淺談計算機仿真技術論文
隨著計算機的不斷普及,人們的衣、食、住、行都與計算機網(wǎng)絡息息相關。下面是學習啦小編為大家整理的計算機仿真技術論文，供大家參考。
計算機仿真技術論文范文一：化工中計算機仿真技術研究
摘要：目前，計算機逐漸被普及到生活生產(chǎn)各個方面，并逐漸被拓展至化工行業(yè)內(nèi)應用，計算機仿真技術化工行業(yè)內(nèi)應用范圍漸漸被擴大，某種特殊程度上促進化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。本文由計算機仿真技術化工行業(yè)應用角度闡述該技術優(yōu)勢，以及對其應用必要性，希望可以對相關工作者帶來一些啟示。
關鍵詞：計算機仿真技術;化工;應用
伴隨科學技術逐漸發(fā)展進步，化工行業(yè)設施裝置逐漸趨于大型化、復雜化發(fā)展，自動化水平逐漸提升，操作要求更加嚴格。需要相關操作人員與技術人員漸漸提升自身業(yè)務能力與水平，不單確保生產(chǎn)設備能夠穩(wěn)定安全與長期運行，還需要有關工作者對于發(fā)現(xiàn)事故做到盡快合理處理，爭取避免有所損失。在化工行業(yè)里，傳統(tǒng)培訓體系偏向于師傅帶領徒弟傳幫帶形式，而有關工作人員對于故障處理的能力，通常要靠長時間實踐積累為主，還要具備資歷師傅將其所掌握的原封不動傳授給徒弟。該方式比較真實，但卻受到授培訓時間與周期限制，培訓內(nèi)容缺少豐富性，某種程度上有可能增加相關工作者獨立上崗時間，不符合生產(chǎn)技術可持續(xù)發(fā)展與生產(chǎn)裝置更新所需。
1應用計算機仿真技術重要性
化工行業(yè)常需要針對部分具體工程設備與工藝流程予以操作，才逐漸深入至崗位操作人員，然后通過培訓，培訓工作通常結(jié)合實物掛圖與微縮器具將知識傳授出去，傳授過程比較枯燥。實物掛圖與教具基于實用因素與經(jīng)濟因素，并不選擇大尺寸，致使所有培訓工作人員詳細掌握相關操作與原理。結(jié)合3D技術繪制能夠讓設備形象更趨于逼真化，可做任意旋轉(zhuǎn)，使培訓工作人員可實現(xiàn)全方位觀察工藝與設備[1]。結(jié)合Flash技術制作設備動畫有效代替掛圖，對設備動態(tài)進行演示的時候更為生動形象，幫助相關人員針對設備工作原理予以掌握，能夠很好帶動培訓人員熱情。并且，使用設備較為方便，對使用要求可以很好滿足。
2基于計算機仿真技術化工數(shù)據(jù)模型
結(jié)合計算機做仿真模擬，是把化工過程數(shù)理帶入計算機當中，接下來經(jīng)計算機把工藝過程進行模擬與反映。所有原理基于人為因素轉(zhuǎn)變，可以得到與之匹配反應過程與反應結(jié)果變化值。通常情況下它存在下述優(yōu)勢。其一，友好人機交互界面。當前，諸多化工業(yè)模擬軟件設計規(guī)則都以微軟公司為基礎，使相關工作者能快速上手并投入相關操作中，讓相關人員感到輕松便捷，培養(yǎng)濃厚實驗興趣，并充分調(diào)動起工作積極性與能動性。其二，對工程裝備的性能反應較為真實[2]。要充分分析化工設備反應過程，建立同它相互匹配模型，憑借實驗把所有過程全權反映出來，對操作工人熟練快速掌握操作技能非常有利。我們在下述文章中列舉一個化工工業(yè)常會涉及到的一個模型，希望可以供相關操作人員參考。計算機仿真系統(tǒng)具有許多特點，如重復、復雜性和多個，20世紀50年代初，西方國家一直在計算機仿真系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性進行了研究，并取得了非常重要的影響。仿真系統(tǒng)對我國化工行業(yè)也進行了一系列的設計和研究，但也限于靜態(tài)研究范疇。
3針對電子數(shù)字方面的研究
基于計算機仿真系統(tǒng)的特點，可以把它看作是非線性的本質(zhì)，及其相對高階的時候，分析方法和經(jīng)典控制理論，計算機模擬在化工系統(tǒng)動態(tài)性能研究是非常困難的[3]。本文通過計算機在電子數(shù)字計算機系統(tǒng)微積分方程，計算，介紹了結(jié)合時域動態(tài)性能指標體系，這將最終調(diào)整方案出來。第一，系統(tǒng)是穩(wěn)定的;第二，在數(shù)值計算時，系統(tǒng)的輸入值等于0.0123;第三，在排除干擾因素，把化學工作在正常狀態(tài);第四，干擾因素考慮在內(nèi)的情況下，各種干擾因素也作為單獨的個體來處理。本文通過預測校正格式，歐拉方法是迭代微分方程數(shù)值積分計算。
4計算機仿真系統(tǒng)的改進方案
當前，化工仿真系統(tǒng)應用范圍很廣，但由于化工設備操作和較大的工藝流程不同，當前的仿真軟件，仿真機器，更好的培訓新員工無法滿足，因此，未來的新的仿真技術和仿真軟件的發(fā)展空間仍然是大[4]。未來，應該與自動控制理論相結(jié)合，適當參考校正環(huán)節(jié)能有效地改善系統(tǒng)動態(tài)性能的質(zhì)量，使其有較高的穩(wěn)定性和抗干擾能力。可以連接到氣體的輸入端仿真系統(tǒng)的微分和積分負反饋環(huán)節(jié)，最終會使動態(tài)性能大大提高，它相當于系列的介紹和鏈接。我們計算的結(jié)果可以看出，只要相應的參數(shù)選擇正確獲得超出預期的效果。微分和積分部分的結(jié)構可以被視為一種天然氣供應預感橋，放置在相同的速度管道溫度傳感器已經(jīng)變成一座橋兩個手臂，表達時間常數(shù)很小，時間常數(shù)相對較長。仿真系統(tǒng)的輸入結(jié)構的負面反饋鏈接到系統(tǒng)具有更好的動態(tài)性能。基于基本知識理論，修正的鏈接對系統(tǒng)控制精度的影響，通過計算結(jié)果我們可以看到，只要精心挑選的組件參數(shù)，達到理想的效果是指日可待。我們提倡這項計劃的最明顯的特征是它簡單易操作，換句話說，只要其中一個傳感器連接到導管，同時本文串并聯(lián)在同一橋臂上面的。連接到放大器的輸入和先進的網(wǎng)絡，結(jié)合線性系統(tǒng)的自動控制原理做提前修正原則，與放大器的輸入電阻和電容組成先進的網(wǎng)絡，可以很好的改善系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)。討論上述3種改進方案是基于先進的理論為基礎，由計算結(jié)果可以看到，他們所有的3種基本上可以改善系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)。第一種和第二種的系統(tǒng)還可以明顯改善方案來提高抗干擾能力。和改進項目的這些類是基于現(xiàn)有技術的前提下，沒有相對比較容易實現(xiàn)的障礙。當然，想把他們對實際系統(tǒng)的引用，還需要很長一段時間。
5結(jié)語
目前，計算機仿真技術生產(chǎn)與培訓方面應用比較多，所以，要著重強化對仿真軟件與仿真機器開發(fā)設計，計算機仿真技術進一步推廣，要對該項技術加速深化，讓它的應用范圍與性能得以提升。計算機仿真技術應用，促進高新技術更進一步發(fā)展，促進科學技術加速發(fā)展，同一時間為化工行業(yè)提供更為廣闊發(fā)展空間。未來可持續(xù)發(fā)展當中，化工行業(yè)把握計算機仿真技術應用措施，為企業(yè)贏得更多收益。
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計算機仿真技術論文范文二：汽車催化器設計中計算機仿真技術的應用
[摘要]
隨著汽車發(fā)動機及排放技術的發(fā)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仿真技術，特別是CAE和CFD技術在汽車催化轉(zhuǎn)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周期，且降低了設計成本，使催化器產(chǎn)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(jié)構的模態(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)動機技術的不斷發(fā)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(jié)構朝著異形化的方向發(fā)展，催化轉(zhuǎn)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(xiàn)最優(yōu)化的內(nèi)部流場結(jié)構。
2模態(tài)分析對結(jié)構設計的影響
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，在催化器的設計階段，就必須考慮結(jié)構的強度、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重要，目前的四缸發(fā)動機設計準則中，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(jié)果會產(chǎn)生明顯影響，馬赫數(shù)MH=V/a，V為當?shù)厮俣龋琣為當?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初始設計結(jié)構在初始設計中，考慮到發(fā)動機安裝空間的情況，將催化器支架設計成為圖1中右側(cè)的結(jié)構，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改進方案將支架設計成了對稱的“雙L”型結(jié)構，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)計算與支架設計
通過多個類似催化器支架的設計，得到這樣的設計經(jīng)驗：支架的走向?qū)φw結(jié)構的模態(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;而初始設計方案中的支架走向與催化器主體結(jié)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(jié)構的振動形式，并根據(jù)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(jié)構的剛度。
3CFD分析對催化器流道設計的影響
催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)部流場結(jié)構會對排氣性能產(chǎn)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參數(shù)的影響。在早期的排氣系統(tǒng)設計中，設計師更多通過經(jīng)驗來判斷流場的結(jié)構是否合理;而隨著CFD技術的不斷發(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，因此設計成圖3所示相對扁平的錐體結(jié)構，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計要求。
4結(jié)論
1)在催化器支架設計時，應充分考慮整體結(jié)構在發(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)催化器支架設計前，應首先對整體結(jié)構的模態(tài)進行評價，通過CAE手段得到其整體結(jié)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(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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