大一計算機仿真技術(shù)專業(yè)期末論文
近年來,隨著控制理論、計算技術(shù)、計算機科學與技術(shù)的發(fā)展,系統(tǒng)科學研究的深入,計算機仿真技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一門新的學科。下面是學習啦小編為大家整理的大一計算機仿真技術(shù)專業(yè)期末論文，供大家參考。
大一計算機仿真技術(shù)專業(yè)期末論文篇一
計算機仿真技術(shù)與信息處理結(jié)合分析
摘要:進入新時期以來，得益于計算機技術(shù)不斷進步，仿真技術(shù)成為了當前其主要發(fā)展趨勢。這是因為借助于該計算機技術(shù)，使得人們能夠通過構(gòu)建精準而逼真的模型實現(xiàn)對物體進行三維圖像模擬，這一優(yōu)勢使其迅速被應用各行各業(yè)生產(chǎn)建設(shè)中去。而信息處理作為計算機重要的基礎(chǔ)組成，仿真技術(shù)在很大程度上依賴于其，因而可以說這二者有著極為密切聯(lián)系。對此，本文將基于筆者多年計算機研究實踐，對計算機仿真技術(shù)進行概述，并分析該技術(shù)，最后在探究其與信息處理的結(jié)合。
關(guān)鍵詞:計算機;仿真技術(shù);信息處理;結(jié)合;探究
1計算機仿真技術(shù)概述
計算機仿真技術(shù)(ComputerSimulation)指的是通過運用建模、仿真以及圖像處理分析等方式把不可視的物體轉(zhuǎn)變成為可視形象化模擬，從而使得人們能夠借助于此了解該物體性質(zhì)、規(guī)律等。結(jié)合實踐來看，建?？梢哉f是該技術(shù)的重要組成部分，通過建?？梢詫崿F(xiàn)在實際情況下難以或無法實現(xiàn)對物體內(nèi)部構(gòu)造模擬，隨后再輔以相關(guān)技術(shù)，讓我們能夠全面而準確地掌握物體。正是憑借于這一優(yōu)勢，使得計算機仿真技術(shù)被廣泛地應用到諸如建筑、航天、交通以及制造等多種行業(yè)，并逐漸成為行業(yè)中不可獲取重要技術(shù)。
2計算機仿真技術(shù)分析
計算機仿真技術(shù)就是通過計算機對物體進行虛擬模擬的技術(shù)，結(jié)合實踐來看，其主要涉及建模思想、圖像處理分析與數(shù)字化等技術(shù)。通過研究可知，該技術(shù)在運用過程中一般經(jīng)歷以下幾個步驟:
2.1對物體進行數(shù)據(jù)模型構(gòu)建
實踐中，計算機仿真技術(shù)運用第一個步驟便是對物體進行數(shù)據(jù)模型構(gòu)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(xiàn)數(shù)據(jù)模型構(gòu)建，有時則需要將這二者結(jié)合，這需要技術(shù)人員根據(jù)相關(guān)要求決定。以演繹法為例，首先計算機將物體模擬的數(shù)字化數(shù)據(jù)進行采集，隨后系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上根據(jù)所設(shè)定參數(shù)對上述數(shù)據(jù)開展演繹分析，將該物體數(shù)據(jù)模型構(gòu)建起來。
2.2物體仿真模型實現(xiàn)
當物體數(shù)據(jù)模型構(gòu)建起來后，技術(shù)人員需要對其進行仿真模型實現(xiàn)。簡單來說，就是技術(shù)人員通過使用編程語將所構(gòu)建數(shù)據(jù)模型進行程序化處理，從而使得該模型實現(xiàn)仿真。需要注意的是，在物體仿真模型實現(xiàn)時，所使用編程語言眾多，技術(shù)人員必須在充分結(jié)合數(shù)據(jù)模型特征以及相關(guān)要求基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)分析，隨后準確地使用編程語言將其模型化，最后通過程序化管理，確保仿真模型實現(xiàn)。
2.3仿真模型驗證
在上述工作完成后，為了確保所構(gòu)建物體仿真模型有效性，技術(shù)人員需要對其進行驗證。此項工作的重點主要是在于對該模型中數(shù)據(jù)根據(jù)相關(guān)方法開展驗證，隨后技術(shù)人員根據(jù)相關(guān)標準對驗證結(jié)果進行判斷，從而確定該仿真模型是否達到要求。
3計算機仿真技術(shù)與信息處理結(jié)合探究
正如上文所述，計算機仿真技術(shù)的實現(xiàn)在很大程度上依賴于信息處理，將二者相結(jié)合對仿真來說不但有助于有效地提升其效果，同時也可以使得仿真實驗功能不斷完善;而對于信息處理而言，則可以在把抽象的信息進行可視化、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。有鑒于此，加強二者地結(jié)合與應用逐漸成為了當前主要發(fā)展趨向。對此，下面筆者將二者一些結(jié)合進行簡單闡述。
3.1計算機仿真技術(shù)與光信息處理結(jié)合
光信息處理具有速度快、容量大、可并行等優(yōu)點，是一類極為先進的信息處理技術(shù)。而計算機技術(shù)對二維圖像信息的處理有著顯著的優(yōu)勢，將二者進行有效結(jié)合，可以有效識別圖像特征、增強圖像處理能力。例如CAI、CAD等軟件都是現(xiàn)階段科學研究工程實際的新手段。
3.2計算機仿真技術(shù)與軟件信息處理結(jié)合
除了上述與光信息處理相結(jié)合外，計算機仿真技術(shù)與軟件信息處理結(jié)合也是當前極為重要的一種形式，而在此其中以matlab軟件最為典型。該軟件作為計算機重要軟件之一，不但涉及矩陣運算以及信息處理等眾多方面，同時還具有很高的靈活性。除此之外，該軟件在信息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(yōu)點，因而使得其成為了當前計算機仿真技術(shù)與軟件信息處理重要的結(jié)合與應用。結(jié)合實踐來看，技術(shù)人員在運用matlab軟件時，首先將所要處理的信息輸入到其中，隨后該軟件按照相關(guān)設(shè)定開展仿真模擬，然后計算機在此基礎(chǔ)上對信息開展可視化處理，如此一來將極大程度地提升信息處理工作準確性以及效率。
4結(jié)束語
總而言之，計算機仿真技術(shù)是現(xiàn)階段應用較為廣泛的計算機技術(shù)，并且定將在未來發(fā)展的道路上越走越遠。而對于信息處理來說，大部分信息處理技術(shù)已被植入到計算機仿真技術(shù)當中，將二者相互結(jié)合起來，不能呈現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，并且極具發(fā)展空間，具有極為廣闊的研究價值。
參考文獻:
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大一計算機仿真技術(shù)專業(yè)期末論文篇二
汽車催化器設(shè)計中計算機仿真技術(shù)的應用
[摘要]
隨著汽車發(fā)動機及排放技術(shù)的發(fā)展，催化器的設(shè)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仿真技術(shù)，特別是CAE和CFD技術(shù)在汽車催化轉(zhuǎn)化器設(shè)計中的應用。CAE以及CFD技術(shù)的應用，大幅縮短了汽車催化器設(shè)計的周期，且降低了設(shè)計成本，使催化器產(chǎn)品的可靠性得到顯著提升。相關(guān)的分析工作表明催化器支架設(shè)計前，應首先對整體結(jié)構(gòu)的模態(tài)進行評價，根據(jù)振動形式的分布來確定支架的布置方向;流場的合理性對產(chǎn)品的性能產(chǎn)生重要影響，載體前端部分要盡量避免過小的轉(zhuǎn)彎半徑導致的紊流現(xiàn)象。
[關(guān)鍵詞]CAE;模態(tài);剛度;沖壓工藝
1前言
近年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，汽車已經(jīng)走進眾多的家庭，正逐步從奢侈品變?yōu)槌鞘猩畹谋匦杵?。汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶給人們出行便捷的同時，也帶來了日益嚴重的環(huán)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性能的重要標準。國Ⅳ、國Ⅴ排放標準的制定和執(zhí)行，愈發(fā)體現(xiàn)出了催化器對整車性能的重要性，隨著發(fā)動機技術(shù)的不斷發(fā)展，對催化器的設(shè)計也提出了更高的要求，緊耦合式歧管、渦輪增壓技術(shù)都使催化器的結(jié)構(gòu)朝著異形化的方向發(fā)展，催化轉(zhuǎn)化器在設(shè)計中不但要滿足高溫、強震動下的剛度要求，更要實現(xiàn)最優(yōu)化的內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)。
2模態(tài)分析對結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響
作為汽車發(fā)動機排氣系統(tǒng)的重要組成部分，催化器決定了汽車排放性能的優(yōu)劣。隨著汽車排放標準的不斷提升，催化器的位置也越發(fā)靠近發(fā)動機熱端，目前常見的排放系統(tǒng)，常常將催化器布置在發(fā)動機排氣歧管或是渦輪增壓器的出口位置，這也使得催化器處于高溫、強振的工作環(huán)境中。為了滿足排氣系統(tǒng)的使用壽命的要求，在催化器的設(shè)計階段，就必須考慮結(jié)構(gòu)的強度、剛度和耐久性能，而這其中，催化器的模態(tài)對催化器的性能至關(guān)重要，目前的四缸發(fā)動機設(shè)計準則中，一般要求催化器在高溫下的一階模態(tài)達到210Hz[2]。
2.1邊界條件的設(shè)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性能有很大的影響，根據(jù)材料力學性能的試驗數(shù)據(jù)，800℃時的不銹鋼材料性能大約只有常溫下材料性能的1/6，因此進行模態(tài)分析時必須要考慮溫度場帶來的影響。由于發(fā)生化學反應，使得載體區(qū)域壁面溫度較高，約為800~900℃，非載體區(qū)域的壁面溫度在400~500℃之間。
2.1.2材料屬性的定義在模態(tài)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(chǎn)生明顯的下降。通過實驗手段測得不銹鋼材料彈性模量隨溫度的變化關(guān)系，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)曲線擬合成二次多項式：將此公式作為模態(tài)分析時彈性模量的輸入。材料的密度隨溫度的變化并不明顯，因此按照常溫下的材料密度值進行設(shè)定，泊松比一般取在0.2~0.3之間。對于排氣管內(nèi)的氣體，假設(shè)其為理想氣體，是單向的牛頓流體，在進行計算時，設(shè)定其可壓縮性對計算結(jié)果會產(chǎn)生明顯影響，馬赫數(shù)MH=V/a，V為當?shù)厮俣?，a為當?shù)匾羲?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(jié)果就會有明顯的差別[3]。
2.2計算結(jié)果
2.2.1初始設(shè)計結(jié)構(gòu)在初始設(shè)計中，考慮到發(fā)動機安裝空間的情況，將催化器支架設(shè)計成為圖1中右側(cè)的結(jié)構(gòu)，該支架與中間段軸線呈傾斜布置，該方案的一階模態(tài)160Hz，沒有達到催化器的設(shè)計要求。而在后續(xù)的臺架試驗中，催化器的確在在中間段位置出現(xiàn)了多次斷裂。說明該設(shè)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(yōu)化及整體剛度的調(diào)整[4]。
2.2.2改進方案將支架設(shè)計成了對稱的“雙L”型結(jié)構(gòu)，并且支架的布置方向與中間段軸線垂直。該支架作用下的整體模態(tài)達到300Hz，滿足設(shè)計要求，并且支架沒有增加安裝孔位，便于裝配。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熱沖擊試驗均達到了滿意的效果;另外，良好的裝配工藝性，也在后續(xù)的量產(chǎn)中收獲了不錯的效果，裝配效果更加穩(wěn)定。
2.3模態(tài)計算與支架設(shè)計
通過多個類似催化器支架的設(shè)計，得到這樣的設(shè)計經(jīng)驗：支架的走向?qū)φw結(jié)構(gòu)的模態(tài)有明顯的影響。產(chǎn)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(shè)計方案中的支架走向與催化器主體結(jié)構(gòu)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(shè)計初期，首先要關(guān)注主體結(jié)構(gòu)的振動形式，并根據(jù)振動的方向來設(shè)計支架走向，保證催化器支架能最大限度的提升整體結(jié)構(gòu)的剛度。
3CFD分析對催化器流道設(shè)計的影響
催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)會對排氣性能產(chǎn)生很大影響，在設(shè)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參數(shù)的影響。在早期的排氣系統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計師更多通過經(jīng)驗來判斷流場的結(jié)構(gòu)是否合理;而隨著CFD技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)能通過計算機仿真來真實的模擬流場內(nèi)部的氣流情況。圖2是某渦輪增壓發(fā)動機催化器的設(shè)計方案，由于裝車環(huán)境的限制，流場在前錐出現(xiàn)較大拐角。通過CFD分析，我們得到了圖2所示的流場分布結(jié)果。能夠看出，流場在載體及后錐等部分氣流速度分布規(guī)則、流場均勻，而在前錐位置，由于過大的拐角，導致氣流在拐彎后的錐形區(qū)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(zhuǎn)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(yōu)化，我們發(fā)現(xiàn)，氣流在拐彎后沒有足夠的直線管道來幫助氣流方向恢復穩(wěn)定，因此優(yōu)化時應該考慮在拐彎后增加適當?shù)闹本€管路;另外，氣流在拐彎內(nèi)側(cè)部分氣流速度最大，并在該處形成離心現(xiàn)象，導致后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(xiàn)象，也會對整體氣流有優(yōu)化作用;最后我們發(fā)現(xiàn)，過大的錐形區(qū)域也給渦流的產(chǎn)生提供的空間，設(shè)計時合理的減小該錐形空間，能夠減小渦流產(chǎn)生的規(guī)模，提高整體流場的穩(wěn)定性。根據(jù)該思路，對催化器前端的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，綜合考慮各個因素后，將載體向后平移了15mm，這樣就為催化器前端創(chuàng)造了更大的空間，考慮到盡量減小錐形區(qū)域，因此設(shè)計成圖3所示相對扁平的錐體結(jié)構(gòu)，再配合一根弧度更大的彎管，完成了優(yōu)化后的方案。優(yōu)化后的流場在催化器前端的流動更加平穩(wěn)，由于彎管的弧度增大，氣流在拐彎前后的分布更加均勻，錐形空間的減小也大大限制了渦流區(qū)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，應該說流場的分布情況滿足了設(shè)計要求。
4結(jié)論
1)在催化器支架設(shè)計時，應充分考慮整體結(jié)構(gòu)在發(fā)動機上的布置形式、布置方向及其隨發(fā)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(shè)計前，應首先對整體結(jié)構(gòu)的模態(tài)進行評價，通過CAE手段得到其整體結(jié)構(gòu)在各階固有頻率(主要是一階固有頻率)下的振動形式，根據(jù)振動形式的分布，來確定支架的布置方向;
3)流場的合理性對產(chǎn)品的性能產(chǎn)生重要影響，載體前端部分要盡量避免過小的轉(zhuǎn)彎半徑，小半徑彎管不但工藝實現(xiàn)比較復雜，對流場的均勻性也帶來不利影響;另外，在角度突變的區(qū)域應該避免出現(xiàn)較大錐形空間出現(xiàn)。
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大一計算機仿真技術(shù)專業(yè)期末論文篇三
復雜系統(tǒng)計算機仿真設(shè)計
復雜系統(tǒng)成為目前國家發(fā)展主要解決的問題之一。復雜系統(tǒng)涉及的范圍有社會、政治、軍事、管理、經(jīng)濟、生物、工程等方面。復雜系統(tǒng)直接影響著社會各個層面的活動，增加了研究復雜系統(tǒng)的難度，隨著社會的不斷發(fā)展，對復雜系統(tǒng)進行科學有效的研究尤其重要，因此，相關(guān)部門要加大復雜系統(tǒng)計算機仿真的研究與設(shè)計。
1復雜系統(tǒng)概述
1.1復雜系統(tǒng)的含義
目前我國對復雜系統(tǒng)還沒有明確的定義，對復雜系統(tǒng)的理解還處于研究階段。大家所理解的復雜系統(tǒng)主要是指巨大的元素數(shù)量組成的系統(tǒng)，而系統(tǒng)各元素之間具有隨機性、非線性的依存關(guān)系，系統(tǒng)功能難以利用抽象描述、形式化描述體現(xiàn)出來。如金融證券市場就可以視為一個復雜系統(tǒng)，而該復雜系統(tǒng)的組成元素主要包括國家金融、監(jiān)管機構(gòu)、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復雜系統(tǒng)的特點
復雜系統(tǒng)的主要特點有不可計算性、自主性、關(guān)聯(lián)性、開放性。不可計算性主要是指復雜系統(tǒng)的行為難以通過數(shù)學的方式描述出來，各元素行為的總和不等同于復雜系統(tǒng)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(guī)劃來完成，全局控制在復雜系統(tǒng)中是不存在的。關(guān)聯(lián)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，甚至可以影響整個復雜系統(tǒng)的狀態(tài)、行為。開放性是指系統(tǒng)的元素種類多且數(shù)量大，在對復雜系統(tǒng)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(xiàn)、聚集的方法，復雜系統(tǒng)簡化常通過元素聚類、集來實現(xiàn)。
2復雜系統(tǒng)計算機仿真的應用
2.1自適應Agent
復雜系統(tǒng)計算機仿真應用平臺最具影響力的設(shè)計是由美國桑培飛研究提出的自適應Agent仿真平臺。不同智能主體Agent通過單機中的若干線程和進程構(gòu)成，包括反應Agent、交互Agent、控制/顯示Agent、局部Agent、全局Agent、對象管理、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，交互Agent能夠完成網(wǎng)絡的交互，控制/顯示Agent能夠完成人機交互，局部Agent或全局Agent能夠進行通信。而所有的Agent智能主體都具有反應能力、交互能力、自治性。當仿真感知到信息的時候反映體就會做出決策，例如證券交易原則，對于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(xiàn)上升趨勢證券，反之則買進若干倍的證券。
2.2智能仿真平臺
智能仿真平臺主要具有兩方面內(nèi)容，一是具有控制/顯示Agent、自適應Agent的智能主體，代表復雜系統(tǒng)的基本元素，而這些復雜系統(tǒng)主要是國家、公司、機構(gòu)、證券交易中的散戶。二是全局Agent、局部Agent、交互Agent等實現(xiàn)基本元素關(guān)聯(lián)的智能主體。其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示.不同RII接口Agent通過網(wǎng)絡傳輸信息，而RII再對其進行綜合性服務。實現(xiàn)各個Agent之間的相互作用。
3復雜系統(tǒng)計算機仿真的設(shè)計
復雜系統(tǒng)計算機仿真設(shè)計主要是從基于HLA框架中RTI的多種智能主體Agent分布的仿真平臺。主要包括時間推進、事件處理、信息分發(fā)、主體控制。充分發(fā)揮HLA框架中RTI的強大功能，而RTI主要功能有數(shù)據(jù)分析管理、聲明管理、時間管理、屬性管理、主體管理、全局管理。另外RTI服務應與多Agent仿真環(huán)境需求相對應。如對象管理OM和聯(lián)邦管理FM對應主體控制;時間管理服務TM對應時間;數(shù)據(jù)分發(fā)管理服務DDM、數(shù)據(jù)管理DM與信息分發(fā)相對應。
但是這種仿真平臺還存在局限，HLA框架中RTI對Agent之間的通信缺少支持，而在Agent中通信服務很重要，而基于HLA框架中RTI服務難以滿足其要求，對個元素的關(guān)系也無法實現(xiàn)具體描述。因此，為了解決HLA框架中RTI對Agent之間缺少通信支持的問題，可以使用增加ML(中間層)在RTI和Agent軟件之間的方法。例如AgentA將信息通過ML傳輸?shù)絉TI，然后RTI進行分析服務，將從ML接收到的信息分為到B的信息、到C的信息，然后在經(jīng)過ML分別傳到AgentB和AgentC。最終實現(xiàn)Agent之間的通信。而ML中間層的主要作用是解釋和分裝仿真環(huán)境中的自適應Agent和HLA中的RTI服務功能之間的通信。
增加HLA框架中RTI對Agent的通信支持。由于HLA框架中RTI和Agent之間通過ML中間層解釋信息，有可能會增加Agent元素之間的數(shù)據(jù)流通量，而在這時數(shù)據(jù)分發(fā)的數(shù)量可以利用RTI的路由空間進行限制。通過RTI對接受、發(fā)送數(shù)據(jù)的約束，能夠為Agent邦元得到所需信息提供保障。例如在同一電臺中的不同頻道接收、發(fā)送信息，頻道接受、發(fā)出的信息可以由RTI的路由空間進行約束，根據(jù)邦元的ID作為路由空間的參數(shù)，只允許在這個頻道上的不同邦元可以對相關(guān)信息進行接收。還可以根據(jù)發(fā)送者的需求對路由空間進行有選擇性的使用。
4結(jié)論
綜上所述，通過對復雜系統(tǒng)計算機仿真的研究和設(shè)計，可以了解到復雜系統(tǒng)的重要性，對我國政治、經(jīng)濟、社會發(fā)展等方面具有非常重要的意義。通過應用和設(shè)計計算機仿真平臺實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)的有效描述，從而促進社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學的進步。
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