模拟技术

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模拟技术(simulation technique)

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什么是模拟技术

  模拟技术是指利用相似原理,建立研究对象的模型(如形象模型、描述模型、数学模型),并通过模型间接地研究原型规律性的实验方法。它广泛应用于武器系统设计、制造、鉴定、诊断、训练以及军事学习、作战管理等方面,并推广到国民经济的各个领域。

模拟技术的构成[1]

  模拟技术如同一切技术学科一样,材料成形学科的发展逐步由“定性”走向“定量”,由“经验”走向‘‘科学”,在这一转变过程中应用基础研究起着关键性的作用。特别值得一提的是,利用计算机进行的模拟技术的发展,使材料成形学科由过去那种依赖于“试验”和“经验”的状态,开始进入“定量分析”阶段。

  模拟技术包括数值模拟、物理模拟和专家系统。

数值模拟

  所谓数值模拟,是指用一组代数或微分方程(或称为控制方程)米描述一个过程的基本参数的变化关系,利用数值方法求解以获得该过程定量的结果。与传统的解析或经验方法相比,其优点是:

  ①能提供整个计算领域内所有有关变量完整详尽的数据;

  ②它不仅能预测出某特定工艺所能得到的最终结果,而且能模拟并显示出工艺过程中的变化情况,使人们对工艺过程变化规律有深入了解;

  ③配合某些必要的物理模型实验验证,能方便地在计算机上进行工艺方法和工艺参数的优化选择,因而可避免直接采用实物原型的试验,从而大大地缩短试制周期或减少费用;

  ④在测量方法有困难的情况下,如凝固过程中的流速、含量无法测量时,这是目前唯一的方法。

物理模拟

  物理模拟是指采用缩小或放大的比例,或简化的条件,或替代材料的试验模型来代替对原型的研究。物理模拟能保证模型与原型在物理本质上的一致性。如钢在高温(锻造温度)下有类似铅在室温条件下的变形再结晶过程,因此常用铅来模拟研究钢在高温下变形规律。模型实验较用产品试验周期短、费用低,便于定量测量和进行机理研究。

专家系统(ES)

  专家系统是一种计算机软件。它把有关领域的专家知识表示成计算机能够利用的形式。它包括知识库、推理机构及人机接口三个核心部分。由于它可以汇集许多专家的知识和经验,以及科学规律和数据,因而它可以避免个别专家依靠经验解决问题的片面性,实现准确、迅速地解决实际生产问题,进行废品分析与改进,生产状况与产品的预测和规划,生产工艺过程的优化与设计,生产过程的自动控制与监测等任务。

  数值模拟和物理模拟各有特长和局限性,只有将两者有机结合起来才能得到完善的结果。数值模拟的普遍性和可靠性基于所有控制方程的合理性。材料成形工艺由于工艺因素的错综复杂,目前尚缺乏全面描述其过程的理论关系式。因此必须依赖物理模拟获得对过程的主要影响因素和缺陷形成机理的认识以建立合理的数学模型。而物理模拟的准确性和普遍性对复杂材料成形加工工艺也是很难实现的,物理模拟结果一般不能利用外推的方法。因此,只有将两者有机结合起来,再加上专家系统才能获得较为符合实际的结果。

参考文献

  1. 宋昭祥主编.高等学校现代工程素质训练系列教材 现代制造工程技术实践.机械工业出版社,2004年09月第1版.
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