ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.06.2020
Просмотров: 126
Скачиваний: 3
По изменению переменных во времени методы моделирования делятся на статические и динамические. Статическая модель описывает состояние объекта и не содержит производных входных и выходных сигналов по времени. Динамическая модель описывает состояния объекта во времени, когда имеют место некие переходные процессы. Динамическая модель, в зависимости от способа получения, представляется в виде дифференциального уравнения переходной импульсной или частотной характеристики в виде передаточной функции.
По характеристики передаваемого в системе сигнала моделирование можно разделить на непрерывное, дискретно-непрерывное, дискретное. При непрерывном методе моделирования величины или параметры системы изменяются плавно при плавном изменении входных величин. При дискретном методе моделирования величины и параметры могут изменяться скачком и определяться в конкретные моменты времени либо быть с конкретным значением.
Рисунок 1.2 - Классификация методов моделирования
Одним из классификационных признаков является форма представления объекта. В этом случае можно выделить:
- мысленное моделирование – используют при моделировании систем, ко-
торые практически не реализуемы в заданном интервале времени или не сущест-
вуют вне условий, необходимых для их функционирования;
- реальное моделирование – моделирование, при котором модель воспроизводится в реальном масштабе времени (объекте или его части).
Мысленное представление объекта включает в себя наглядное, символическое и математическое моделирование.
Наглядное – моделирование, при котором на базе представлений человека о реальных объектах создаются наглядные модели.
Символическое – моделирование, при котором искусственным образом создается некоторый логический объект, замещающий реальный.
Математическое – процесс установления соответствия между данным реальным объектом и некоторым математическим (моделью) и исследование полученных моделей.
В общем случае уравнение математической модели связывает физические величины, которые характеризуют состояние объекта. Такими величинами являются скорости и силы в механических системах, сила и давление в гидравлических и пневматических системах, температура и тепловые потоки в тепловых системах, токи и напряжения в электрических системах.
В свою очередь, наглядная форма представления объекта делится на гипотетическое, аналоговое и макетирование.
Гипотетическое – в его основе лежат гипотезы о процессах, протекающих в объекте на основе причинно-следственных связей.
Аналоговое – в его основе лежат аналогии различных уровней.
Макетирование – в основе создания макета лежат аналогии, базирующиеся на причинно-следственных связях.
Символическое моделирование содержит языковую и знаковую формы представления объекта.
Знаковое – с помощью знаков и операций между ними.
Языковое – моделирование, в основе которого лежит набор понятий. Каждому слову соответствует одно единственное понятие.
Математическое представление объекта делится на аналитическое,
имитационное и комбинированное.
Аналитическое – процесс, при котором функционирование элементов описывается с помощью аналитических выражений.
Аналитическая модель – явная зависимость искомых переменных от заданных величин (обычно зависимости выходных параметров объекта от входных и внешних). Такие модели получают на основе физических законов, либо в результате прямого интегрирования исходных дифференциальных уравнений. К ним относятся также регрессионные модели, полученные на основе результатов эксперимента.
Аналитические математические модели представляют собой явные математические выражения выходных параметров как функций от параметров входных и внутренних.
Имитационное моделирование, при котором реализующая модель – алгоритм, воспроизводит процесс функционирования во времени, причем имитируются элементарные явления. Для имитационного моделирования характерно воспроизведение явлений, описываемых математической моделью, с сохранением их логической структуры, последовательности чередования во времени, а иногда и физического содержания, выполняемое при помощи специальных моделирующих установок или средств вычислительной техники.
Работа с имитационной моделью заключается в проведении имитационного эксперимента. Процесс, протекающий в модели в ходе эксперимента, подобен процессу в реальном объекте. Поэтому исследование объекта на его имитационной модели сводится к изучению характеристик процесса, протекающего в ходе эксперимента.
Комбинированное – используется аналитическое и имитационное моделирование.
Реальная форма представления объекта включает в себя натурное и физическое моделирование систем.
Натурное – проводят эксперты на реальном объекте с обработкой результатов с помощью теории подобия.
Физическое – проведение исследований, сохраняющих природу явления и обладающих физическим подобием.
Натурное моделирование включает в себя научный эксперимент, производственный эксперимент, компьютерное моделирование.
Научный эксперимент – эксперимент, при котором искусственным образом можно создавать дополнительные возмущения и исследовать поведение объекта в полученном режиме.
Производственный эксперимент – дает лишь пассивное наблюдение с последующей обработкой полученного материала.
Компьютерное (вычислительное) моделирование, которое производится средствами компьютерных технологий (средствами вычислительной техники).
Физическое моделирование систем происходит в реальном масштабе времени и в нереальном (нормальном) масштабе времени.
Наиболее часто используемыми являются физическое и математическое моделирование.
При физическом моделировании модель воспроизводит изучаемый процесс (оригинал) с сохранением его физической природы. К этому виду моделирования относятся продувка моделей самолетов в аэродинамических трубах, оценка свойств гидротехнических сооружений при помощи макетов русловых потоков. Преимущества физического моделирования перед натурным экспериментом заключаются в том, что условия реализации процесса-модели могут значительно отличаться от условий, свойственных процессу-оригиналу, и выбираются, исходя из удобства и простоты исследования.
Поскольку при моделировании нет необходимости сохранять размеры сооружений, скорости течения жидкостей и газов, нагрузки на элементы конструкций и так далее, имеется возможность получить существенный выигрыш во времени и стоимости исследования. Однако условия моделирования выбираются не абсолютно произвольно. Между процессом-оригиналом и процессом-моделью должны быть сохранены некоторые соотношения подобия, вытекающие из закономерностей физической природы явлений и гарантирующие возможность использования сведений, получаемых путем моделирования, для оценки свойств процесса-оригинала.
Физическое моделирование имеет ограниченную сферу применения. Заведомо более широкими возможностями обладает математическое моделирование. Под математическим моделированием понимают способ исследования различных процессов путем изучения явлений, имеющих различное физическое содержание, но описываемых одинаковыми математическими соотношениями. В простейших случаях для этой цели используются известные аналогии между механическими, электрическими, тепловыми и другими явлениями.
Перечисленные выше виды моделирования не являются взаимоисключающими и могут применяться при исследовании сложных объектов либо отдельно, либо в некоторой комбинации.
При выполнении дипломного проекта использовано математическое (комбинированное) и компьютерное моделирование. Поведение элемента, а также распределение нагрузок в нем подчиняются определенным законам теории механики. При расчете детали используются непрерывные уравнения для расчета распределенных параметров. Поэтому используется непрерывный метод моделирования.
Для полного описания нагруженной детали используется динамический метод моделирования, показывающий состояние детали в каждой точке детали и в каждый момент времени.