相似理論及其在機(jī)械工程中的應(yīng)用

劉志鵬

摘 要：理論研究是推動(dòng)科技發(fā)展的基礎(chǔ)。自改革開放以來，國內(nèi)的機(jī)械工程已經(jīng)取得了翻天覆地的變化。就機(jī)械工程的發(fā)展而言，相似理論無疑起到了極為重要的促進(jìn)作用。相似理論也就是充分發(fā)揮理論知識的導(dǎo)向作用，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行建模，同時(shí)參照理論對構(gòu)建出模型的實(shí)際操作步驟加以初步確定，進(jìn)而為機(jī)械工程中不可預(yù)計(jì)因素的處理提供一定的參考。近年來，相似理論已經(jīng)在工程領(lǐng)域中得到了極為廣泛的運(yùn)用，代表著我國機(jī)械工程發(fā)展的重要方向。文章首先對相似理論的實(shí)質(zhì)進(jìn)行了簡要分析，進(jìn)一步對其在機(jī)械工程中的實(shí)際應(yīng)用加以說明，一方面作為作者的學(xué)習(xí)總結(jié)，另一方面也希望能夠?yàn)橄嗨评碚搼?yīng)用范圍的推廣貢獻(xiàn)自己的綿薄之力。

關(guān)鍵詞：相似理論；機(jī)械工程；應(yīng)用

相似理論源自上個(gè)世紀(jì)前期，自問世之初就受到了國內(nèi)外物理學(xué)科研究人員的廣泛關(guān)注。眾做周知，在現(xiàn)實(shí)生活中有很多極為類似的物理現(xiàn)象，他們的作用原理大多相同。由于該類作用本質(zhì)或是現(xiàn)象之間存在著奇妙的聯(lián)系，因此在眾多科學(xué)研究人員的不懈努力下已經(jīng)早在上個(gè)世紀(jì)就形成了獨(dú)立的研究學(xué)科，也就是現(xiàn)在所說的相似理論。顧名思義，相似理論主要是對現(xiàn)實(shí)情況中相似作用的影響元素及其表現(xiàn)出來的物理性質(zhì)進(jìn)行分析。伴隨著國內(nèi)外科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相似理論也逐漸趨于完善。構(gòu)建成了以“相似三原理”為基礎(chǔ)的研究體系，另外我國也發(fā)表了與相似理論相關(guān)的工程理論論文，引起了極大的反響，并且獲得國內(nèi)外相關(guān)研究人員的一致好評，被高度譽(yù)為相似理論的新鮮血液。

1 相似理論的實(shí)質(zhì)與特點(diǎn)

相似理論其實(shí)質(zhì)為對實(shí)際生活中各種類似現(xiàn)象進(jìn)行分析解釋的學(xué)說。也就是對相似現(xiàn)象的共同點(diǎn)加以研究的理論。而該理論在模型構(gòu)建上有著極為重要的作用，可以借助現(xiàn)有計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)以虛擬的形式，根據(jù)模型原型的預(yù)定功能、結(jié)構(gòu)等，以相似理論為指導(dǎo)完成對應(yīng)模型的構(gòu)建。相似理論發(fā)展的基礎(chǔ)為：（1）對自然界作用現(xiàn)象的合理定義；（2）對應(yīng)現(xiàn)象所涵蓋的物理原理符合于某一客觀規(guī)律，不存在偶然性；（3）不能憑借主觀臆斷完成對現(xiàn)象中各個(gè)物理量的測定，它是客觀事實(shí)?，F(xiàn)今，相似理論已經(jīng)不僅僅是對物理問題進(jìn)行探究，還成為了機(jī)械工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，并得到了廣泛的運(yùn)用。伴隨著現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的趨勢，相似理論在今后必定隨之不斷吸納全新技術(shù)與理論概念，進(jìn)而在各個(gè)適用的領(lǐng)域中都可以發(fā)揮出它的重要作用。

相似理論通常是以物理作用現(xiàn)象產(chǎn)生的前提條件為入手點(diǎn)，對每一項(xiàng)條件及其所對應(yīng)的現(xiàn)象進(jìn)行深入探究，同時(shí)借助現(xiàn)有的數(shù)學(xué)算法對其進(jìn)行系統(tǒng)的研究，進(jìn)而以函數(shù)關(guān)系的方式得出相應(yīng)的研究結(jié)果，在進(jìn)行充分驗(yàn)證之后實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。相似理論的研究及其成果較為抽象，由于大多只是通過理論分析和數(shù)學(xué)運(yùn)算的方法來得到結(jié)論，所以所得的結(jié)論大多只能給以研究者一個(gè)理論的研究方向。同時(shí)，由于其研究的物理作用范圍極為廣泛，因此在各個(gè)領(lǐng)域都有著一定的應(yīng)用，不光是在機(jī)械方面，還在別的工業(yè)生產(chǎn)研究中有著極為重要的指導(dǎo)作用。相似理論在應(yīng)用于機(jī)械工程領(lǐng)域時(shí)，能夠有效的為所出現(xiàn)的問題給以一定的指導(dǎo)，在解決各類復(fù)雜工程問題時(shí)，起著切入點(diǎn)的重要作用，在處理實(shí)踐問題上有著極大的應(yīng)用價(jià)值。

2 相似理論在機(jī)械工程中的應(yīng)用

就我國機(jī)械工程的發(fā)展而言，相似理論起到了極為關(guān)鍵的促進(jìn)作用，同時(shí)在各類機(jī)械研發(fā)、修理中也起到重要的指導(dǎo)作用。相似理論，又被稱之為相似工程學(xué)，以一個(gè)獨(dú)立學(xué)科來表示這一理論就充分說明其對于工程研究的重要作用。而就相似理論在機(jī)械工程的實(shí)踐應(yīng)用而言，涵蓋了工程系統(tǒng)相似設(shè)計(jì)、成組技術(shù)、相似模擬制造、相似仿真以及機(jī)械相似模擬設(shè)計(jì)等等。其中現(xiàn)今最受矚目的就是成組技術(shù)，它的實(shí)質(zhì)也就是借助實(shí)物之間的相似性質(zhì)，根據(jù)原來所存在的一定規(guī)則分門別類，對相同作用性質(zhì)采用統(tǒng)一模式進(jìn)行研究的方式。目前，依托于國內(nèi)電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)和自動(dòng)控制工程等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了有效結(jié)合，已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了信息化生產(chǎn)。而就工程領(lǐng)域而言，在設(shè)計(jì)以及制造的各個(gè)環(huán)節(jié)中也得到了極為廣泛的應(yīng)用。而相似模擬技術(shù)則是借助對仿真電路中電流以及電勢差等相關(guān)物理參數(shù)的合理控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算的目的。但是，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過程中過于依賴研究人員的經(jīng)驗(yàn)，很難對系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果加以及時(shí)控制。而借助現(xiàn)有的數(shù)字化技術(shù)，能夠有效地改善這一缺點(diǎn)。

在機(jī)械工程零件設(shè)計(jì)的過程之中，相似理論也有著極為廣泛的應(yīng)用。首先，在對機(jī)械零件繼續(xù)設(shè)計(jì)的過程中，可以預(yù)先對其需要實(shí)現(xiàn)的工程進(jìn)行預(yù)估，借助相似理論對能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的現(xiàn)有零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，初步模擬出零件的構(gòu)造。進(jìn)而通過仿真模擬整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，對不合理的結(jié)構(gòu)加以適當(dāng)?shù)男拚?，并再次進(jìn)行仿真。依托于相似理論，在多次仿真之后就可以在實(shí)踐中對零件的性能、結(jié)構(gòu)以及完成預(yù)定功能的能力進(jìn)行測試，并合理結(jié)合相似三準(zhǔn)則的內(nèi)容，不合理的地方加以修正，進(jìn)而保證整個(gè)系統(tǒng)能夠安全、高效的投入到運(yùn)營環(huán)節(jié)中。

相似理論在機(jī)械工程中最為重要的作用在于研究方向指導(dǎo)、機(jī)械問題研究切入點(diǎn)以及對系統(tǒng)整合分析等。在實(shí)際的機(jī)械工程中，借助相似理論可以對機(jī)械整體的運(yùn)轉(zhuǎn)方式加以詳細(xì)分析，并合理結(jié)合相似的相關(guān)機(jī)械對其運(yùn)行特點(diǎn)以及預(yù)定功能進(jìn)行合理劃分，并借助相似性對其進(jìn)行模擬。其基本步驟與零件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)類似。但是由于在對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行相似性分析時(shí)，所涉及的數(shù)據(jù)量以及各類專業(yè)理論與實(shí)踐知識過于龐大，一旦出現(xiàn)失誤將會造成極大的人力物力資源浪費(fèi)。因此，在進(jìn)行模型仿真的時(shí)候，可以對其適當(dāng)?shù)暮喕?，先對模型的整體框架進(jìn)行構(gòu)建。進(jìn)而按照預(yù)定的功能，填充能夠完成相似功能的各個(gè)組件，并且及時(shí)的對模型整體運(yùn)作參數(shù)進(jìn)行記錄分析，對不合理的地方加以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)模型的構(gòu)建。于此之后，則可以在實(shí)踐測試之后投產(chǎn)使用。

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