相似理論在機(jī)械工程中的應(yīng)用探討

李勁松

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)的機(jī)械工程發(fā)展的進(jìn)程也在不斷增速中，其中，相似理論的促進(jìn)作用占了極為重要的一部分。在相似理論中，它就很好的發(fā)揮了理論知識(shí)的指導(dǎo)作用，并用這個(gè)作為模型構(gòu)建的根本，在這一上面，制定了相應(yīng)的實(shí)踐順序。通過(guò)對(duì)這一學(xué)說(shuō)的討論，對(duì)推進(jìn)科學(xué)發(fā)展具有重要的意義和積極的作用。正文將簡(jiǎn)要討論這一學(xué)說(shuō)以及它在機(jī)械工程中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：相似理論；機(jī)械工程；應(yīng)用探討

引言

相似理論，它的起源可以追溯到20世紀(jì)，自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，它一直受到國(guó)內(nèi)外物理學(xué)家的廣泛關(guān)注。其實(shí)在實(shí)際生活中，也有許多極其類似的物理現(xiàn)象，它們的原理大都一樣。顧名思義，相似性理論是對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)的元素的研究，它們具有相似的效果和它們表現(xiàn)出的物理特性也及其相似。并且隨著世界科技水平的飛速發(fā)展，這一理論也在不斷的被完善中。

1相似理論概述

現(xiàn)階段，相似理論不再僅僅應(yīng)用于探究物理問(wèn)題的領(lǐng)域當(dāng)中，在實(shí)際進(jìn)行機(jī)械工程設(shè)計(jì)時(shí)，也需要以相似理論作為根據(jù)。在科學(xué)技術(shù)以日新月異的速度不斷發(fā)展的背景下，各種全新的理念以及技術(shù)將同相似理論產(chǎn)生融合，因此相似理論的影響力也將逐步擴(kuò)大。物理作用現(xiàn)象形成的前提是相似理論應(yīng)用以及研究的切入點(diǎn)，通過(guò)深入探究與物理現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)的條件，在此基礎(chǔ)上利用數(shù)學(xué)算法提升相關(guān)研究的系統(tǒng)性，最后所形成的研究結(jié)果將會(huì)以函數(shù)關(guān)系體現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)反復(fù)驗(yàn)證以后采能夠進(jìn)行應(yīng)用于推廣。通常情況下，應(yīng)用相似理論展開研究的過(guò)程中，要想獲得相應(yīng)的結(jié)論與方法，必須對(duì)數(shù)學(xué)運(yùn)算以及理論分析等進(jìn)行綜合應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上所形成的結(jié)論，通常能夠?yàn)楣ぷ魅藛T進(jìn)一步展開研究提供一個(gè)理論方向。并且，應(yīng)用相似理論可以進(jìn)行廣泛的物理作用研究，因此相似理論不僅可以在機(jī)械工程領(lǐng)域發(fā)揮重要價(jià)值，同時(shí)還能夠在工業(yè)生產(chǎn)研究領(lǐng)域發(fā)揮重要指導(dǎo)作用。從機(jī)械工程的角度來(lái)看，相似理論可以為解決相應(yīng)問(wèn)題提供指導(dǎo)，能夠提供切入點(diǎn)從而更快的處理復(fù)雜性較強(qiáng)的工程問(wèn)題，對(duì)于各項(xiàng)實(shí)踐活動(dòng)具有重要指導(dǎo)作用。

2相似理論的實(shí)質(zhì)與特點(diǎn)

這一理論的本質(zhì)是分析和解釋現(xiàn)實(shí)生活中類似現(xiàn)象的學(xué)說(shuō)，即研究類似現(xiàn)象的相似性。而這個(gè)理論在模型的構(gòu)建上扮演著很重要的角色，可以用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的虛擬形式去幫助它完成，根據(jù)模型的原有型式的預(yù)定功能和結(jié)構(gòu)等，以這一理論為借鑒完成相應(yīng)模型的搭建工作。類似理論增長(zhǎng)的基本原理是：第一是對(duì)自然世界作用的理性的界定，第二是相應(yīng)現(xiàn)象中包含的物理原則與客觀規(guī)律一致，沒(méi)有意外事件的出現(xiàn)，第三是不可能依靠主觀判斷作為評(píng)估現(xiàn)象中各種物理量的標(biāo)準(zhǔn)，它是客觀存在的事實(shí)。今天，這一理論不僅對(duì)探索物理問(wèn)題有意義，而且甚至作為機(jī)械工程的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，并得到了廣泛的應(yīng)用。隨著如今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快，相似理論將在未來(lái)隨著科學(xué)的發(fā)展持續(xù)吸收更新的技術(shù)和思想理論，進(jìn)而在很多適合的范圍內(nèi)都可以發(fā)揮出它的重要影響。

3相似理論在機(jī)械工程中的應(yīng)用

3.1相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用

機(jī)械工程中的相似理論，也被稱作為類似工程，是針對(duì)這一學(xué)說(shuō)的更深的探索和思考。一種新的發(fā)現(xiàn)學(xué)說(shuō)，不僅僅只是指詞語(yǔ)表面上可以很明顯、很容易看得到的意義，更是經(jīng)常關(guān)系到其他相關(guān)方面，它不僅僅指探索自然界類似性的科學(xué)研究項(xiàng)目，還關(guān)系到社會(huì)活動(dòng)等多個(gè)方面。例如：首先，摸索地球生態(tài)系統(tǒng)中存在的類似的規(guī)律，創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的平衡，創(chuàng)建生態(tài)城市，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)。然后，探索類似的管理項(xiàng)目，類似的生產(chǎn)項(xiàng)目和類似的設(shè)計(jì)項(xiàng)目。第三是開展對(duì)類似項(xiàng)目的相關(guān)機(jī)械建設(shè)，電器研究，電子產(chǎn)品，機(jī)器人建設(shè)及對(duì)有關(guān)人工智能的產(chǎn)品研究。第四，對(duì)不同的國(guó)家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)模式的分析，以及對(duì)社會(huì)系統(tǒng)內(nèi)部相似性的分析，這對(duì)推進(jìn)國(guó)家和地區(qū)之間的科技交流產(chǎn)生了積極影響。

3.2在工程技術(shù)中的應(yīng)用

該理論廣泛應(yīng)用于工程技術(shù)，比如，人機(jī)系統(tǒng)，工程系統(tǒng)的類似設(shè)計(jì)類似的設(shè)計(jì)，類似的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，類似的人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分組技術(shù)和類似的模擬制造。其中，類似模型應(yīng)用在系統(tǒng)仿真上，類似仿真，類似設(shè)計(jì)和類似分析，最后仿真模型和仿真模型形成類似系統(tǒng)，從而獲得被模仿的系統(tǒng)參數(shù)信息。因此，在工程系統(tǒng)中進(jìn)行相似性分析非常重要。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，該學(xué)說(shuō)在工程技術(shù)中的具體應(yīng)用是：基于類似系統(tǒng)的構(gòu)造，將存在這種性質(zhì)的機(jī)械部件和產(chǎn)品。使用類似的流程、設(shè)備和方法生產(chǎn)類似的部件來(lái)進(jìn)行類似的管理。

3.3在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

3.3.1系統(tǒng)分析

該系統(tǒng)是由兩個(gè)或多個(gè)因素組成，具有統(tǒng)一的行為和整體功能。由多個(gè)組件構(gòu)成并且可以執(zhí)行指定操作，并具有已定義功能的計(jì)算機(jī)是一個(gè)系統(tǒng)，通常一部機(jī)器有幾個(gè)可以相互結(jié)合的機(jī)構(gòu)構(gòu)成，其中包括傳動(dòng)系統(tǒng)。因此，機(jī)械系統(tǒng)的相似性，是機(jī)器和機(jī)器之間的相似性，并且不同的結(jié)構(gòu)單元組合形成機(jī)械系統(tǒng)，例如工作單元，傳動(dòng)單元等。每個(gè)單獨(dú)的單元可以是相似的級(jí)別，并且不同的單元和級(jí)別可以形成不同的子類似系統(tǒng)。如果驅(qū)動(dòng)器是齒輪傳動(dòng)的，那么在此系統(tǒng)的類似的設(shè)計(jì)中，那么就可以將驅(qū)動(dòng)器視為系統(tǒng)的類似結(jié)構(gòu)中的子系統(tǒng)。對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的分析，是分析系統(tǒng)和它組件之間的相似性，然后把它應(yīng)用到新的設(shè)計(jì)中去。

3.3.2簡(jiǎn)化模型

簡(jiǎn)化模型的參數(shù)的選擇是麻煩的，大都時(shí)候增加參數(shù)是不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生什么影響的，但是一旦減少參數(shù)的話，就會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，對(duì)所選參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)影響的分析時(shí)，就關(guān)系到了數(shù)據(jù)的推理。組件的參數(shù)數(shù)據(jù)，組件之間的參數(shù)的相似系數(shù)，相似參數(shù)的比例系數(shù)和類似參數(shù)的數(shù)量用作參考。獲得類似的參數(shù)值，并且通過(guò)類似的度量和類似的參數(shù)值來(lái)選擇類似的參數(shù)來(lái)幫助簡(jiǎn)化模型。

3.3.3模型的搭建與實(shí)驗(yàn)

關(guān)于簡(jiǎn)化模型的實(shí)驗(yàn)，可分為虛擬模擬和實(shí)體模擬。20世紀(jì)早期最重要的研究工具是模型測(cè)試，接著因?yàn)楦鞣N軟件，比如CAE/CAM/CAD軟件的出現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，這讓動(dòng)態(tài)仿真成為了重要的科研方式。對(duì)于未來(lái)的機(jī)械設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)仿真與模型試驗(yàn)的聯(lián)合將成為新的科研方法之一。虛擬模型構(gòu)建時(shí)，應(yīng)盡量保存主要參數(shù)，以有效減少對(duì)系統(tǒng)沒(méi)有影響的無(wú)用數(shù)據(jù)，并追求更高水平的模擬效果。

3.4相似理論在機(jī)械零件繼續(xù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在這一過(guò)程中，首先應(yīng)預(yù)估需要實(shí)現(xiàn)的工程，這種明確相關(guān)功能的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)有零件結(jié)構(gòu)應(yīng)用相似理論進(jìn)行深入分析，在此基礎(chǔ)上可以對(duì)零件構(gòu)造展開初步模擬。接下來(lái)需要對(duì)機(jī)械系統(tǒng)整體的運(yùn)轉(zhuǎn)情況展開仿真模擬，及時(shí)修正結(jié)構(gòu)內(nèi)部不合理的部分，并在此基礎(chǔ)上再一次實(shí)施仿真。在相似理論的基礎(chǔ)上實(shí)施反復(fù)仿真模擬，可以在實(shí)踐中全面測(cè)試零件的預(yù)訂功能完成能力、結(jié)構(gòu)以及性能，并及時(shí)修正不合理的部分，從整體上構(gòu)建高效性、安全性良好的系統(tǒng)。

3.5相似理論在機(jī)械工程系統(tǒng)整合分析和機(jī)械問(wèn)題研究中的應(yīng)用

相似理論在機(jī)械工程中，可以詳細(xì)分析機(jī)械整體的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，在劃分其預(yù)定功能以及運(yùn)行特點(diǎn)時(shí)，可以從相關(guān)機(jī)械的角度出發(fā)，通過(guò)不同機(jī)械之間的相似性來(lái)展開模擬，這一過(guò)程同零件設(shè)計(jì)具有相似之處。然而，在實(shí)際展開相似性分析的過(guò)程中需要從整個(gè)系統(tǒng)出發(fā)，因此會(huì)涉及到海量的實(shí)踐知識(shí)和專業(yè)理論數(shù)據(jù)等，因此一旦發(fā)生失誤會(huì)造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。在這種情況下，相似理論的功能突顯出來(lái)，實(shí)際展開模擬仿真時(shí)，相似理論通過(guò)構(gòu)建模型整體框架，可以對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，在預(yù)定功能基礎(chǔ)上，對(duì)可以實(shí)現(xiàn)相似功能的有關(guān)組件進(jìn)行填充，并及時(shí)記錄與分析模型整體運(yùn)作參數(shù)，適當(dāng)調(diào)整不合理地方，最后構(gòu)建整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)模型，在通過(guò)充分的實(shí)踐測(cè)試以后才可以正式投入到生產(chǎn)使用當(dāng)中。

3.6相似理論在機(jī)械工程各技術(shù)研究中的廣泛應(yīng)用

現(xiàn)階段我國(guó)的機(jī)械工程發(fā)展過(guò)程中，在研發(fā)不同種類機(jī)械、修理機(jī)械等方面相似理論都發(fā)揮了重要的指導(dǎo)作用。從整體上來(lái)看，機(jī)械工程中的相似模擬制造、成組技術(shù)、工程系統(tǒng)相似設(shè)計(jì)、機(jī)械相似模擬設(shè)計(jì)和相似仿真等環(huán)節(jié)，相似理論都不同程度的發(fā)揮了指導(dǎo)意義。

例如，成組技術(shù)是現(xiàn)階段機(jī)械工程領(lǐng)域最受關(guān)注的技術(shù)之一，該技術(shù)需要利用利用不同事物之間的相似性質(zhì)，以已經(jīng)存在的規(guī)則為基礎(chǔ)，應(yīng)用同一個(gè)模式對(duì)兩事物的相同作用性質(zhì)展開研究。目前，不斷發(fā)展的電子信息技術(shù)為成組技術(shù)同自動(dòng)控制工程等重要技術(shù)的融合奠定了良好基礎(chǔ)，這也是我國(guó)完成信息化生產(chǎn)建設(shè)目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。與此同時(shí)，成組技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于制造、設(shè)計(jì)等工程領(lǐng)域。在合理控制電勢(shì)差、仿真電路中電流等的物理參數(shù)基礎(chǔ)上達(dá)到邏輯運(yùn)算目標(biāo)的技術(shù)就是相似模擬技術(shù)。在對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，對(duì)研究人員的專業(yè)能力、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等要求較高，因此通常無(wú)法及時(shí)有效的控制系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果。為了彌補(bǔ)這一缺陷，可以對(duì)現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行充分的應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，作為一門獨(dú)立學(xué)科，相似理論現(xiàn)階段呈現(xiàn)出相對(duì)廣闊的發(fā)展空間，近年來(lái)我國(guó)機(jī)械工程領(lǐng)域的快速發(fā)展離不開相似理論的有效應(yīng)用。相似理論作為一項(xiàng)獨(dú)立的學(xué)科，它的實(shí)施和成長(zhǎng)還有很大的進(jìn)步和完善的地步，而它與具體的事物相做的聯(lián)合還需被進(jìn)一步的探究。由于這個(gè)概念是抽象的，因此理解它也很重要。因此，有關(guān)領(lǐng)域研究以及技術(shù)人員在展開日常工作的過(guò)程中，必須對(duì)相似理論的內(nèi)涵產(chǎn)生深刻認(rèn)知，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際充分利用相似理論展開計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)以及實(shí)體模型試驗(yàn)，通過(guò)探究數(shù)據(jù)、模型之間的“相似程度”，分析相似參數(shù)的取舍方法等，努力在機(jī)械工程試驗(yàn)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造以及管理等各個(gè)環(huán)節(jié)中將相似理論的指導(dǎo)作用更加充分的發(fā)揮出來(lái)。這將會(huì)在經(jīng)濟(jì)效率的提升方面會(huì)發(fā)揮到很重要的作用與影響。

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