相似理論在機(jī)械工程中的應(yīng)用探討

摘 要：伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，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；科學(xué)發(fā)展

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.005

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(lèi)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(lèi)似現(xiàn)象的學(xué)說(shuō)，即研究類(lèi)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(lèi)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。

2 相似理論在機(jī)械工程中的運(yùn)用

（1）相關(guān)領(lǐng)域中的運(yùn)用。機(jī)械工程中的相似理論，也被稱(chēng)作為類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)似的管理項(xiàng)目，類(lèi)似的生產(chǎn)項(xiàng)目和類(lèi)似的設(shè)計(jì)項(xiàng)目。第三是開(kāi)展對(duì)類(lèi)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。

（2）在工程技術(shù)中的運(yùn)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(lèi)似設(shè)計(jì)類(lèi)似的設(shè)計(jì)，類(lèi)似的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，類(lèi)似的人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分組技術(shù)和類(lèi)似的模擬制造。其中，類(lèi)似模型應(yīng)用在系統(tǒng)仿真上，類(lèi)似仿真，類(lèi)似設(shè)計(jì)和類(lèi)似分析，最后仿真模型和仿真模型形成類(lèi)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(lèi)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(lèi)似的流程、設(shè)備和方法生產(chǎn)類(lèi)似的部件來(lái)進(jìn)行類(lèi)似的管理。

（3）在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。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(lèi)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(lèi)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(lèi)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。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(lèi)似參數(shù)的數(shù)量用作參考。獲得類(lèi)似的參數(shù)值，并且通過(guò)類(lèi)似的度量和類(lèi)似的參數(shù)值來(lái)選擇類(lèi)似的參數(shù)來(lái)幫助簡(jiǎn)化模型。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 總結(jié)

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。有必要將計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用相似理論相聯(lián)合起來(lái)，以改進(jìn)這一項(xiàng)工作，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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作者簡(jiǎn)介：劉磊（1975-），男，山東萊州人，大專(zhuān)，技術(shù)員，研究方向：機(jī)械。