必须就是一个由粗到细,由表及里,多次循环,不断深化的过程。系统动力学将整个构模过程归纳为系统分析、结构分析、模型建立、模型试验与模型使用五大步骤这五大步骤有一定的先后次序,但按照构模过程中的具体情况,它们又都就是交叉、反复进行的。 第一步系统分析的主要任务就是明确系统问题,广泛收集解决系统问题的有关数据、资料与信息,然后大致划定系统的边界。 第二步结构分析的注意力集中在系统的结构分解、确定系统变量与信息反馈机制。 第三步模型建立就是系统结构的量化过程(建立模型方程进行量化)。 第四步模型试验就是借助于计算机对模型进行模拟试验与调试,经过对模型各种性能指标的评估不断修改、完善模型。 第五步模型使用就是在已经建立起来的模型上对系统问题进行定量的分析研究与做各种政策实验。 3、建模工具 系统动力学软件VENSIM PLE软件 4、建模方法 因果关系图法 在因果关系图中,各变量彼此之间的因果关系就是用因果链来连接的。因果链就是一个带箭头的实线(直线或弧线),箭头方向表示因果关系的作用方向,箭头旁标有“+”或“-”号,分别表示两种极性的因果链。 a.正向因果链A→+B:表示原因A的变化(增或减)引起结果B在同一方向上发生变化(增或减)。

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