大一計算機模擬技術專業期末論文

　　近年來,隨著控制理論、計算技術、電腦科學與技術的發展,系統科學研究的深入,計算機模擬技術已經發展成為一門新的學科。下面是小編為大家整理的，供大家參考。

　　篇一

　　計算機模擬技術與資訊處理結合分析

　　摘要:進入新時期以來，得益於計算機技術不斷進步，模擬技術成為了當前其主要發展趨勢。這是因為藉助於該計算機技術，使得人們能夠通過構建精準而逼真的模型實現對物體進行三維影象模擬，這一優勢使其迅速被應用各行各業生產建設中去。而資訊處理作為計算機重要的基礎組成，模擬技術在很大程度上依賴於其，因而可以說這二者有著極為密切聯絡。對此，本文將基於筆者多年計算機研究實踐，對計算機模擬技術進行概述，並分析該技術，最後在探究其與資訊處理的結合。

　　關鍵詞:計算機;模擬技術;資訊處理;結合;探究

　　1計算機模擬技術概述

　　計算機模擬技術ComputerSimulation指的是通過運用建模、模擬以及影象處理分析等方式把不可視的物體轉變成為可視形象化模擬，從而使得人們能夠藉助於此瞭解該物體性質、規律等。結合實踐來看，建模可以說是該技術的重要組成部分，通過建模可以實現在實際情況下難以或無法實現對物體內部構造模擬，隨後再輔以相關技術，讓我們能夠全面而準確地掌握物體。正是憑藉於這一優勢，使得計算機模擬技術被廣泛地應用到諸如建築、航天、交通以及製造等多種行業，並逐漸成為行業中不可獲取重要技術。

　　2計算機模擬技術分析

　　計算機模擬技術就是通過計算機對物體進行虛擬模擬的技術，結合實踐來看，其主要涉及建模思想、影象處理分析與數字化等技術。通過研究可知，該技術在運用過程中一般經歷以下幾個步驟:

　　2.1對物體進行資料模型構建

　　實踐中，計算機模擬技術運用第一個步驟便是對物體進行資料模型構建。在此過程中，主要使用歸納與演繹兩種分析方法，有時我們只需單獨使用某一方法便可以實現資料模型構建，有時則需要將這二者結合，這需要技術人員根據相關要求決定。以演繹法為例，首先計算機將物體模擬的數字化資料進行採集，隨後系統在此基礎上根據所設定引數對上述資料開展演繹分析，將該物體資料模型構建起來。

　　2.2物體模擬模型實現

　　當物體資料模型構建起來後，技術人員需要對其進行模擬模型實現。簡單來說，就是技術人員通過使用程式設計語將所構建資料模型進行程式化處理，從而使得該模型實現模擬。需要注意的是，在物體模擬模型實現時，所使用程式語言眾多，技術人員必須在充分結合資料模型特徵以及相關要求基礎上進行資料分析，隨後準確地使用程式語言將其模型化，最後通過程式化管理，確保模擬模型實現。

　　2.3模擬模型驗證

　　在上述工作完成後，為了確保所構建物體模擬模型有效性，技術人員需要對其進行驗證。此項工作的重點主要是在於對該模型中資料根據相關方法開展驗證，隨後技術人員根據相關標準對驗證結果進行判斷，從而確定該模擬模型是否達到要求。

　　3計算機模擬技術與資訊處理結合探究

　　正如上文所述，計算機模擬技術的實現在很大程度上依賴於資訊處理，將二者相結合對模擬來說不但有助於有效地提升其效果，同時也可以使得模擬實驗功能不斷完善;而對於資訊處理而言，則可以在把抽象的資訊進行視覺化、虛擬真實化處理前提下，有效地提高其處理準確性以及效率。有鑑於此，加強二者地結合與應用逐漸成為了當前主要發展趨向。對此，下面筆者將二者一些結合進行簡單闡述。

　　3.1計算機模擬技術與光資訊處理結合

　　光資訊處理具有速度快、容量大、可並行等優點，是一類極為先進的資訊處理技術。而計算機技術對二維影象資訊的處理有著顯著的優勢，將二者進行有效結合，可以有效識別影象特徵、增強影象處理能力。例如CAI、CAD等軟體都是現階段科學研究工程實際的新手段。

　　3.2計算機模擬技術與軟體資訊處理結合

　　除了上述與光資訊處理相結合外，計算機模擬技術與軟體資訊處理結合也是當前極為重要的一種形式，而在此其中以matlab軟體最為典型。該軟體作為計算機重要軟體之一，不但涉及矩陣運算以及資訊處理等眾多方面，同時還具有很高的靈活性。除此之外，該軟體在資訊處理上還具有諸如運算安全性高、輸入快捷以及功能豐富等諸多優點，因而使得其成為了當前計算機模擬技術與軟體資訊處理重要的結合與應用。結合實踐來看，技術人員在運用matlab軟體時，首先將所要處理的資訊輸入到其中，隨後該軟體按照相關設定開展模擬模擬，然後計算機在此基礎上對資訊開展視覺化處理，如此一來將極大程度地提升資訊處理工作準確性以及效率。

　　4結束語

　　總而言之，計算機模擬技術是現階段應用較為廣泛的計算機技術，並且定將在未來發展的道路上越走越遠。而對於資訊處理來說，大部分資訊處理技術已被植入到計算機模擬技術當中，將二者相互結合起來，不能呈現出巨大的優勢，並且極具發展空間，具有極為廣闊的研究價值。

　　參考文獻:

　　[1]李雲峰.現代計算機模擬技術的研究與發展[J].計算技術與自動化，2002，214.

　　[2]付凡成，彭裕.關於計算機模擬技術的研究與發展探討[J].電子製作，201321.

　　[3]賀秀玲，姜運芳，施豔.計算機模擬技術與資訊處理結合探究[J].煤炭技術，2013，327.

　　篇二

　　汽車催化器設計中計算機模擬技術的應用

　　[摘要]

　　隨著汽車發動機及排放技術的發展，催化器的設計也對工程師提出了越來越高的要求，本文主要介紹了計算機模擬技術，特別是CAE和CFD技術在汽車催化轉化器設計中的應用。CAE以及CFD技術的應用，大幅縮短了汽車催化器設計的週期，且降低了設計成本，使催化器產品的可靠性得到顯著提升。相關的分析工作表明催化器支架設計前，應首先對整體結構的模態進行評價，根據振動形式的分佈來確定支架的佈置方向;流場的合理性對產品的效能產生重要影響，載體前端部分要儘量避免過小的轉彎半徑導致的紊流現象。

　　[關鍵詞]CAE;模態;剛度;衝壓工藝

　　1前言

　　近年來，隨著汽車產業的高速發展，汽車已經走進眾多的家庭，正逐步從奢侈品變為城市生活的必需品。汽車產業的發展帶給人們出行便捷的同時，也帶來了日益嚴重的環境問題，對人體健康造成了損害[1]。因此尾氣排放成為了評價整車效能的重要標準。國Ⅳ、國Ⅴ排放標準的制定和執行，愈發體現出了催化器對整車效能的重要性，隨著發動機技術的不斷髮展，對催化器的設計也提出了更高的要求，緊耦合式歧管、渦輪增壓技術都使催化器的結構朝著異形化的方向發展，催化轉化器在設計中不但要滿足高溫、強震動下的剛度要求，更要實現最優化的內部流場結構。

　　2模態分析對結構設計的影響

　　作為汽車發動機排氣系統的重要組成部分，催化器決定了汽車排放效能的優劣。隨著汽車排放標準的不斷提升，催化器的位置也越發靠近發動機熱端，目前常見的排放系統，常常將催化器佈置在發動機排氣歧管或是渦輪增壓器的出口位置，這也使得催化器處於高溫、強振的工作環境中。為了滿足排氣系統的使用壽命的要求，在催化器的設計階段，就必須考慮結構的強度、剛度和耐久效能，而這其中，催化器的模態對催化器的效能至關重要，目前的四缸發動機設計準則中，一般要求催化器在高溫下的一階模態達到210Hz[2]。

　　2.1邊界條件的設定

　　2.1.1溫度邊界條件催化器是一種典型的流固耦合模型，尾氣的高溫對催化器的效能有很大的影響，根據材料力學效能的試驗資料，800℃時的不鏽鋼材料效能大約只有常溫下材料效能的1/6，因此進行模態分析時必須要考慮溫度場帶來的影響。由於發生化學反應，使得載體區域壁面溫度較高，約為800~900℃，非載體區域的壁面溫度在400~500℃之間。

　　2.1.2材料屬性的定義在模態計算時，需要定義的材料屬性有彈性模量、泊松比以及材料的密度，這其中彈性模量隨溫度的升高會產生明顯的下降。通過實驗手段測得不鏽鋼材料彈性模量隨溫度的變化關係，根據實驗資料曲線擬合成二次多項式：將此公式作為模態分析時彈性模量的輸入。材料的密度隨溫度的變化並不明顯，因此按照常溫下的材料密度值進行設定，泊松比一般取在0.2~0.3之間。對於排氣管內的氣體，假設其為理想氣體，是單向的牛頓流體，在進行計算時，設定其可壓縮性對計算結果會產生明顯影響，馬赫數MH=V/a，V為當地速度，a為當地音速;當MH<0.3時，為不可壓縮，當MH≥0.7時肯定為可壓縮流體，如果用不可壓縮法計算，結果就會有明顯的差別[3]。

　　2.2計算結果

　　2.2.1初始設計結構在初始設計中，考慮到發動機安裝空間的情況，將催化器支架設計成為圖1中右側的結構，該支架與中間段軸線呈傾斜佈置，該方案的一階模態160Hz，沒有達到催化器的設計要求。而在後續的臺架試驗中，催化器的確在在中間段位置出現了多次斷裂。說明該設計方案的確不能滿足剛度要求。改進方法主要針對催化器支架進行，通過對支架的位置、走向進行優化及整體剛度的調整[4]。

　　2.2.2改進方案將支架設計成了對稱的“雙L”型結構，並且支架的佈置方向與中間段軸線垂直。該支架作用下的整體模態達到300Hz，滿足設計要求，並且支架沒有增加安裝孔位，便於裝配。該方案在臺架試驗中也取得了良好的效果，200小時振動耐久試驗以及250h熱衝擊試驗均達到了滿意的效果;另外，良好的裝配工藝性，也在後續的量產中收穫了不錯的效果，裝配效果更加穩定。

　　2.3模態計算與支架設計

　　通過多個類似催化器支架的設計，得到這樣的設計經驗：支架的走向對整體結構的模態有明顯的影響。產品振動的角度和中間段軸線基本垂直，這恰好與改進方案中的支架走向一致;而初始設計方案中的支架走向與催化器主體結構的振動方向存在一定的角度，從而影響了支架的效果，使剛度無法滿足要求。因此，我們在催化器支架的設計初期，首先要關注主體結構的振動形式，並根據振動的方向來設計支架走向，保證催化器支架能最大限度的提升整體結構的剛度。

　　3CFD分析對催化器流道設計的影響

　　催化轉化器的內部流場結構會對排氣效能產生很大影響，在設計時需要充分考慮流場對氣流走向、壓力損失、流速均勻、載體前端流場偏心等引數的影響。在早期的排氣系統設計中，設計師更多通過經驗來判斷流場的結構是否合理;而隨著CFD技術的不斷髮展，人們已經能通過計算機模擬來真實的模擬流場內部的氣流情況。圖2是某渦輪增壓發動機催化器的設計方案，由於裝車環境的限制，流場在前錐出現較大拐角。通過CFD分析，我們得到了圖2所示的流場分佈結果。能夠看出，流場在載體及後錐等部分氣流速度分佈規則、流場均勻，而在前錐位置，由於過大的拐角，導致氣流在拐彎後的錐形區域形成渦流。載體前部渦流會影響流入載體截面氣流的均勻性，影響催化轉化效果;另外，嚴重的渦流可能會加快襯墊的吹蝕，造成載體堵塞等嚴重失效。因此，我們對催化器前錐進行了優化，我們發現，氣流在拐彎後沒有足夠的直線管道來幫助氣流方向恢復穩定，因此優化時應該考慮在拐彎後增加適當的直線管路;另外，氣流在拐彎內側部分氣流速度最大，並在該處形成離心現象，導致後方氣流整體向下偏移，影響載體截面氣流的偏心率，所以增大拐彎半徑，降低氣流的離心現象，也會對整體氣流有優化作用;最後我們發現，過大的錐形區域也給渦流的產生提供的空間，設計時合理的減小該錐形空間，能夠減小渦流產生的規模，提高整體流場的穩定性。根據該思路，對催化器前端的結構進行了優化，綜合考慮各個因素後，將載體向後平移了15mm，這樣就為催化器前端創造了更大的空間，考慮到儘量減小錐形區域，因此設計成圖3所示相對扁平的錐體結構，再配合一根弧度更大的彎管，完成了優化後的方案。優化後的流場在催化器前端的流動更加平穩，由於彎管的弧度增大，氣流在拐彎前後的分佈更加均勻，錐形空間的減小也大大限制了渦流區域的影響，通過進一步計算，該方案氣流在載體截面的均勻度為0.98、偏心率為0.1，應該說流場的分佈情況滿足了設計要求。

　　4結論

　　1在催化器支架設計時，應充分考慮整體結構在發動機上的佈置形式、佈置方向及其隨發動機工作時的主要振動方向，催化器的主要振動方向是其剛度的薄弱方向;

　　2催化器支架設計前，應首先對整體結構的模態進行評價，通過CAE手段得到其整體結構在各階固有頻率主要是一階固有頻率下的振動形式，根據振動形式的分佈，來確定支架的佈置方向;

　　3流場的合理性對產品的效能產生重要影響，載體前端部分要儘量避免過小的轉彎半徑，小半徑彎管不但工藝實現比較複雜，對流場的均勻性也帶來不利影響;另外，在角度突變的區域應該避免出現較大錐形空間出現。

　　[參考文獻]

　　[1]陶麗芳.汽車發動機排氣系統性能分析研究[J].重慶大學碩士學位論文,2005.

　　[2]趙海瀾.汽車排氣系統懸掛點優化[J].計算機輔助工程,2006.

　　[3]李湘華,張小嬌.柴油機排氣歧管流場分析與結構優化[J].柴油機,2006.

　　[4]吳永橋,鄢奉林.汽車排氣總管的靜力分析和模態分析[J].汽車工程,2000.

　　[5]宋學官.ANSYS流固耦合分析與工程例項[M].北京:中國水利水電出版社,2012.

　　篇三

　　複雜系統計算機模擬設計

　　複雜系統成為目前國家發展主要解決的問題之一。複雜系統涉及的範圍有社會、政治、軍事、管理、經濟、生物、工程等方面。複雜系統直接影響著社會各個層面的活動，增加了研究複雜系統的難度，隨著社會的不斷髮展，對複雜系統進行科學有效的研究尤其重要，因此，相關部門要加大複雜系統計算機模擬的研究與設計。

　　1複雜系統概述

　　1.1複雜系統的含義

　　目前我國對複雜系統還沒有明確的定義，對複雜系統的理解還處於研究階段。大家所理解的複雜系統主要是指巨大的元素數量組成的系統，而系統各元素之間具有隨機性、非線性的依存關係，系統功能難以利用抽象描述、形式化描述體現出來。如金融證券市場就可以視為一個複雜系統，而該複雜系統的組成元素主要包括國家金融、監管機構、上市公司、證券公司、證券參與者等，而這些促成元素之間即相互依存又各自獨立。

　　1.2複雜系統的特點

　　複雜系統的主要特點有不可計算性、自主性、關聯性、開放性。不可計算性主要是指複雜系統的行為難以通過數學的方式描述出來，各元素行為的總和不等同於複雜系統的整體行為。自主性是指元素之間獨立自治性較強，各自元素行為通常是自行規劃來完成，全域性控制在複雜系統中是不存在的。關聯性是指元素之間雖然各自獨立，但它們相互作用，而且作用的影響相當大，甚至可以影響整個複雜系統的狀態、行為。開放性是指系統的元素種類多且數量大，在對複雜系統研究的過程中不能單獨的對某元素進行封閉研究，要使用突現、聚集的方法，複雜系統簡化常通過元素聚類、集來實現。

　　2複雜系統計算機模擬的應用

　　2.1自適應Agent

　　複雜系統計算機模擬應用平臺最具影響力的設計是由美國桑培飛研究提出的自適應Agent模擬平臺。不同智慧主體Agent通過單機中的若干執行緒和程序構成，包括反應Agent、互動Agent、控制/顯示Agent、區域性Agent、全域性Agent、物件管理、控制時間推進。而且不同的Agent具有不同的功能，反應Agent具有自適應能力，互動Agent能夠完成網路的互動，控制/顯示Agent能夠完成人機互動，區域性Agent或全域性Agent能夠進行通訊。而所有的Agent智慧主體都具有反應能力、互動能力、自治性。當模擬感知到資訊的時候反映體就會做出決策，例如證券交易原則，對於普通證券交易人員來說則非常簡單，當證券價格上升，證券交易人員就出售那些呈現上升趨勢證券，反之則買進若干倍的證券。

　　2.2智慧模擬平臺

　　智慧模擬平臺主要具有兩方面內容，一是具有控制/顯示Agent、自適應Agent的智慧主體，代表複雜系統的基本元素，而這些複雜系統主要是國家、公司、機構、證券交易中的散戶。二是全域性Agent、區域性Agent、互動Agent等實現基本元素關聯的智慧主體。其具體結構如圖1所示.不同RII介面Agent通過網路傳輸資訊，而RII再對其進行綜合性服務。實現各個Agent之間的相互作用。

　　3複雜系統計算機模擬的設計

　　複雜系統計算機模擬設計主要是從基於HLA框架中RTI的多種智慧主體Agent分佈的模擬平臺。主要包括時間推進、事件處理、資訊分發、主體控制。充分發揮HLA框架中RTI的強大功能，而RTI主要功能有資料分析管理、宣告管理、時間管理、屬性管理、主體管理、全域性管理。另外RTI服務應與多Agent模擬環境需求相對應。如物件管理OM和聯邦管理FM對應主體控制;時間管理服務TM對應時間;資料分發管理服務DDM、資料管理DM與資訊分發相對應。

　　但是這種模擬平臺還存在侷限，HLA框架中RTI對Agent之間的通訊缺少支援，而在Agent中通訊服務很重要，而基於HLA框架中RTI服務難以滿足其要求，對個元素的關係也無法實現具體描述。因此，為了解決HLA框架中RTI對Agent之間缺少通訊支援的問題，可以使用增加ML中間層在RTI和Agent軟體之間的方法。例如AgentA將資訊通過ML傳輸到RTI，然後RTI進行分析服務，將從ML接收到的資訊分為到B的資訊、到C的資訊，然後在經過ML分別傳到AgentB和AgentC。最終實現Agent之間的通訊。而ML中間層的主要作用是解釋和分裝模擬環境中的自適應Agent和HLA中的RTI服務功能之間的通訊。

　　增加HLA框架中RTI對Agent的通訊支援。由於HLA框架中RTI和Agent之間通過ML中間層解釋資訊，有可能會增加Agent元素之間的資料流通量，而在這時資料分發的數量可以利用RTI的路由空間進行限制。通過RTI對接受、傳送資料的約束，能夠為Agent邦元得到所需資訊提供保障。例如在同一電臺中的不同頻道接收、傳送資訊，頻道接受、發出的資訊可以由RTI的路由空間進行約束，根據邦元的ID作為路由空間的引數，只允許在這個頻道上的不同邦元可以對相關資訊進行接收。還可以根據傳送者的需求對路由空間進行有選擇性的使用。

　　4結論

　　綜上所述，通過對複雜系統計算機模擬的研究和設計，可以瞭解到複雜系統的重要性，對我國政治、經濟、社會發展等方面具有非常重要的意義。通過應用和設計計算機模擬平臺實現對複雜系統的有效描述，從而促進社會經濟的發展和科學的進步。

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