相似理论及其在机械工程中的应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：殷江涛（1982），男，汉族，河北石家庄人，本科，工程硕士，工程师。-133-相似理论及其在机械工程中的应用 殷江涛 河北省石家庄市无极县高头乡高头三村，河北 石家庄 052464 摘要：摘要：在过去一段时间内，科学技术发展迅速，理论知识不断涌现，在一定程度上推动了社会经济的发展，也为民众生活提供了极大的便利。近几年，我国机械工程领域发展迅速，有效减少了人员的工作量，也规避了人员因素对工作开展进度及质量的影响。在机械工程领域中，相似理论有着较为广泛的影响，其强调分析物理现象的相似性质及相关必要因素，以此为机械工程领域的发展提供可靠的支撑。在机械工程领域应用相似理论，能够借助模型开展试验，这种情况下，工作中存在的问题能够得到妥善的处理，对机械工程领域的发展有着极大的帮助。本文研究分析了相似理论及 s 其在机械工程中的应用，希望能够为机械工程领域的发展提供一些帮助。关键词：关键词：相似理论；机械工程；具体应用 中图分类号：中图分类号：TH11 0 引言 相似理论最早出现在民众视野是在 20 世纪，其揭示了相似物理现象的本质特征，进一步丰富了理论知识体系，促进了机械工程领域的发展。在时代发展过程中，机械工程领域对相似理论的应用在不断深入，相似理论应用水平明显提升。而且在当前形势下，研究人员对相似理论的研究也在不断深入，相似理论不断完善，为其在机械工程领域的应用打下了良好的基础。笔者在本文中对相似理论的基础概念进行了概括，分析了相似理论的特点，探究了相似准则的求解方法，并对相似理论在机械工程中的应用进行了研究，目的是进一步提高相似理论的应用水平，促进机械工程领域的发展。1 相似理论基础概念 系统中的某一量则为相似准则，在不同系统单元中，某一量的数值是不相同的，但是值得注意的是，在相似的系统中，相似准则是完全一致的。在两个相似的系统中，同一现象的转换能够保持相似准则的不变。系统中任一参量与其相似系统中对应同一参量的具体比值为相似常数值。相似系统的基本性质能够由相似第一定理表现出来，能够反映系统相似的必要条件，相似现象、相似系统的相似指标为 1。在物理系统中，基本纲量为 K 个，物理量为 S 个，（s-k）个独立的相似判据，可以用于 n 个物理量的表示，函数关系式为 f（1，2，3，s-k）0，这被称为相似第二定理，也是定理。相似第三定理也被称为相似逆定理，物理现象若为同一类，相似准则数值相同且单值条件相似，则现象相似。在相似第三定理中，应充分考虑到初始条件、边界条件、物理条件、几何条件等单值条件。2 相似理论的特点 在对自然界及生活中的物理现象进行分析的过程中，相似理论在不断完善，这种情况下，对物理现象本质的认识更加深入。在相似理论中，模拟及仿真受到了较高的关注，其强调在分析物理现象的基础上明确其本质，并结合实际工作的需要进行模仿，这种情况下，各个行业均能够在工作中加强对相似理论的应用，对社会经济的发展有着极大的帮助。当前形势下，科学技术进步飞快，民众在生活及工作中对机械设备的依赖明显增强，这种情况下，机械工程领域迎来了新的发展机遇。在机械工程领域发展过程中，相似理论有着较为应用空间，有关人员可以利用相似理论对机械工程工作情况进行模拟，能够明确工作中可能出现的问题，对改进后续工作有着极大的帮助。随着信息技术的发展，计算机技术的应用愈加广泛，这种情况下，相似理论在其他领域的应用也受到了较高的关注。在机械工程设计工作中，通过应用相似理论，能够帮助人员更高质量完成设计任务。在民众生活中，相似理论也得到了较多的应用，而且相似理论在应用过程中得到了进一步丰富，该理论在实际工作中的应用效果能够得到进一步优化。在相似理论中强调对物理现象进行深入的分析，中国科技期刊数据库 工业 A-134-明确导致物理现象的条件，通过数学公式对数据进行处理，以此得出最终的结论，为其在实际工作中的应用打下良好的基础。抽象性是相似理论的典型特点，在数学规划计算、科学设计分析中，相似理论的抽象性能够得到较好的体现。而且相似理论还有着应用范围广泛的特点，其不仅仅在机械工程领域有着广泛的应用，其在电力系统、工业领域均有着不俗的表现。另外，实践性强也是相似理论的典型特点，在机械工程领域中，需要在完成实验分析的基础上进行模仿，这种情况下，其实践性能够得到较好的体现。3 相似准则求解方法 确定相似准则的方法有很多种，较为常见的方法包括定律分析法、方程分析法及量纲分析法，这三种方法所借助的数学方法不同，但是其均是针对物理现象进行分析，在同一现象分析中能够得出相同的结果。在实际工作中，应依据实际情况选择合理的方法，确保能够在短时间内快速得出相似准则。3.1 定律分析法 在定律分析法中，要想确定相似准则，应注意加强对已知物理定理的应用。在实际工作中，研究人员应对已知物理定理有着充分的了解，并能够熟练掌握物理定理之间的关系，明确哪一部分物理定理是不能忽略的，在实际工作中合理做出选择，确保能够高水平应用物理定理完成相似准则的计算。但是值得注意的是，在实际工作中，部分人员对物理定理的认识还不够充分，不能熟练应用物理定理求解相似准则，需要将大量的时间和精力用于分析物理定理的关系方面，这种情况下，问题难以在短时间内得到解决，工作开展情况并不理想1。在日后工作中，有关人员应明确定律分析法的特点及要求，加强对物理定理的学习和应用，不断提高应用物理定理的能力，并在必要时进行试验，以此保证定律分析法的应用效果，快速准确确定相似准则。3.2 方程分析法 在确定相似准则的过程中，方程分析法也有着较为广泛的应用。在实际工作中，有关人员应注意对已知的物理方程、积分方程、微分方程加以利用，通过这种方式在短时间内得出相似准则。有关人员可以通过积分类比法、相似转换法等方程分析法开展工作，能够有效提高工作开展的效率。3.3 量纲分析法 在确定相似准则时，有关人员应注意应用量纲分析法。量纲指的是通过基本量度单位表示的导出量度单位的表达式。在对现象相似的问题进行研究的过程中，应注意考察过程中产生的各种物理量的量纲。量纲齐次方程是量纲分析法理论依据，一般情况下，齐次方程能够对物理现象进行说明，在分析量纲的基础上能够得出定理。通过对定律分析法、方程分析法及量纲分析法进行分析可以得出，三种方法有着各自的特点。针对近代工程技术问题，有关人员在实际工作中应积极应用量纲分析法，以此保证工作开展的效果。值得注意的是，相比方程分析法，量纲分析法的应用范围更广，有着明显的优势。在实际工作中，有关人员能够在正确选择参量的基础上借助量纲分析法替代方程分析法，但是在利用量纲分析法开展工作时，方程分析法并不一定适用。在确定相似准则的过程中，有关人员不能局限于应用单一的方法，可以尝试结合多种方法开展工作，以此保证工作开展的质量2。4 相似理论在机械工程中的应用 4.1 相关领域中的应用 随着相关研究的不断深入，相似理论的内容也越来越丰富，这种情况下，相似工程学得到了较大的发展。相似工程学以相似理论为基础，但是又对相似理论进行了一些拓展，涉及多个方面的内容。目前，在工程技术、社会活动、自然界相似性探索等方面，相似工程学均有着不俗的表现。当前形势下，我国在社会经济发展过程中愈加注重对环境的保护，对生态城市建设、生态农业发展等方面工作投入了大量的资金，希望能够维持生态平衡，实现人员自然的和谐发展。在这种情况下，应注意加强对各级生态系统的分析，明确其相似规律，以此为后续工作的开展提供可靠的依据。在相似管理工程、相似制造工程、相似设计工程、机器人制造、人工智能、电气产品研制等方面，相似工程学有着广泛的应用。另外，有关人员可以利用相似理论对不同国家及地区的经济生产模式及社会系统进行研究分析，以此加强文化、经济、科技等方面的交流，促进各个地区的发展3。4.2 在工程技术中的应用 在工程技术中，相似理论也有着较为广泛的应用，中国科技期刊数据库 工业 A-135-并取得了较为理想的效果。在实际工作中，有关人员可以将相似理论应用到类似的人机系统设计、类似的机械系统设计、类似的工程系统设计等方面，通过类似模型、类似仿真、类似设计及类似分析来完成类型系统的模仿，以此对被模仿的系统参数进行分析，确定相关数据，为后续工作的开展提供可靠的依据。在实际工作中，相似性对工程领域的发展有着极大的帮助。在类似的系统中，流程、设备、生产方法及生产的机械部件和产品均是相似的。4.3 在机械设计中的应用（1）系统分析 在机械设计中应用相似理论，应注意系统分析工作的开展。两个及多个因素能够组建一个系统，并通过这种方式向外界传递统一的信息，保证整体功能的正常发挥。在系统运行的过程中，各个组成部分之间密切合作，能够按照接收的信息做出特定行为。而且作为一个系统，具备已定义功能的计算机能够将多个机构联系在一起，通过机器与机器之间的合作来完成工作。值得注意的是，机器与机器之间存在着相似性，而且不同的结构单元又共同组成了机械系统。在系统中，不同的单元可能是相似的级别，而且不同级别的单元也可能导致不同的子类似系统。在相似系统设计过程中，如采用齿轮传动的驱动器，则可以认为系统的类似结构的子系统是驱动器。通过分析机械系统，系统和组件的相似性能够得到较好的突出，这种能够帮助人员更好地完成新设计工作4。（2）简化模型 在选择简化模型的参数时，有关人员在工作中承受着较大的压力，如不能充分考虑到系统的各项参数，可能会导致后续工作中出现一些问题，这种情况下，机械设计的效果也必然会受到一些影响。通过数据推理，有关人员能够明确相关因素对系统的影响，能够更加合理地选择参数。在机械设计工作中，应加强对组件之间的参数的相似系数、类似参数的数量、相似参数的比例系数、组件的参数数据等方面数据的分析，并注意分析类似参数值及类似的度量，在这个基础上确定相似的参数值，进而实现简化模型的目的5。4.4 机械零件继续设计 在机械零件继续设计工作中，有关单位应注意加强对相似理论的应用。在实际工作中，有关人员应注意对需要完成的工程进行分析，了解其功能，明确需要使用的零件结构，并在这个基础上应用相似理论，为后续工作的开展打下良好的基础。在应用相似理论的过程中，有关人员应注意初步模拟零件构造，并对机械系统的运行情况进行分析，了解其运行特点，并在这个基础上实施仿真模拟，对结构中存在的问题进行调整，通过不断重复仿真模拟的方式来优化相似理论的应用效果。在完成仿真模拟工作的基础上，有关人员应注意对零件的性能，分析其结构是否合理，功能是否能够满足实际工作的要求，并依据原有系统对零件进行调整，不断提高设计工作的水平，为系统的构建奠定坚实的基础，提高系统的安全性及高效性。4.5 机械工程各技术研究 在过去一段时间内，我国机械工程领域的发展十分迅速，相似理论也得到了广泛的应用，在机械修理、机械研发等方面发挥着不容忽视的作用。在机械工程相似仿真、机械相似模拟设计、工程系统相似设计、成组技术、机械工程中的相似模拟制造中，有关人员均应注意加强对相似理论的应用，通过这种方式来保证工作开展的效果。目前，在机械工程领域，成组技术受到的关注较高，其强调利用存在的规则、不同事物之间的相似性质来开展工作，研究分析同一模式对两种事物的相同作用6。在信息技术快速发展的背景下，成组技术的应用更加便捷，设计、制造等领域也在积极尝试应用成组技术。在应用成组技术时，研究人员注意加强对理论知识的学习，并积极进行实践，提高自身的理论知识掌握水平和实践能力，通过这种方式保证成组技术的应用效果，加强对系统的控制。5 结论 综上所述，相似理论在机械工程领域的应用能够更好地解决工作中出现的问题，能够在一定程度上推动机械工程领域的发展。新形势下，机械工程领域应明确相似理论的积极作用，掌握相似理论的特点及相似准则的求解方法，尝试将相似理论应用到工程技术、机械设计等领域工作中，依靠相似理论及实际情况完成计算机模拟实验及实体模型试验，保证相似理论的应用效果，切实提高系统分析、机械零件继续设计、机械工程各技术研究等工作的水平，为机械工程领域的发展打下坚实可靠的基础。中国科技期刊数据库 工业 A-136-参考文献 1文立堃,郭金星,任航,解鸿博,杨扬,王亮.基于相似理论的采煤机滚筒截割煤岩仿真分析J.煤矿机械,2019,40(09):81-84.2张志元.基于动力学相似理论的红枣激振器的优化设计与试验D.新疆:石河子大学,2019.3谭俊哲,王鹏,袁鹏,王树杰,司先才.基于相似理论的潮流能发电水轮机力特性分析研究J.太阳能学报,2019,40(02):456-461.4谈建民.试析相似理论及其在机械工程中的应用J.科技风,2018(21):113.5张立华.基于相似理论的旋流器系列化设计及二次开发D.兰州:兰州理工大学,2018.6赵丽娟,赵名扬.相似理论在采煤机螺旋滚筒结构设计中的应用J.机械科学与技术,2018,37(01):63-69.