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前天拄着刚买的McKinley登山杖爬了一趟紫金山。我这两天一直在想彻底的分析一下这根棍子，今天我来试试看。
为什么要用登山杖？
在户外时，登山杖就是你的第三条腿(![[sweat]](styles/default/images/smilies/icon_sweat.gif)
)，让你增加一个支点，而三个支点也能做到完全的平衡。
登山杖的主要作用体现在行走具有坡度的路面和在站立休息时。走上坡时，可以通过这个支点借到上肢的力量，更轻松的登高；下坡的时候，让登山杖先于一条腿着地可以吸收冲击能，减轻腿部特别是膝盖受到的撞击。在站立小憩时(这种情况在户外行走时很常见，因为背着这包坐下来再起来是很费力的)，可以把身体的重量全部压在杖上，对腿部起到放松作用。
登山杖应该具备的物理特性。
鉴于上面的提到的登山杖的功用，登山杖应该具备如下的物理特性：
1，重量轻且强度大；
我们不希望拎着一个沉重的家伙行走，当然更不希望他在半路折断。
2，刚度较大；
登山杖太软的话反而容易失去平衡，而且变形应该在可控范围之内。
3，能有效的减振；
在下山时产生的冲击非常大(主要是脉冲激励)，有效的减振可以避免手腕部位受伤。而在行走中冲击是来自各个方向的，所以需要分开考虑其影响和对策。
登山杖振动特性分析。
现在的7075等航空铝合金的材质已经让第一和第二条要求不再成为困扰；重要的问题在于如何有效的减振。
我的这根Mckinley的登山杖的Anti-Shock功能实际上是在杖的第二截和第三截之间安装了一个刚度(stiffness)比较大的弹簧(我实测的刚度大约是12,000N/m)，希望籍此获得减振的效果。但是仅仅安装一个弹簧起到的减振效果还不如他对整个登山杖抗弯的贡献大。我在实际使用当中也是这样的感受，在行进中有时候anti-shock会被误关闭，然而我的手腕并没有立刻感到所受冲击的变化，而是过了好一会儿才不经意发觉原来anti-shock关了，可见从用户体验看减振效果实在不敢恭维。
问题在哪儿？大概有两个方面：
1，目前的设计仅仅考虑到了承受了减轻轴向冲击，而没有考虑到径向冲击的影响，在径向上整个杖就是一个完全没有一点阻尼(damping)的悬臂梁(Cantilever)结构，这个方向的振动完全被手腕吸收。
2，系统的径向阻尼也偏小，无法吸收足够的冲击能，使得能量传递到了手腕上。
登山杖结构的改进。
如果想要彻底增强登山杖的性能，唯一的办法是采用更好的结构，目前将目前全铝合金的结构替换为同样强度但是内阻尼更大的复合材料结构(Composite Structure)，或者在铝管内部贴覆阻尼材料。不过这样做的成本会增加更多。
现在的三截设计的初衷应该是可以伸缩杖子的长度，有利于存放和携带。Anti-Shock系统在第二和第三截之间，那么第一和第二截之间也能做做文章。现在这两截之间只是纯粹的锁紧机构，是塑料制的，如果在连接处附加阻尼材料，把整个结合面覆盖起来，这样同时产生了轴向和径向的阻尼，而成本增并不大。当然在这部分再增加一个弹簧也不失为一个好办法。
结语。
上面只是我从振动这个角度来粗浅的分析登山杖的结构，在实际使用中也许振动问题并非用户体验的关键缺陷；如果让我来做整个系统优化的话，我还会考虑手柄的舒适度，腕带的设计，也许这部分更直接也更重要。
为什么要用登山杖？
在户外时，登山杖就是你的第三条腿(
)，让你增加一个支点，而三个支点也能做到完全的平衡。登山杖的主要作用体现在行走具有坡度的路面和在站立休息时。走上坡时，可以通过这个支点借到上肢的力量，更轻松的登高；下坡的时候，让登山杖先于一条腿着地可以吸收冲击能，减轻腿部特别是膝盖受到的撞击。在站立小憩时(这种情况在户外行走时很常见，因为背着这包坐下来再起来是很费力的)，可以把身体的重量全部压在杖上，对腿部起到放松作用。
登山杖应该具备的物理特性。
鉴于上面的提到的登山杖的功用，登山杖应该具备如下的物理特性：
1，重量轻且强度大；
我们不希望拎着一个沉重的家伙行走，当然更不希望他在半路折断。
2，刚度较大；
登山杖太软的话反而容易失去平衡，而且变形应该在可控范围之内。
3，能有效的减振；
在下山时产生的冲击非常大(主要是脉冲激励)，有效的减振可以避免手腕部位受伤。而在行走中冲击是来自各个方向的，所以需要分开考虑其影响和对策。
登山杖振动特性分析。
现在的7075等航空铝合金的材质已经让第一和第二条要求不再成为困扰；重要的问题在于如何有效的减振。
我的这根Mckinley的登山杖的Anti-Shock功能实际上是在杖的第二截和第三截之间安装了一个刚度(stiffness)比较大的弹簧(我实测的刚度大约是12,000N/m)，希望籍此获得减振的效果。但是仅仅安装一个弹簧起到的减振效果还不如他对整个登山杖抗弯的贡献大。我在实际使用当中也是这样的感受，在行进中有时候anti-shock会被误关闭，然而我的手腕并没有立刻感到所受冲击的变化，而是过了好一会儿才不经意发觉原来anti-shock关了，可见从用户体验看减振效果实在不敢恭维。
问题在哪儿？大概有两个方面：
1，目前的设计仅仅考虑到了承受了减轻轴向冲击，而没有考虑到径向冲击的影响，在径向上整个杖就是一个完全没有一点阻尼(damping)的悬臂梁(Cantilever)结构，这个方向的振动完全被手腕吸收。
2，系统的径向阻尼也偏小，无法吸收足够的冲击能，使得能量传递到了手腕上。
登山杖结构的改进。
如果想要彻底增强登山杖的性能，唯一的办法是采用更好的结构，目前将目前全铝合金的结构替换为同样强度但是内阻尼更大的复合材料结构(Composite Structure)，或者在铝管内部贴覆阻尼材料。不过这样做的成本会增加更多。
现在的三截设计的初衷应该是可以伸缩杖子的长度，有利于存放和携带。Anti-Shock系统在第二和第三截之间，那么第一和第二截之间也能做做文章。现在这两截之间只是纯粹的锁紧机构，是塑料制的，如果在连接处附加阻尼材料，把整个结合面覆盖起来，这样同时产生了轴向和径向的阻尼，而成本增并不大。当然在这部分再增加一个弹簧也不失为一个好办法。
结语。
上面只是我从振动这个角度来粗浅的分析登山杖的结构，在实际使用中也许振动问题并非用户体验的关键缺陷；如果让我来做整个系统优化的话，我还会考虑手柄的舒适度，腕带的设计，也许这部分更直接也更重要。
ACIS - - HOOPS —— 一套小型的CAD内核系统
[ 2004-11-10 00:41:42 | Author: moneywood ]
204组的许超老板从Dassault的子公司Spatial那里买了一套ACIS/HOOPS系统，今天Spatial派了个工程师到我们系里面来做一个推广的讲座，也算一个预培训。我凑凑热闹，过去看了看。
今天讲了三个东西分别是ACIS，HOOPS和AGM。
ACIS是一个完整的modeling的内核，说白了就是一套用C++写的modeling类库，只要你掌握了这个库就可以完成所有的建模工作(基本上所有3D造型软件的功能他都有)，但是这个库的易用性不够，所以在其上又开发了一些API进一步对底层的acis类库进行封装，而最上层则是现在非常流行的一中类lisp的解释器平台，应用scheme语言作为上层的开发语言，经过这么多步骤的封装，你只需要输入(block(0,0,0),(10,10,10))这个命令就能建立一个立方体，其他相似的简单命令就能完成很复杂的操作，已经相当于AutoCAD里面的命令行模式了。
因为ACIS是从底层开始提供的，不像其他的CAD软件之给你一个封装好的盒子，所以你的开发灵活性非常大；初期你可以用scheme编程，然后你可以过渡到直接API调用，最后你可以直接操作底层的类库，并扩展出你自己的库，这个前景非常诱人。
ACIS除了在开放性上独树一帜，他还有个重要的杀手锏就是所谓Deformable Modeling，这个功能已经超出了普通的建模概念，他实际上是在model的数据节点上再附加一层数据(包括质量，刚度，阻尼等)，并引入了deform算法。当你加载荷时调入算法计算出变形和新模型的状况。 在现场就演示了一个橡皮的东西加了一个手抓的载荷后反应出抓痕的动画，非常逼真。
我们知道你建立一个模型后不能只存为一个数据文件就完了，我们需要把这个模型显示在计算机屏幕上，并实时对他进行操作，这就需要一个图形显示引擎来干这个事儿了。
HOOPS是一个在底层图形驱动基础上开发的显示类库，他不是一个单独的图形显示引擎，而是对OpenGL、DirectX这些图形引擎进行封装和扩展的结果。他的最大优势是对大模型操作和显示的优化以及一种压缩比高，适合网络传输的stream模式。这两者都可以理解为对原有图形引擎的优化，使文件更小，运行更快。当然，灵活的对OpenGL和directX的支持也是其卖点，HOOPS保证自己能同步跟上OpenGL和DirectX的发展步伐并在其上做有益的改进。
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我的有限元学习笔记 (Index)
[ 2004-09-01 17:59:27 | Author: moneywood ]
[04-09-01 update]
对于一个学机械的人讲，有限元方法(Finite Element Method)应该是必须掌握的一项技能。
至于我为什么到了快毕业才去搞这个玩意儿，我觉得说白了就是不见棺材不掉泪吧:P
网上有很多有限元的教程，图书馆里面有限元的书也很多，书店里面ANSYS之类的商业软件包的教学书，也是一排一排的，看得人眼花缭乱。如何挑选一个好的起点很重要，如果你已开始就功利的看ANSYS的教学书，我认为这样获得的只是操作方法，而不是FEM的基础知识，而国内的很多书，都是和在弹性力学基础上的，而现在我们弹性力学的基础有不够，所以我觉得看这些书已开始就让你觉得非常累，坡度太大，起点过高。
网络上有很多可以供下载的有限元教学课件(course ware)，比如清华的曾攀的教程，国外大学的可见更是很多，我最后选择了Prof. Carlos Felippa的Introduction to Finite Element Methods(IFEM)，prof. felippa对于这个课的目标非常明确，让上了课的人能在掌握有限元基本方法的基础上更好的应用FEA商业软件，这个和我的目标是吻合的。
下面是我根据自己的学习进度写的笔记，里面估计漏洞百出，望大虾不吝赐教啊:)
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对于一个学机械的人讲，有限元方法(Finite Element Method)应该是必须掌握的一项技能。
至于我为什么到了快毕业才去搞这个玩意儿，我觉得说白了就是不见棺材不掉泪吧:P
网上有很多有限元的教程，图书馆里面有限元的书也很多，书店里面ANSYS之类的商业软件包的教学书，也是一排一排的，看得人眼花缭乱。如何挑选一个好的起点很重要，如果你已开始就功利的看ANSYS的教学书，我认为这样获得的只是操作方法，而不是FEM的基础知识，而国内的很多书，都是和在弹性力学基础上的，而现在我们弹性力学的基础有不够，所以我觉得看这些书已开始就让你觉得非常累，坡度太大，起点过高。
网络上有很多可以供下载的有限元教学课件(course ware)，比如清华的曾攀的教程，国外大学的可见更是很多，我最后选择了Prof. Carlos Felippa的Introduction to Finite Element Methods(IFEM)，prof. felippa对于这个课的目标非常明确，让上了课的人能在掌握有限元基本方法的基础上更好的应用FEA商业软件，这个和我的目标是吻合的。
下面是我根据自己的学习进度写的笔记，里面估计漏洞百出，望大虾不吝赐教啊:)
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我的有限元学习笔记 (Part 6 - 从大到小：超单元和局部分析)
[ 2004-08-26 18:11:19 | Author: moneywood ]
我的有限元学习笔记 (Part 5 - MFC : 多自由度约束(MultiFreedomConstraints)下的简化计算法)
[ 2004-08-19 01:31:20 | Author: moneywood ]
我的有限元学习笔记 (Part 4 - 进入有限元:术语和概念)
[ 2004-07-27 23:00:23 | Author: moneywood ]
我的有限元学习笔记 (Part 3 - 建立更复杂的模型框架)
[ 2004-07-26 17:45:15 | Author: moneywood ]
