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汽车动力学理论范文1
综述：实际生产中经常经常有用户反映，起重机运行时，会发出有规律的强烈响声，同时又发现车轮尤其是轮沿磨损较快，又检查不出原因，在这里从运动力学的角度分析产出噪音和快速磨损的原因是：车轮有车轮偏斜和滑移引起的。车轮运行70%～80%的过程中，轮缘和轨道在相摩擦，由于轮缘磨损而产生噪音和使车轮报废，车轮轮缘快速磨损也就是车轮快速磨损报废的主要原因之一。据有关统计数字表明本文由收集整理：由于摩擦磨损轮缘一般寿命在1a左右，踏面寿命2～3a，可见轮缘的磨损严重制约着车轮的整体寿命。增加轮缘的寿命，将显著增加车轮的整体使用寿命同时也将减少运行摩擦噪音。
一、理论分析
当车轮轴线与运行方向不垂直时偏斜一个β角，车轮踏面与轨道顶面之间就会因滑动而产生动偏斜摩擦阻力，其方向与滑动的相对速度相反。该摩擦力在运行方向上的分量构成运行的附加阻力，与运行方向垂直的分量构成车轮的侧压力。这种车轮侧压力与其他原因产生的侧压力总和，由轮缘承受。此时，就会出现啃轨现象，导致轮缘磨损和摩擦噪音。图1为偏斜角为β的车轮运行情况。
车轮轴的速度就是起重机的运行速度，车轮接触点相对于起重机的速度zh（圆周速度），它在车轮的圆周方向，与之间的夹角为β。车轮接触点的绝对速度为车轮与轨道间的滑动速度，为前两者矢量和
上式说明，车轮的偏斜角越大，滑动速度越大磨损越严重。
理论上，只要有极微小的偏斜角，就会产生同样大小的侧压力μp。当车轮或轨道的支撑部分刚性不足时，车轮有周期性弹动，发出周期性的强烈响声。当偏斜的车轮运行时，最初并不发生滑动，由于车架与轨道支撑结构的弹性，车轮可向侧方向弹性位移，侧压力随位移大小成正比增加。当增加到时（车轮与轨道间的静摩擦系数，一般大于动摩擦系数）开始滑动，使摩擦力骤然降为μp，小于弹性恢复力，于是车轮弹回，并发出强烈响声。
二、改善措施：
2.1 提高制造精度，提高设备使用维护技术。
在设备制造过程中和服役期间要提高车轮组装和维护精度，特别是在更换车轮时，要调整好车轮水平直线度和垂直度，尽量减小β角，减小侧压力，避免车轮侧向摩擦和滑移；
2.2 结构的改进
在我国的起重机的大车车轮，在轮缘与踏面的过度处倒成圆角。在轨顶也有1个相应的圆角。根据使用经验，我国通常采用图2a所示结构（<）。而近年来，国外产品中将过渡制成了图2b的形状，实际使用检验证明效果比较满意。在生产实际中，由于采用了这种新的结构形式，有效减缓了轮缘的磨损，增加了车轮的使用寿命。
2.3、轮缘的
在国外，使用轮缘以及采用球磨铸铁材料的车轮相当普遍，
转贴于
其目的都是增加车轮和轨道之间的性，由此减低车轮磨损和摩擦噪音，其效果得到了一致认可。由于工作情况的相似性，本文提议轮缘，鉴于起重机工作环境的特殊性，液体并不适用，故采用固体粉末。采用机械结构，可靠性高，成本低，效果明显，并不会引起起重机结构大的改动。引入轮缘后，减缓了轮缘磨耗延长轮轨使用寿命，降低噪声，减少能量损耗，操作安全清洁，而且不会向轨面扩散，不影响起动和制动。
三、对2.2结构改进的有限元分析
在solidworks中，构建1个实体模型。根据实例，轮径取为620mm，设置轮压为550mpa，侧压力为82mpa，通过simulation进行应力分布、应变及疲劳破坏等的分析。
在轮缘与踏面过渡处的网格划分保证有2层1阶的网格单元，以确保实例分析的准确性。加载范围借鉴了德国的《起重运输机械设计基础》中压应力的计算及分布情况，采用分割线，对其进行局部加载分析，从而获得相应的结果。
在实际设计中，采用了较高的安全系数；在疲劳分析中，在受力、材料完全相同的情况下，新旧2种结构的对比并无太大的差异。
在受力、材料完全相同的情况下，应力分布变化不大。采用新的结构形式，最大应力降低了7.2%。各个范围的应力分布相差不多，总体上比原有结构整体上有所降低。
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上世纪二三十年代，德国还缺少大尺寸风洞实验设施，更没有计算机模拟试验技术，但当时的空气动力学却发展迅速。不少国家都在尝试利用空气动力学成果降低汽车的行驶阻力，捷克太托拉77、克菜斯勒“气流”、梅赛德斯一奔驰540K流线跑车都在降阻方面进行了大量探索。严格地说，这些汽车应用的空气动力学理论还比较粗浅，其外形特点主要是拉长车底，在前后端采用收康牧飨咝蜕杓疲但还算不上完美。 为测试高速性能，“施洛尔汽车”甚至还在尾部安装过推进螺旋桨。
早在1936年起，德国哥廷根空气动力学研究所的工程师卡尔・施洛尔（KarlSchlor）就开始研究空气动力学减阻理论，他决定根据自己的研究成果研制一种更能体现德意志工业成就的低阻流线型汽车。施洛尔选择了一辆38马力的梅赛德斯一奔驰170H轿车作为基础平台，根据机翼剖面的设计灵感，他重新设计了汽车的外形，在拉长车体的同时，把车窗玻璃全部设计成弧面，与汽车外形完美融合成一体，显著减少了阻力。宽约7英尺（约2.1米），比第一代悍马略窄，设有3排座椅，可乘7人。德国空气动力研究所的后继者――如今的德国航空研究中心（DLR）研究人员评价说，基本上“施洛尔汽车”就是一副“装在轮子上的机翼”。
测试中，“哥廷根之蛋”跑出了不错的成绩。标准的梅赛德斯一奔驰170H的最高时速为104千米/小时，而这枚蛋使用同样的发动机却跑到了135千米/小时。“哥廷根之蛋”跑完100千米耗油仅8公升，比原来降低了20%-35%。其阻力系数仅为0.15，即便在今天也算出色，只有通用EVl和大众XL1能胜过它。
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一.力学的建立
力学的演变以追溯到久远的年代，而物理学的其它分支，直到近几个世纪才有了较大的发展，究其原因，是人们对客观事物的认识规律所决定的。在日常生活和生产劳动中，首先接触最多的是宏观物体的运动，其中最简单.最基本的运动是物置的变化，这种运动称之为机械运动。由此我们注意到，力学建立的原动力就是源于人们对机械运动的研究，亦即力学的研究对象就是机械运动的客观规律及其应用。了解了这些，可以对力学的主脉络有了一条清晰的线索，就是对于物体运动规律的研究。首先要涉及到物体在空间的位置变化和时间的关系，继而阐述张力之间的关系，然后从运动和力出发，推广并建成完整的力学理论。正是要达到上述目的，我们在研究过程中，就需要不断地引入新的物理概念和方法，此间，由“物”及“理”的思维过程和严密的逻辑揄体系，逐步得以完善和体现。明确了以上观点，可以使我们在学习及复习过程，不会生硬地接受.机械地照搬，而是自然流畅地水到渠成。
让我们走入力学的大门看一看，它的殿堂是怎样的金碧辉煌。静力学研究了物体最简单的状态：简单的状态：静止或匀速直线运动。并且阐述了解决力学问题最基本的方法，如受力情况的分析以及处理方式;力的合成.力的分解和正交分解法。应当认识到，这些方法是贯穿于整个力学的，是我们研究机械运动规律的不可缺少的手段。运动学的主要任务是研究物体的运动，但并不涉及其运动的原因。牛顿运动定律的建立为研究力与运动的关系奠定了雄厚的基础，即动力学。至此，从理论上讲各种运动都可以解决。然而，物体的运动毕竟有复杂的问题出现，诸如碰撞.打击以及变力作用等等，这类问题根本无法求解。力学大厦的建设者们，从新的角度对物体的运动规律做了全面的.深入的讨论，揭示了力与运动之间新的关系。如力对空间的积累-功，力对时间的积累-冲量，进而获得了解决力学问题的另外两个途径-功能关系和动量关系，它们与牛顿运动定律一起，在力学中形成三足鼎立之势。
二.力学概念的引入
前面曾经提到过，力学的研究对象是机械运动的客观规律及其应用。为达此目的，我们需要不断地引入许多概念。以运动学部分为例，体会一下力学概念引入的动机及方法，这对力学的复习无疑是大有裨益的。
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关键词：城市交通系统；系统动力学；供需关系；模拟仿真；交通需求管理
中图分类号：F294
文献标志码：A文章编号：16716248（2017）03003107
Supplydemand analysis model of urban traffic system
based on system dynamics
MA Shuhong1， SUN Chaoxu2
（1. School of Highway， Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China；
2. Zhejiang Jinquli Gas co.， LTD， Hangzhou 310016， Zhejiang， China）
Abstract： Urban transportation system is a multivariable， multifeedback， and nonlinear complex system. There are mutual restrictions between its elements， and it is necessary to scientifically describe the dynamic mechanism of this system. This paper set the boundary of urban traffic system by use of the method of system dynamics， analyzed the causal feedback effect relations between various elements of the internal system， and presented a flow chart of urban transportation system. Based on that， a system dynamics model of urban traffic system was established， and the relationship between supply and demand of urban traffic system was studied to present the main equations of the model. Taking Xian as an example， this paper simulated the model and estimated the development trend of supply and demand. The analysis results show that there are serious imbalances in the proportion of longterm supply and demand. Some proper traffic demand management policies can be adopted to ease the contradiction between demand and supply， such as taking Transit Priority Policy， developing urban public traffic system.
Key words： urban transportation system； system dynamics； relationship between supply and demand； simulation； traffic demand management[GK-2！-2]
城市化和C动化的快速发展给城市交通系统带来了巨大的压力，导致其供需矛盾日益突出，道路拥堵、交通事故、环境污染等问题日益严重。交通系统的供需关系不仅关系到城市的经济活动效率，也会影响到城市居民的日常生活，需要重点关注。目前，对城市交通系统供需关系的研究，主要集中于内涵、评价方法和专门技术等方面，并以平衡分析为主，主要有平衡理论和弹性理论两种方法[1]。平衡理论认为道路交通的供需平衡不仅体现在总量上的平衡，还体现在结构上的耦合；弹性理论针对有附加条件的交通成本与需求量、交通成本与供给量之间的关系进行分析。事实上，对交通系统供给和需求的分析，不仅要单独分析供给与需求两个方面，还要系统考虑两者之间的关系，可以用系统动力学来进行分析。已有成果主要应用系统动力学方法从可持续发展、宏观政策、城市发展、区域经济与交通相互关系、交通运输方式与结构等角度对相关问题进行研究[23]，而在城市交通系统方面，则主要着眼于城市经济与交通的互动协调以及城市综合交通系统内部各种因果关系的研究[4]。基于此，本文拟采用系统动力学的原理与方法，对城市交通系统进行研究，在重点分析供给与需求相互作用关系的基础上，研究产生交通系统外部特性的内在作用机制，从宏观上给出交通问题的产生原因及应对策略，从而更好地实现城市及其交通系统的协调和可持续发展。
一、系统动力学概述
系统动力学（System Dynamics）是一门分析研究信息反馈系统的学科，其认为系统的行为模式与
特性主要取决于其内部的动态结构与反馈机制[5]。相比于传统的系统学科，系统动力学更注重系统的内部机制与结构，强调单元之间的关系与信息反馈，可处理高阶数、多回路和非线性的时变复杂系统与巨系统问题[6]，其解决问题的过程与步骤如图1所示。
城市交通系统是一个复杂的，涉及诸多方面且随时间不断变化的大系统，系统内部各因素之间相互影响和制约，其行为表现出明显的非线性特征。从图1可以看出，基于系统分析―结构分析―建立模型―模拟评估―政策制定的系统动力学分析过程与一般情况下分析和解决交通问题的过程一致，故可以采用系统动力学模型按照图1的基本思路来确定交通系统内部各个要素间的因果反馈关系，从城市交通系统需求与供给两方面入手，分析与它们存在联系的各个要素，建立城市交通系统动力学模型，模拟交通系统供给与需求在系统中的转化过程及相互作用机理，在此基础上对交通系统的发展趋势进行预测和分析。
二、系统动力学模型与交通供需分析
以分析城市交通系统供需关系为建模目的，根据系统动力学解决问题的一般步骤，确定建立的模型包括人口、经济、交通需求和交通供给等要素，通过研究系统各个部分的反馈关系和设定各种变量（方程）来建立模型。
（一）系统的界限
系统的界限（或边界）规定哪些应该划入模型，哪些不应归入模型，它是一个想象的轮廓，把建模目的所考虑的内容圈入，并c其他部分（环境）隔开。对城市交通系统来说，供需矛盾是当前导致城市交通问题的主要原因，而交通需求和交通供应的影响因素众多，其中城市人口、经济发展水平、机动车数量、现状路网情况等对供应和需求的影响明显[7]。以此为基础进行分析后，应用系统动力学方法重点研究城市交通系统的供需关系，并确定模型包含的主要要素有：
（1）GDP。GDP是一个重要的经济指标，它与交通基础设施建设的投资以及机动车出行比例的增长都有直接的关系，而且交通系统的运行情况在某种程度上会影响GDP的增长。
（2）人口。人口的增长会直接导致出行量的增长，使机动车出行量不断增加。
（3）交通需求。造成一系列城市交通问题的主要原因是小汽车出行，因此可用小汽车的出行量来表示交通需求。在需求方面，存在着一定的延迟，即从出行者有意图选择小汽车这种出行方式到最终将其实现之间存在一个时间间隔。所以将需求分为潜在需求和需求两个部分，潜在需求表示出行者选择小汽车出行的意愿，它经过一定的时间就会转化为实际的交通需求。
（4）交通供给。采用道路网长度与平均单车道容量（VKT）的乘积来表示。同样存在着延迟的问题，这是因为道路在建设阶段是无法形成供给能力的，投资的道路建设项目往往需要经过一定时间的建设后才能形成实际的供给能力，因此供给也可分为计划供给和供给两个部分。同时，考虑到城市用地的限制，道路网不可能永无止境的扩张，存在着一个最大值，将其定义为最大供给能力，当供给能力达到这个水平后将不再进行道路的建设。
（二）因果反馈关系分析
从供给与需求两个方面来重点研究城市交通系统内部各个要素的主要反馈关系，分析得到系统内部包含的主要反馈回路如下，其中箭头表示因果关系，正负号表示正效应或负效应。
（1）从需求出发的负反馈回路。GDP+人均GDP+机动车出行比例+潜在需求+需求-供需比例-GDP影响因子-GDP。
这是一个负反馈回路，表示经济的增长会刺激小汽车出行需求的增长，但在需求增长的同时会造成供给方面的不足，使得交通运行的效率降低，反过来会影响经济的持续快速发展。使用“GDP影响因子”来表示交通系统供需求关系对社会经济的这种影响。
（2）从需求出发的正反馈回路。需求+投资比例+交通投资+计划供给+供给+供需比例+转化率+需求。
这是一个正反馈回路，表示交通需求的增长会刺激道路建设投资的增长，人们试图通过交通基础设施建设来满足不断增长的需求，但是随着供给能力的不断提升，反而会加快潜在需求的转化，产生更多的交通需求。使用“投资比例”来表示交通需求增长对投资增长的这种作用。
（3）从供给出发的正反馈回路。经济+交通投资+建设率+计划供给+供给+供需比例+经济。这是一个正反馈回路，表示随着经济的增长，交通基础设施投资也会相应增多，道路网建设速度加快，形成了更加充足的供给能力，最终保证了经济的持续快速发展[8]。
（4）从供给出发的负反馈回路。供给-差值+建设率+计划供给+建成率+供给。这是一个负反馈回路，表示交通的供给能力并不是随着需求的增长而不断增长的，在实际中道路网会受到土地利用等因素的限制，不可能无休止地进行建设。
四、模型应用
以西安市交通系统为例，采用系统动力学软件Vensim PLE来模拟运行建立的城市交通系统动力学模型，基础数据来自西安市统计年鉴和居民出行调查报告。
（一）模型的参数估计
根据西安市历史和现状的相关统计数据和调查数据，通过参数拟合和回归分析，获取和标定GDP增长率、出生率、人均出行次数、平均出行距离等各个参数。迁入率和人均机动车出行比例的函数通过回归分析计算确定，如式（18）（19）所示，其他模型参数见表1。
（二）模型的检验
为了验证模型是否较好地反映系统的特征，选取城市人口和GDP这两个指标，以2000年为起始年，2010年为终止年，运行模型输出预测结果与实际统计数据相比较，并计算两者的相对误差，结果如表2所示。
从表2中相对误差的计算结果可以看出，模型预测得到的人口和GDP数据与实际的统计数据之间的相对误差均在5%以内，认为建立的系统动力学模型是具有高可信度的，可用来模拟预测与相关政策分析。
（三）系统发展趋势预测
根据前文分析，这里重点对西安市城市交通系统的供需关系进行研究。模型设定运行以2000年为起始年，2020年为终止年，仿真步长为1年，模拟运行模型并输出每年的需求、供给与供需比例的仿真结果及其随时间变化趋势的曲线，如表3和图4所示（需求与供给量的单位均为pcu）。
从图4中可以看出，供给会随着需求的增长而增长，但是道路网建设受到各种用地因素限制，其增长率会逐渐减小，在2015年城市道路网建设接近饱和。交通需求量因为人口和经济的增长而继续增长，且它的增长率慢慢变小，这是因为当需求大于供给即供需比例小于1时，就会出现道路拥堵等交通问题，影响人们对小汽车出行方式的选择，导致潜在需求转化率的降低。在不采取任何外部政策干预的情况下，不断增长的需求致使供需比例持续降低，最终导致交通系统的瘫痪，其表现是实际需求无法继续增长，供需比例严重失调。从2009年开始，城市交通供需比例就会随着需求的增长而下降，由于供给能力在2014年接近极值，供需比例会持续下降，到2018年时供需比例已经严重失衡，需求量远远超出路网的供给能力，交通系统将无法正常运行。因此有必要采取一定的政策和措施来抑制需求的增长，以维持交通系统的正常运行。
五、政策分析
从供需关系的预测结果可以看出，西安市城市交通系统将会随着需求量的不断增长而最终瘫痪，因此有必要采取一些外部措施来改善系统的行为，抑制机动车出行需求的增长，使供需关系趋于合理化。根据国内外的经验，单纯地限制机动车出行和保有的办法无法从根本上解决交通问题，应该采取一系列相配套的政策措施，才能到达令人满意的效果[12]。发展公共交通被国内外一致认为是解决城市交通问题的出路，因此在限制机动车出行需求量增长的同时，要加快城市公共交通系统的建设。具体措施有：
（1）限制机动车出行需求的转化。采取如小汽车限购、提高小汽车出行费用、拥堵收费等政策，延长潜在需求的转化时间，降低其向实际需求的转化率，来降低交通需求量。设定限制机动车出行需求转化的政策干预有两种模式：一般限制（模式1）和严格限制（模式2），相应的潜在需求转化时间分别为1.5DT和2DT。
（2）发展城市公共交通系统，吸引出行者使用公共交通方式出行，如采取提高公共交通服务水平、开辟公交专用车道、建设公交枢纽、城市轨道交通系统等措施，同时限制机动车出行，使城市交通系统出行方式的结构合理化，把机动车出行比例控制在一定的范围内。根据西安市居民出行调查结果，考虑到未来一个时期机动车出行需求的增长，设定政策干预模式为控制机动车出行比例的增长上限为30%（模式3）。
在以上两类政策的影响下，通过软件的模拟运行，得到不同政策模式作用后的交通需求预测结果，如图5、图6所示。
从图5可以看出，在外部政策的作用下，交通需求的增长出现了减慢的态势，特别是在不同政策的共同作用下，需求的增长明显放缓，很好地抑制了过快的增长势头，绝大部分的交通需求得到了满足，供需关系基本上保持平衡。但是值得注意的是机动车的出行需求量仍然略大于道路网的供给能力，其主要原因是交通流在时空分布上是不均匀的，高峰时段的需求量所占的比重较大，所以在早晚高峰时段机动车的出行效率会相对低一些。因此，建议进一步发展和完善具有大容量的城市轨道交通系统，以满足高峰时段的出行需求。
六、结语
鉴于城市交通系统的动态性和非线性特征，采用系统动力学的原理与方法，在对城市交通系统供需关系及其影响因素进行研究的基础上，建立了城市交通系统动力学模型；以西安市为实例验证了模型的应用，并探讨了在相关政策作用下交通系统行为的变化趋势。通过建立城市交通系统动力学模型，模拟交通需求与供给如何产生并相互作用，反映交通系统的运行情况，有助于加深对交通系统供需关系的理解。应用模型对城市交通系统进行预测并分析不同政策Τ鞘薪煌ㄏ低彻┬韫叵档挠跋欤可在了解交通系统供需发展情况的基础上，考量各种政策作用及其对系统的影响程度，为决策和
采取相应的管理措施提供参考。
参考文献：
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汽车动力学理论范文5
关键词：二维碰撞模型；能量守恒；恢复系数
在车辆碰撞交通事故鉴定过程中，重要的就是确定不同事故形态下车辆行驶速度。运用力学理论对现场证据认真分析，建立车辆碰撞力学模型，是确定事故车辆速度科学有效的方法。通过对二维碰撞动力学模型的研究，有利于对车辆事故碰撞模型的进一步研究。
1 二维碰撞
在各类交通事故中，车辆碰撞交通事故高达90%[1]，其中多是车速过快导致的，因此计算车辆碰撞前后的车速是处理交通事故的重要环节。多数情况下，碰撞车辆的质心不在同一直线上，车辆碰撞点也不固定，这就要求我们在分析碰撞事故时既要考虑平面运动，又要考虑回转运动，即二维碰撞[2]。
1.1 二维碰撞的基本假设
车辆碰撞是瞬间发生，在极短时间内发生了能量转移，影响因素很多，计算复杂。面对复杂问题要省略次要因素，重点研究主要因素，完成分析。所以在研究二维碰撞时假设以下条件成立[3][4]：
（1）忽略外界其他作用力，只研究碰撞力，并遵守能量守恒定理；
（2）车辆碰撞后的冲量作用在碰撞中心；
（3）车辆的结构和质心在碰撞前后不变。
1.2 二维碰撞计算模型
车1、车2发生二维碰撞，以碰撞中心为原点建立车辆二维碰撞坐标系，如图1所示。
2 结束语
文章引入了弹性恢复系数，建立了车辆二维碰撞模型。通过对二维碰撞的研究，可以有效地计算出碰撞前后的运动参数，对道路交通事故的再现、定责有实际意义。
参考文献
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汽车动力学理论范文6
大气污染是人类无法逃避、日趋严重的环境问题，威胁着亿万民众的健康和生活环境。从分子水平上理解大气二次污染物形成机理是预防、控制和治理大气污染的重要基础。在这方面，基于电子结构计算和动力学模拟的理论研究有其独特的优势。由于机理过程涉及光诱导的超快反应，如何开展多尺度计算模拟，目前还面临诸多挑战。在拟开展的工作中，我们将发展和应用高精度的量子化学计算方法、非绝热的速率和动力学理论；建立适合大气复杂环境的量子力学和分子力学组合的计算模型；研究系列挥发性有机物形成光化学烟雾的分子机理，发现并解决光化学烟雾形成过程中的一些重要的关键基础科学问题，为预防、控制和治理大气光化学污染提供理论依据和有意义的指导。
空气污染已经成为全世界居民生活中一个无法逃避的问题，威胁着亿万民众的健康和生活环境。改革开放30多年来，中国经济的持续高速增长和日益加快的城市化进程，也让空气污染问题变得越来越严重。
空气污染是大气中污染物浓度达到一定有害程度，破坏生态系统和人类正常生活条件，对人和物造成危害的现象。空气污染物的种类繁多，按照产生方式的不同主要分为一次和二次污染物。一次污染物指直接从污染源排放的污染物质，比如煤炭燃烧和工业生产产生的粉尘、灰尘、二氧化硫等，以及机动车排放的氮氧化物、碳氢化合物等。二次污染物指排放到对流层中的一次污染物在大气中发生化学反应或者光化学反应形成的新的、毒性更强的污染物，光化学烟雾就是其中的一种。
光化学烟雾是指对流层中的碳氢化合物、氮氧化物、挥发性有机污染物等，在阳光的作用下发生光化学反应，生成臭氧、过氧乙酰硝酸酯、醛、酮、自由基、有机和无机酸等二次污染物产生的混合污染。光化学烟雾的最早认识来源于著名的“洛杉矶烟雾事件 ”。上世纪40年代，洛杉矶出现大量淡蓝色烟雾，持续多天，诱发了一系列疾病，比如眼睛红肿、流泪等，并造成大量人员死亡。此后，在北美、日本、澳大利亚和欧洲部分地区也先后出现类似光化学烟雾。我国于1972年在兰州西固石油化工区首次发现光化学烟雾。近30年来，随着我国城市交通需求和汽车保留量急剧增多，机动车尾气污染迅速加重，在一些城市出现光化学污染的现象日趋增多，严重威胁了当地居民的健康和生活。另一个方面，光化学烟雾最后生成大量臭氧，会增加大气的氧化性，导致大气中的碳氢化合物、氮氧化物、挥发性有机污染物被氧化并逐渐凝结成颗粒物，从而加大了大气中悬浮微粒颗粒物的浓度，这是造成大气雾霾的源头之一。因为光化学烟雾的危害比一次污染物更加严重，所以如何预防、控制和治理光化学烟雾已经成为一个全球性的严峻的环境问题，特别是对于发展中国家的中国来说。毫无疑问，在提出高效、可行的大气治理措施前，我们必须首先从源头掌握光化学烟雾的形成机制，尤其是二次气态污染物的形成机制，对症下药。
我国的大气污染问题已经十分严峻，有效地改善空气质量需从源头出发，了解空气中存在哪些污染物以及它们之间是如何相互作用产生各种二次污染物及二次气溶胶的。在提出科学可行的控制和治理光化学烟雾污染技术和措施前，必须从分子水平上理解光化学烟雾形成的分子机理。正如芬兰赫尔辛基大学 Kulmala 教授在《自然》杂志中写到的，“改善中国城市和家庭中的空气质量需要对空气污染物之间发生的化学反应有更深刻的理解，需要知道有哪些污染物存在以及它们之间如何相互作用产生二次污染。”
光化学烟雾形成的分子机理研究是一项难度大且十分复杂的课题。尽管随着激光、分子束和时间分辨的超快光谱等现代实验技术的飞速发展，实验学家已能从基元反应的层面上讨论自由基和光化学反应的微观机制，但是，由于实验的种种困难和限制，一些重要的微观反应信息比如过渡态和中间体的电子和几何结构很难通过实验测量，同时实验测量大气条件下的光化学反应以及随压力变化的化学反应速率常数也面临挑战。因此，仅仅依靠外场检测和烟雾腔实验等，很难在分子水平上理解污染物的形成机制以及反应的动力学过程，必须依靠高精度的量子化学和化学反应动力学计算。在这方面，量子化学计算体现出了“价值”。它能够计算过渡态的性质，评判反应通道的可行性，也可直观形象地描述反应过程中涉及的短寿命中间体的详细信息等。
