笑熬浆糊4
简述几何建模过程有限元分析中不管是哪一类问题，都有着基本一致的求解过程，所以有限元分析过程易于计算机程序化，也易于入门。使用MSCPatran进行有限元建模的基本过程如下所述。把商业软件作为工具创造性地应用于解决工程问题并不是一件简单的事情，需要一定的工程素养、力学知识和有限元理论基础。1、几何建模。首先表示分析对象的空间几何位置关系。几何建模不是简单的几何画图，而是要考虑到几何模型是用来生成有限元网格的，因此要根据将生成的有限元网格的需要进行几何建模。如果开始只是一味地根据图纸完全照搬地进行几何作图，这样生成的几何模型很可能在进行网格划分时遇到问题，这时候就需要返回来修改几何模型，造成时间上的浪费。2、生成网格。有了几何模型，就可以用网格自动划分技术生成网格。有时候可以没有几何模型，直接生成有限元网格。有时候可以生成部分几何模型，在此基础上生成分析需要的全部网格。3、定义材料。工程结构都是由特定材料制成的，相同的材料在不同的载荷环境下也会表现出不同的力学性能，例如金属在载荷不大时产生的变形是可以恢复的，当载荷大到一定程度时就会产生不可恢复的永久变形。我们建模时定义材料模型及其参数，要和实际结构的材料力学行为相一致。4、定义单元特性。划分网格只是确定网格的几何拓扑关系，如一维、二维、三维单元，线性单元、高阶单元。定义单元特性，是要赋予单元以物理特性，使单元具有力学意义。单元特性包括单元的材料属性和几何属性。单元几何属性，例如梁单元的横截面形状，板单元的厚度。5、定义载荷和边界条件。结构都是在一定环境下工作的，要受到约束和载荷。正确处理载荷是非常重要的。加载的方式和单元的类型有一定关系，例如三维体单元的节点只有三个平动自由度，节点上只能加力不能加力矩，如果有力矩存在就需要转换成适当的力偶（实际上力矩是个概念，客观世界里存在力偶而没有力矩）。而板单元梁单元的节点既有平动自由度也有转动自由度，就可以直接加力和力矩。6、设定求解方法和求解参数，确定输出的计算结果。这时候建模基本完成，需要根据求解问题类型，从数值计算的角度选择恰当的计算方法，要兼顾到计算精度、计算速度和计算稳定性。7、对计算结果进行处理和评价。建模完成后，根据问题类型不同把数据提交给不同的求解器如MSCNatran、MSCMarc、MSCDytran等进行计算，计算结果由MSCPatran读入进行后处理。如果发现计算结果有问题，就需要查找原因，重新计算。 
加强初中数学建模教学 培养学生应用数学意识 厦门前埔中学 阮颖芳 九年义务教育《数学课程标准》中指出：数学可以帮助人们更好地探求客观世界的规律，并对现代社会中大量纷繁复杂的信息作出恰当的选择与判断，同时为人们交流信息提供了一种有效、简捷的手段。数学作为一种普遍适用的技术，有助于人们收集、整理、描述信息，建立数学模型，进而解决问题，直接为社会创造价值。数学教学要让学生亲身经历将实际问题抽象成数学模型并进行解释与应用的过程，进而使学生获得对数学理解的同时，在思维能力、情感态度与价值观等多方面得到进步和发展。 近几年，不仅每年高考都出了应用题，中考也加强了应用题的考察，这些应用题以数学建模为中心，以考察学生应用数学的能力，但学生在应用题中的得分率远底于其他题，原因之一就是学生缺乏数学建模能力和应用数学意识。因此中学数学教师应加强数学建模的教学，提高学生数学建模能力，培养学生应用数学意识和创新意识，本文结合教学实践，谈谈初中数学建模教学的一些学习体会。 ⒈数学建模是建立数学模型的过程的缩略表示，可用下面的框图来说明这一过程： 实际问题 抽象、简化，明确变量和参数 根据某种“定律”或“规律”建立变量和参数间的一个明确的数学关系 解析地或近似地求解该数学问题 解释、验证 投入使用 通不过 通过 1 审题 建立数学模型，首先要认真审题。实际问题的题目一般都比较长，涉及的名词、概念较多，因此要耐心细致地读题，深刻分解实际问题的背景，明确建模的目的；弄清问题中的主要已知事项，尽量掌握建模对象的各种信息；挖掘实际问题的内在规律，明确所求结论和对所求结论的限制条件。 2 简化 根据实际问题的特征和建模的目的，对问题进行必要简化。抓住主要因素，抛弃次要因素，根据数量关系，联系数学知识和方法，用精确的语言作出假设。3 抽象 将已知条件与所求问题联系起来，恰当引入参数变量或适当建立坐标系，将文字语言翻译成数学语言，将数量关系用数学式子、图形或表格等形式表达出来，从而建立数学模型。按上述方法建立起来的数学模型，是不是符合实际，理论上、方法上是否达到了优化，在对模型求解、分析以后通常还要用实际现象、数据等检验模型的合理性。 ⒉具体的建模分析方法 ① 关系分析法：通过寻找关键量之间的数量关系的方法来建立问题的数学模型方法。 ② 列表分析法：通过列表的方式探索问题的数学模型的方法。 ③ 图象分析法：通过对图象中的数量关系分析来建立问题的数学模型的方法。 ⒊掌握常见数学应用题的基本数学模型 在初中阶段，通常建立如下一些数学模型来解应用问题： ① 建立几何图形模型 ② 建立方程或不等式模型 ③ 建立三角函数模型 ④ 建立函数模型 案例 例1 王小姐参加了某晚会，晚会中共有40人，若每两人均握手一次，问参加者共握手多少次？ 例2 设计合适的包装方式。 ⑴现有4盒磁带，有几种包装方式？哪种方式更省包装纸？ ⑵若有8盒磁带，哪种方式更省包装纸？ 例3 已知 、 、 均为非负实数，求证： 前两个问题比较明显的须建立几何图形模型来加以分析，第三个问题若用不等式变形来解决则非常困难，但建立几何图形模型解决则轻而易举， 如下图。 例4 甲、乙两厂分别承印八年级数学教材20万册和25万册，供应A、B两地使用，A、B两地的学生数分别为17万和28万，已知甲厂往A、B两地的运费分别为200元/万册和180元/万册；乙厂往A、B两地运费分别为220元/万册和210元/万册。（1）设总运费为w元，甲厂运往A地x万册，试写出w与x的函数关系式；（2）如何安排调动计划，能使总运费最少？ 例5 我们已经学会了一些测量方法，现在请你观察一下学校中较高的物体，如教学楼、旗杆、大树等等，如何测量它们的高度呢？ 本题显然要建立三角函数模型来分析解决 例6 爸爸准备为小明买一双新的运动鞋，但要小明自己算出穿几“码”的鞋。小明回家量了一下妈妈36码的鞋子长23厘米，爸爸41码的鞋子长5厘米。那么自己穿的5厘米长的鞋是几码呢？ 本题较合理的数学模型是一次函数。 例7 1997年11月8日电视正在播放十分壮观的长江三峡工程大江截流的实况。截流从8：55开始，当时龙口的水面宽40米，水深60米。11：50时，播音员报告宽为4米。到13：00时，播音员又报告水面宽为31米。这时，电视机旁的小明说，现在可以估算下午几点合龙，从8：55到11：50，进展的速度每小时减少9米，从11：50到13：00，每小时宽度减少9米，小明认为回填速度是越来越快的，近似地每小时速度加快1米。从下午1点起，大约要5个多小时，即到下午6点多才能合龙。但到了下午3点28分，电视里传来了振奋人心的消息：大江截流成功！小明后来想明白了，他估算的方法不好，现在请你根据上面的数据，设计一种较合理的估算方法（建立一种较合理的数学模型）进行计算，使你的计算结果更切合实际。 建模合理性分析：本题建模合理性有以下两个评价点 ⑴回填速度以每小时多少立方米填料计。这样，能否建立合理的回填速度计算模型便成为第一个评价要点。 ⑵注意到回填速度是逐渐加快的：水流截面越大，水越深，回填时填料被冲走的就越多，相应的进展速度就越慢。反之就越快。在模型中对回填速度越来越快这一点如何作出较合理的假设，这是第二个评价要点。 ⒋数学建模教学活动设计的体会 ①鼓励学生积极主动地参与，把教学过程更自觉地变成学生活动的过程。 教师不应只是“讲演者”、“总是正确的指导者”而应不时扮演下列角色：模特——他不仅演示正确的开始，也表现失误的开端和“拨乱反正”的思维技能。参谋——提一些求解的建议，提供可参考的信息，但并不代替学生做出决断。询问者——故作不知，问原因、找漏洞，督促学生弄清楚、说明白，完成进度。仲裁者和鉴赏者——评判学生工作成果的价值、意义、优劣，鼓励学生有创造性的想法和作法。 ②注意结合学生的实际水平，分层次逐步地推进。 数学建模对教师、对学生都有一个逐步的学习和适应的过程。教师在设计数学建模活动时，特别应考虑学生的实际能力和水平，起始点要低，形式应有利于更多的学生能参与。在开始的教学中，在讲解知识的同时有意识地介绍知识的应用背景。在应用的重点环节结合比较多的训练，如实际语言和数学语言，列方程和不等式解应用题等。逐步扩展到让学生用已有的数学知识解释一些实际结果，描述一些实际现象，模仿地解决一些比较确定的应用问题，到独立地解决教师提供的数学应用问题和建模问题，最后发展成能独立地发现、提出一些实际问题，并能用数学建模的方法解决它。 ③重视知识产生和发展过程教学。 由于知识产生和发展过程本身就蕴含着丰富的数学建模思想，因此老师既要重视实际问题背景的分析、参数的简化、假设的约定，还要重视分析数学模型建立的原理、过程，数学知识、方法的转化、应用，不能仅仅讲授数学建模结果，忽略数学建模的建立过程。 ④注意数学应用与数学建模的“活动性”。 数学应用与数学建模的目的并不是仅仅为了给学生扩充大量的数学课外知识，也不是仅仅为了解决一些具体问题，而是要培养学生的应用意识、数学能力和数学素质。因此我们不应该沿用老师讲题、学生模仿练习的套路，而应该重过程、重参与，更多地表现活动的特性。 参考文献
一、 问题重述最近国务院《促进中部地区崛起规划》的发布了，对中部地区经济持续、稳定增长将是一个契机，必将促进中部崛起新跨越。但是，中部六省的经济发展不平衡，请对中部六省:山西、安徽、江西、河南、湖南、湖北的经济发展状况进行综合评价排序。三、 基本假设和符号说明四、 模型的建立与求解建立一个经济评价体系的首要任务是找到能够比较全面反映实质的评价指标。我们选定了10个指标，涉及到经济与社会稳定两个领域。单纯的地区生产总值和财政总收入并不能完全代表一个地区的经济情况，居民的人均可支配收入和居民消费价格指数属于社会生活类，同样可以窥探出这个地区的经济发展状况。还有社会固定资产投资、经济增长率等，都应该是一个地区经济发展状况的重要评定指标。表格一是在各个省的统计局网站搜集整理数据，为08年初到08年末一整年的经济情况。选定的10个经济指标直接见表格一。评价指标（万元）山西安徽江西河南湖南湖北地区生产总值38经济增长率(按可比价格) 30%00%60%00%80%40%社会消费品零售总额82社会固定资产投资56城乡居民储蓄存款余额41进出口总额（亿美元）67财政总收入（亿元）04规模以上工业增加值33城镇居民人均可支配收入86居民消费价格总指数20%20%00%00%00%30%表格一1、数据标准无量纲化处理数据标准化无量纲处理的目的是消除原始数据单位的影响。从表格一我们可以发现，数据间单位有万元、亿元、亿美元和百分数，地区生产总值和经济增长率之间的数据根本不具可比性，显然不能直接用来计算。标准化处理后每个指标所对应的一行数据其标准差都为1，原始数据的量纲影响被消除，数据可用。标准化处理的公式为： 公式一处理后数据见表格二山西安徽江西河南湖南湖北地区生产总值-82363 -37991 -92873 80573 14335 18319 经济增长率(按可比价格) -41853 -09296 58136 30231 67438 95344 社会消费品零售总额-91778 -49931 -10585 35396 29377 87520 社会固定资产投资-08027 25841 -61187 82071 -22503 -16196 城乡居民储蓄存款余额25979 -55478 -39320 63469 -04427 09777 进出口总额（亿美元）-61753 12017 -80164 28378 -14143 15665 财政总收入（亿元）17247 42206 -56787 -81622 32045 46911 规模以上工业增加值-26798 -41360 -95917 94399 -22917 -07408 城镇居民人均可支配收入-23406 -62158 -99630 10316 88099 -13221 居民消费价格总指数44070 -48023 -86442 05651 -86442 -28814 表格二2、层次分析模型建立与计算过程1、建立层次结构图经济发展状况地区生产总值经济增长率（按可比价格）社会消费品零售总额社会固定资产投资城乡居民储蓄存款余额进出口总额财政总收入规模以上工业增加值城镇居民人均可支配收入居民消费价格总指数注：第一层综合经济发展状况为目标层。第二层为准则层，10个经济指标以不同权重衡量总经济状况。2、构造成对比较矩阵注： 代表指标 与指标 在总经济评价中重要性之比。矩阵中数字都为1-9的数字或其倒数，因为在进行主观定性成对比较时，人们头脑中通常有5种明显的等级，用1-9尺度可以方便的表示如下尺度 含义135792，4，6，81，1/2，1/9与 的影响相同比 的影响稍强比 的影响强比 的影响明显的强比 的影响绝对的强与 的影响之比在上述两个相邻等级之间与 的影响之比为上面 的互反数例如 代表 地区生产总值比 社会消费品零售总额在总经济衡量中影响强。2、做一致性检验并计算权重成对比较阵A并不是一致阵，但如果其不一致程度在允许的范围内，其对应于特征根 的特征向量可以作为被比较因素的权向量。定义 公式二为一致性指标。当 时矩阵为一致阵，一致性指标 等于0； 越大矩阵的不一致程度越严重。为了确定A的不一致程度的容许范围，需要找出衡量A的一致性指标 的标准。为此引进随机一致性指标 ， 的具体数值见下表1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 110 0 58 90 12 24 32 41 45 49 51定义一致性比率 公式三当 时认为A的不一致程度在容许范围之内，可用其特征向量作为权向量。在MATLAB上运行，程序见附件一，得到矩阵A的最大特征根 对应于此特征根的特征向量为 将 代入公式二、三中计算，一致性检验通过，对应于最大特征根的特征向量可以作为权向量，不过还应该进行归一化处理，因为所有指标的权值相加应为归一化处理后得到向量，即对应为各个指标的权值。3、灰色关联分析模型与计算过程1、确定比较数列与参考数列（数据使用经过标准化处理的表格二）选取每个指标的最大值为参考数列，每个指标的实际值为比较数列。令 比较数列为： 参考数列为： 在表格二上找出每行的最大值，即得到参考数列为：其中 分别代表10个指标， 代表六个被比较省份2、计算灰色关联系数灰色关联系数的定义为公式四式四中： 是比较数列 与参考数列 在第 个评价指标上的相对差值是分辨率，在此取比较常用的 在EXCEL上分布使用公式，拆分进行计算后，得到各个省在10个指标上的灰色关联系数，见表格三山西安徽江西河南湖南湖北地区生产总值35553 37469 44394 00000 40944 38343 经济增长率(按可比价格) 37947 39051 00000 60429 80508 00000 社会消费品零售总额38968 41480 47462 00000 52087 67821 社会固定资产投资33333 45769 47789 00000 36037 33728 城乡居民储蓄存款余额51338 37427 41525 00000 40705 39633 进出口总额（亿美元）44981 00000 54317 53253 33401 00000 财政总收入（亿元）00000 64334 44332 33333 57497 58926 规模以上工业增加值39604 35683 42698 00000 34656 33333 城镇居民人均可支配收入40681 34305 42950 35869 00000 33387 居民消费价格总指数00000 40595 49384 72131 33333 36855 表格三3、计算灰色关联度考虑到各个指标的权重问题，计算灰色加权关联度，公式为：式五在2层次分析模型建立中，已经得到各个指标的权重值 在EXCEL上进行乘法、求和运算，得到六个省的灰色关联度见表格四山西安徽江西河南湖南湖北灰色加权关联度67845 54060 51927 57351 55126 57683 排名1 5 6 3 4 2 表格四至此得到最终中部六省经济发展情况排行榜。山西第一江西最末，中依次是湖北、河南、湖南、安徽。
下面条的学问数学无处不在，虽然看不到、听不到、触摸不到，但却可以感受得到，因为它就在我们身边。一个星期天的中午，表姐提议：“今天不如吃面条吧，让我来烹调，好让我大显身手。”我和妈妈微笑地表示默认。表姐大模大样地走进厨房，拿起工具，开始煮面条。时间飞快地流逝，不知不觉过了15分钟。我闻到了一股香喷喷的味道，但是还不见表姐出来。过了一会儿，表姐拿着她那近30分钟的成果端出在桌面上。“唉，姐，你搞什么鬼啊？你煮那一锅面条足足用了30分钟。我和老妈都已经饥肠辘辘了。我狼吞虎咽地把整完面条“清扫”得干干净净。“老姐，快交代吧！你到底是如何烹调面条的！”表姐满怀信心地说：“我先煲一锅水，接着把面条放到水里，再准备一些佐料，把它们一锅煮熟，面条下好后，再煮鸡蛋，放到面条里。” “哦！我知道了！”我和妈妈异口同声，妈妈把发言权让给了我，我说：“在煲水的过程中，你可以先去准备一些佐料，把面条放到水里，接下来，在另一个炉子上煮鸡蛋，面条下好鸡蛋煮好后，就大功告成了。煲水、准备佐料需5分钟，下面条煮鸡蛋需10分钟，这最多只会用15分钟呀”表姐点了点头，又问我，“是谁教你的呀？”“这是奥数书上的数学广角的内容，这叫做华罗庚时间统筹法，可以让我们更好地安排和利用。”我说道。 所谓时间统筹法，是应用网络图进行计算，运筹时间，降低时间无谓消耗的做法。又称作计划协调技术。
