相似理论及其在机械工程中的应用

刘志鹏

摘 要：理论研究是推动科技发展的基础。自改革开放以来，国内的机械工程已经取得了翻天覆地的变化。就机械工程的发展而言，相似理论无疑起到了极为重要的促进作用。相似理论也就是充分发挥理论知识的导向作用，并以此为基础进行建模，同时参照理论对构建出模型的实际操作步骤加以初步确定，进而为机械工程中不可预计因素的处理提供一定的参考。近年来，相似理论已经在工程领域中得到了极为广泛的运用，代表着我国机械工程发展的重要方向。文章首先对相似理论的实质进行了简要分析，进一步对其在机械工程中的实际应用加以说明，一方面作为作者的学习总结，另一方面也希望能够为相似理论应用范围的推广贡献自己的绵薄之力。

关键词：相似理论；机械工程；应用

相似理论源自上个世纪前期，自问世之初就受到了国内外物理学科研究人员的广泛关注。众做周知，在现实生活中有很多极为类似的物理现象，他们的作用原理大多相同。由于该类作用本质或是现象之间存在着奇妙的联系，因此在众多科学研究人员的不懈努力下已经早在上个世纪就形成了独立的研究学科，也就是现在所说的相似理论。顾名思义，相似理论主要是对现实情况中相似作用的影响元素及其表现出来的物理性质进行分析。伴随着国内外科学技术的不断发展，相似理论也逐渐趋于完善。构建成了以“相似三原理”为基础的研究体系，另外我国也发表了与相似理论相关的工程理论论文，引起了极大的反响，并且获得国内外相关研究人员的一致好评，被高度誉为相似理论的新鲜血液。

1 相似理论的实质与特点

相似理论其实质为对实际生活中各种类似现象进行分析解释的学说。也就是对相似现象的共同点加以研究的理论。而该理论在模型构建上有着极为重要的作用，可以借助现有计算机模拟技术以虚拟的形式，根据模型原型的预定功能、结构等，以相似理论为指导完成对应模型的构建。相似理论发展的基础为：（1）对自然界作用现象的合理定义；（2）对应现象所涵盖的物理原理符合于某一客观规律，不存在偶然性；（3）不能凭借主观臆断完成对现象中各个物理量的测定，它是客观事实。现今，相似理论已经不仅仅是对物理问题进行探究，还成为了机械工程设计的基础，并得到了广泛的运用。伴随着现今科学技术高速发展的趋势，相似理论在今后必定随之不断吸纳全新技术与理论概念，进而在各个适用的领域中都可以发挥出它的重要作用。

相似理论通常是以物理作用现象产生的前提条件为入手点，对每一项条件及其所对应的现象进行深入探究，同时借助现有的数学算法对其进行系统的研究，进而以函数关系的方式得出相应的研究结果，在进行充分验证之后实现推广应用。相似理论的研究及其成果较为抽象，由于大多只是通过理论分析和数学运算的方法来得到结论，所以所得的结论大多只能给以研究者一个理论的研究方向。同时，由于其研究的物理作用范围极为广泛，因此在各个领域都有着一定的应用，不光是在机械方面，还在别的工业生产研究中有着极为重要的指导作用。相似理论在应用于机械工程领域时，能够有效的为所出现的问题给以一定的指导，在解决各类复杂工程问题时，起着切入点的重要作用，在处理实践问题上有着极大的应用价值。

2 相似理论在机械工程中的应用

就我国机械工程的发展而言，相似理论起到了极为关键的促进作用，同时在各类机械研发、修理中也起到重要的指导作用。相似理论，又被称之为相似工程学，以一个独立学科来表示这一理论就充分说明其对于工程研究的重要作用。而就相似理论在机械工程的实践应用而言，涵盖了工程系统相似设计、成组技术、相似模拟制造、相似仿真以及机械相似模拟设计等等。其中现今最受瞩目的就是成组技术，它的实质也就是借助实物之间的相似性质，根据原来所存在的一定规则分门别类，对相同作用性质采用统一模式进行研究的方式。目前，依托于国内电子信息技术的不断发展，该技术已经和自动控制工程等相关技术进行了有效结合，已经初步实现了信息化生产。而就工程领域而言，在设计以及制造的各个环节中也得到了极为广泛的应用。而相似模拟技术则是借助对仿真电路中电流以及电势差等相关物理参数的合理控制，进而实现逻辑运算的目的。但是，该技术在实际应用的过程中过于依赖研究人员的经验，很难对系统运行的结果加以及时控制。而借助现有的数字化技术，能够有效地改善这一缺点。

在机械工程零件设计的过程之中，相似理论也有着极为广泛的应用。首先，在对机械零件继续设计的过程中，可以预先对其需要实现的工程进行预估，借助相似理论对能够实现该功能的现有零件结构进行分析，初步模拟出零件的构造。进而通过仿真模拟整个机械系统的运转情况，对不合理的结构加以适当的修正，并再次进行仿真。依托于相似理论，在多次仿真之后就可以在实践中对零件的性能、结构以及完成预定功能的能力进行测试，并合理结合相似三准则的内容，不合理的地方加以修正，进而保证整个系统能够安全、高效的投入到运营环节中。

相似理论在机械工程中最为重要的作用在于研究方向指导、机械问题研究切入点以及对系统整合分析等。在实际的机械工程中，借助相似理论可以对机械整体的运转方式加以详细分析，并合理结合相似的相关机械对其运行特点以及预定功能进行合理划分，并借助相似性对其进行模拟。其基本步骤与零件设计环节类似。但是由于在对整个系统进行相似性分析时，所涉及的数据量以及各类专业理论与实践知识过于庞大，一旦出现失误将会造成极大的人力物力资源浪费。因此，在进行模型仿真的时候，可以对其适当的简化，先对模型的整体框架进行构建。进而按照预定的功能，填充能够完成相似功能的各个组件，并且及时的对模型整体运作参数进行记录分析，对不合理的地方加以适当的调整，最终实现整个机械系统模型的构建。于此之后，则可以在实践测试之后投产使用。

参考文献

[1]仵锋锋，曹平，万琳辉.相似理论及其在模拟试验中的应用[J].采矿技术，2007（04）.

[2]宋 ，张贵文，党星海.相似理论内容的扩充与分析[J].兰州理工大学学报，2004（05）.

[3]易刚，龚代瑜.试论结构模型设计中的相似理论[J].国外建材科技，2004（05）.

[4]迟世春，林少书.结构动力模型试验相似理论及其验证[J].世界地震工程，2004（04）.

[5]鲍培德.浅谈相似理论与模型试验在机械设计中的应用[J].机械设计与制造工程，2000（06）.