模擬技術

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模擬技術(simulation technique)

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什麼是模擬技術

  模擬技術是指利用相似原理,建立研究對象的模型(如形象模型、描述模型、數學模型),並通過模型間接地研究原型規律性的實驗方法。它廣泛應用於武器系統設計、製造、鑒定、診斷、訓練以及軍事學習、作戰管理等方面,並推廣到國民經濟的各個領域。

模擬技術的構成[1]

  模擬技術如同一切技術學科一樣,材料成形學科的發展逐步由“定性”走向“定量”,由“經驗”走向‘‘科學”,在這一轉變過程中應用基礎研究起著關鍵性的作用。特別值得一提的是,利用電腦進行的模擬技術的發展,使材料成形學科由過去那種依賴於“試驗”和“經驗”的狀態,開始進入“定量分析”階段。

  模擬技術包括數值模擬、物理模擬和專家系統。

數值模擬

  所謂數值模擬,是指用一組代數或微分方程(或稱為控制方程)米描述一個過程的基本參數的變化關係,利用數值方法求解以獲得該過程定量的結果。與傳統的解析或經驗方法相比,其優點是:

  ①能提供整個計算領域內所有有關變數完整詳盡的數據;

  ②它不僅能預測出某特定工藝所能得到的最終結果,而且能模擬並顯示出工藝過程中的變化情況,使人們對工藝過程變化規律有深入瞭解;

  ③配合某些必要的物理模型實驗驗證,能方便地在電腦上進行工藝方法和工藝參數的優化選擇,因而可避免直接採用實物原型的試驗,從而大大地縮短試製周期或減少費用;

  ④在測量方法有困難的情況下,如凝固過程中的流速、含量無法測量時,這是目前唯一的方法。

物理模擬

  物理模擬是指採用縮小或放大的比例,或簡化的條件,或替代材料的試驗模型來代替對原型的研究。物理模擬能保證模型與原型在物理本質上的一致性。如鋼在高溫(鍛造溫度)下有類似鉛在室溫條件下的變形再結晶過程,因此常用鉛來模擬研究鋼在高溫下變形規律。模型實驗較用產品試驗周期短、費用低,便於定量測量和進行機理研究。

專家系統(ES)

  專家系統是一種電腦軟體。它把有關領域的專家知識表示成電腦能夠利用的形式。它包括知識庫、推理機構及人機介面三個核心部分。由於它可以彙集許多專家的知識和經驗,以及科學規律和數據,因而它可以避免個別專家依靠經驗解決問題的片面性,實現準確、迅速地解決實際生產問題,進行廢品分析與改進,生產狀況與產品的預測和規劃,生產工藝過程的優化與設計,生產過程的自動控制與監測等任務。

  數值模擬和物理模擬各有特長和局限性,只有將兩者有機結合起來才能得到完善的結果。數值模擬的普遍性和可靠性基於所有控制方程的合理性。材料成形工藝由於工藝因素的錯綜複雜,目前尚缺乏全面描述其過程的理論關係式。因此必須依賴物理模擬獲得對過程的主要影響因素和缺陷形成機理的認識以建立合理的數學模型。而物理模擬的準確性和普遍性對複雜材料成形加工工藝也是很難實現的,物理模擬結果一般不能利用外推的方法。因此,只有將兩者有機結合起來,再加上專家系統才能獲得較為符合實際的結果。

參考文獻

  1. 宋昭祥主編.高等學校現代工程素質訓練系列教材 現代製造工程技術實踐.機械工業出版社,2004年09月第1版.
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