5. ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ИССЛЕДОВАНИЯХ

5.1. Общее понятие физического моделирования

Современное развитие машин и оборудования характеризуется сложностью решаемых задач при их проектировании и изготовлении, высокими требованиями к их надежности, сжатыми сроками создания и внедрения в эксплуатацию, стремлением сократить затраты на разработку техники при удовлетворении заданных функциональных требований.

Существующие методы оценки и контроля качества техники по результатам проводимых испытаний оказываются часто

информации о результатах моделирования, макетирования и испытаний небольшого числа образцов.

неэффективными в условиях детерминированного эксперимента или имеющейся разнородной, ограниченной поИобъему статистической

Использование математического моделирования для нахождения

аналитического решения задач зачастую связано с невозможностью

довести исследование до конца без вводимых в него допущений. При

изучении сложных задач, в которых присутствует большое число

Д

переменных, приходится вводить множество разнородных величин,

величинам комплексного типа создает важные преимущества, прежде всего, достигается уменьшение числа переменных. Вместе с тем в этих величинах, отражающих влияние отдельных факторов не порознь, а в совокупности, более отчетливо выступают внутренние связи, характеризующее процесс, а вся количественная картина в целом становится более ясной. Здесь важно уже на стадии постановки задачи выявить связь между отдельными группами величин и соединить их в комплексы строго определенного вида. Эти комплексы имеют ясный физический смысл. Они определяют конечный эффект взаимодействия ряда факторов и, следовательно, характеризуют относительную интенсивность их влияния.

106

Таким образом, при переходе от обычных физических величин к величинам комплексного типа появляется ряд важных преимуществ:

во-первых, уменьшается число переменных;

во-вторых, отражается влияние не отдельных факторов, а всего комплекса, при этом более явно выступают внутренние связи;

в-третьих, заданное значение комплекса может быть получено как результат бесчисленного множества различных комбинаций составляющих его величин.

В этом случае при решении задачи будет рассматриваться не единичный частный случай, а бесконечное множество различных случаев, объединенных некоторой общностью свойств. Этих преимуществ позволяет достигнуть физическое моделирование.

Физическое моделирование заключается в изучении объектов одной физической природы с помощью объектовИ, имеющих другую физическую природу, но одинаковое с ними математическое описание [42]. Метод сводится обычноДк изучению моделей, которые отличаются от объекта моделирование масштабами (например,

лабораторные и промышленные реакторы). Физическое моделирование как научное направлениеА , основанное на изучении рабочих процессов землеройных машин, сформировалось к 60-м гг. прошлого века [4]. Базойбфизического моделирования в настоящее время являются критерии подо ия рабочих органов дорожных, строительных, землеройнои-транспортных машин, методы и методики формирования моделей разра атываемой среды (грунта, асфальто-, цементобетонаСи др.), процессов взаимодействия рабочих органов, оборудования и друг х с стем машин с разрабатываемой средой. Дальнейшая модернизация конструкций дорожных и строительных машин, технологических процессов их эксплуатации задает динамику развития физического моделирования и его совершенствования.

Физическое моделирование – метод экспериментального

изучения различных физических явлений, основанный на их физическом подобии. Физические явления, процессы или системы подобны, если в сходственных точках пространства в сходственные моменты времени величины, характеризующие состояние системы, пропорциональны соответственным величинам других систем. Физические модели широко применяются в электро-, теплоэнергетике, в гидро-, аэродинамике, в строительном деле (архитектурная модель), машино-, кораблестроении, геологии, радиотехнике и т. д.

107

Физическая модель – это модель, создаваемая путем замены объектов моделирующими устройствами, которые имитируют определённые характеристики либо свойства этих объектов. При этом моделирующее устройство имеет ту же качественную природу, что и моделируемый объект. Физические модели используют эффект масштаба в случае возможности пропорционального применения всего комплекса изучаемых свойств.

Физическая модель представляет собой аналоговую модель, в которой между параметрами объекта и модели одинаковой физической природы существует однозначное соответствие. В этом случае элементам системы ставятся в соответствие физические эквиваленты изучаемого объекта. При физическом моделировании, основой которого является теория подобия, сохраняются особенности проведения эксперимента в натуре с соблюдениемИ оптимального диапазона изменения соответствующих физических параметров.

устройство или приспособление, позволяющее производить

физическое моделирование путём замещения изучаемого физического

процесса подобным ему процессом той же физической природы.

Такие установки, на которых производится физическое

Физической моделью может являтьсяДобособленная установка,

моделирование, являются физическими моделями, если они

описанием процессов в объекте и в изучаемой модели. Такие параметры и описания, характеризующие процессы, могут отличаться лишь масштабами, чтобы по заданным характеристикам одного процессам можно было однозначно получить характеристики другого.

Масштабная модель – физическая модель, подобие заданной системы, но в изменённом масштабе. Например, увеличенная физическая модель атома или уменьшенная модель Солнечной системы.

Достоинства физического моделирования: возможность изучения объектов с меньшими затратами (сырья, энергии, времени); возможность исследования объектов, в которых физико-химическая сущность процессов мало изучена; возможность проведения на модели измерений, слишком сложных на объекте моделирования.

108