相似理論及其在機械工程中的應用

劉志鵬

摘 要：理論研究是推動科技發(fā)展的基礎。自改革開放以來，國內(nèi)的機械工程已經(jīng)取得了翻天覆地的變化。就機械工程的發(fā)展而言，相似理論無疑起到了極為重要的促進作用。相似理論也就是充分發(fā)揮理論知識的導向作用，并以此為基礎進行建模，同時參照理論對構建出模型的實際操作步驟加以初步確定，進而為機械工程中不可預計因素的處理提供一定的參考。近年來，相似理論已經(jīng)在工程領域中得到了極為廣泛的運用，代表著我國機械工程發(fā)展的重要方向。文章首先對相似理論的實質(zhì)進行了簡要分析，進一步對其在機械工程中的實際應用加以說明，一方面作為作者的學習總結，另一方面也希望能夠為相似理論應用范圍的推廣貢獻自己的綿薄之力。

關鍵詞：相似理論；機械工程；應用

相似理論源自上個世紀前期，自問世之初就受到了國內(nèi)外物理學科研究人員的廣泛關注。眾做周知，在現(xiàn)實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，因此在眾多科學研究人員的不懈努力下已經(jīng)早在上個世紀就形成了獨立的研究學科，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)進行分析。伴隨著國內(nèi)外科學技術的不斷發(fā)展，相似理論也逐漸趨于完善。構建成了以“相似三原理”為基礎的研究體系，另外我國也發(fā)表了與相似理論相關的工程理論論文，引起了極大的反響，并且獲得國內(nèi)外相關研究人員的一致好評，被高度譽為相似理論的新鮮血液。

1 相似理論的實質(zhì)與特點

相似理論其實質(zhì)為對實際生活中各種類似現(xiàn)象進行分析解釋的學說。也就是對相似現(xiàn)象的共同點加以研究的理論。而該理論在模型構建上有著極為重要的作用，可以借助現(xiàn)有計算機模擬技術以虛擬的形式，根據(jù)模型原型的預定功能、結構等，以相似理論為指導完成對應模型的構建。相似理論發(fā)展的基礎為：（1）對自然界作用現(xiàn)象的合理定義；（2）對應現(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)象中各個物理量的測定，它是客觀事實。現(xiàn)今，相似理論已經(jīng)不僅僅是對物理問題進行探究，還成為了機械工程設計的基礎，并得到了廣泛的運用。伴隨著現(xiàn)今科學技術高速發(fā)展的趨勢，相似理論在今后必定隨之不斷吸納全新技術與理論概念，進而在各個適用的領域中都可以發(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，對每一項條件及其所對應的現(xiàn)象進行深入探究，同時借助現(xiàn)有的數(shù)學算法對其進行系統(tǒng)的研究，進而以函數(shù)關系的方式得出相應的研究結果，在進行充分驗證之后實現(xiàn)推廣應用。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)學運算的方法來得到結論，所以所得的結論大多只能給以研究者一個理論的研究方向。同時，由于其研究的物理作用范圍極為廣泛，因此在各個領域都有著一定的應用，不光是在機械方面，還在別的工業(yè)生產(chǎn)研究中有著極為重要的指導作用。相似理論在應用于機械工程領域時，能夠有效的為所出現(xiàn)的問題給以一定的指導，在解決各類復雜工程問題時，起著切入點的重要作用，在處理實踐問題上有著極大的應用價值。

2 相似理論在機械工程中的應用

就我國機械工程的發(fā)展而言，相似理論起到了極為關鍵的促進作用，同時在各類機械研發(fā)、修理中也起到重要的指導作用。相似理論，又被稱之為相似工程學，以一個獨立學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。而就相似理論在機械工程的實踐應用而言，涵蓋了工程系統(tǒng)相似設計、成組技術、相似模擬制造、相似仿真以及機械相似模擬設計等等。其中現(xiàn)今最受矚目的就是成組技術，它的實質(zhì)也就是借助實物之間的相似性質(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)一模式進行研究的方式。目前，依托于國內(nèi)電子信息技術的不斷發(fā)展，該技術已經(jīng)和自動控制工程等相關技術進行了有效結合，已經(jīng)初步實現(xiàn)了信息化生產(chǎn)。而就工程領域而言，在設計以及制造的各個環(huán)節(jié)中也得到了極為廣泛的應用。而相似模擬技術則是借助對仿真電路中電流以及電勢差等相關物理參數(shù)的合理控制，進而實現(xiàn)邏輯運算的目的。但是，該技術在實際應用的過程中過于依賴研究人員的經(jīng)驗，很難對系統(tǒng)運行的結果加以及時控制。而借助現(xiàn)有的數(shù)字化技術，能夠有效地改善這一缺點。

在機械工程零件設計的過程之中，相似理論也有著極為廣泛的應用。首先，在對機械零件繼續(xù)設計的過程中，可以預先對其需要實現(xiàn)的工程進行預估，借助相似理論對能夠實現(xiàn)該功能的現(xiàn)有零件結構進行分析，初步模擬出零件的構造。進而通過仿真模擬整個機械系統(tǒng)的運轉情況，對不合理的結構加以適當?shù)男拚⒃俅芜M行仿真。依托于相似理論，在多次仿真之后就可以在實踐中對零件的性能、結構以及完成預定功能的能力進行測試，并合理結合相似三準則的內(nèi)容，不合理的地方加以修正，進而保證整個系統(tǒng)能夠安全、高效的投入到運營環(huán)節(jié)中。

相似理論在機械工程中最為重要的作用在于研究方向指導、機械問題研究切入點以及對系統(tǒng)整合分析等。在實際的機械工程中，借助相似理論可以對機械整體的運轉方式加以詳細分析，并合理結合相似的相關機械對其運行特點以及預定功能進行合理劃分，并借助相似性對其進行模擬。其基本步驟與零件設計環(huán)節(jié)類似。但是由于在對整個系統(tǒng)進行相似性分析時，所涉及的數(shù)據(jù)量以及各類專業(yè)理論與實踐知識過于龐大，一旦出現(xiàn)失誤將會造成極大的人力物力資源浪費。因此，在進行模型仿真的時候，可以對其適當?shù)暮喕葘δＰ偷恼w框架進行構建。進而按照預定的功能，填充能夠完成相似功能的各個組件，并且及時的對模型整體運作參數(shù)進行記錄分析，對不合理的地方加以適當?shù)恼{(diào)整，最終實現(xiàn)整個機械系統(tǒng)模型的構建。于此之后，則可以在實踐測試之后投產(chǎn)使用。

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