大一計算機仿真技術專業(yè)期末論文
近年來,隨著控制理論、計算技術、計算機科學與技術的發(fā)展,系統(tǒng)科學研究的深入,計算機仿真技術已經(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專業(yè)期末論文，供大家參考。
大一計算機仿真技術專業(yè)期末論文篇一
計算機仿真技術與信息處理結合分析
摘要:進入新時期以來，得益于計算機技術不斷進步，仿真技術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，使得人們能夠通過構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)生產建設中去。而信息處理作為計算機重要的基礎組成，仿真技術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，對計算機仿真技術進行概述，并分析該技術，最后在探究其與信息處理的結合。
關鍵詞:計算機;仿真技術;信息處理;結合;探究
1計算機仿真技術概述
計算機仿真技術(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、規(guī)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?？梢詫崿F(xiàn)在實際情況下難以或無法實現(xiàn)對物體內部構造模擬，隨后再輔以相關技術，讓我們能夠全面而準確地掌握物體。正是憑借于這一優(yōu)勢，使得計算機仿真技術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。
2計算機仿真技術分析
計算機仿真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、圖像處理分析與數(shù)字化等技術。通過研究可知，該技術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)模型構建
實踐中，計算機仿真技術運用第一個步驟便是對物體進行數(shù)據(jù)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(xiàn)數(shù)據(jù)模型構建，有時則需要將這二者結合，這需要技術人員根據(jù)相關要求決定。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)在此基礎上根據(jù)所設定參數(shù)對上述數(shù)據(jù)開展演繹分析，將該物體數(shù)據(jù)模型構建起來。
2.2物體仿真模型實現(xiàn)
當物體數(shù)據(jù)模型構建起來后，技術人員需要對其進行仿真模型實現(xiàn)。簡單來說，就是技術人員通過使用編程語將所構建數(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，技術人員必須在充分結合數(shù)據(jù)模型特征以及相關要求基礎上進行數(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，為了確保所構建物體仿真模型有效性，技術人員需要對其進行驗證。此項工作的重點主要是在于對該模型中數(shù)據(jù)根據(jù)相關方法開展驗證，隨后技術人員根據(jù)相關標準對驗證結果進行判斷，從而確定該仿真模型是否達到要求。
3計算機仿真技術與信息處理結合探究
正如上文所述，計算機仿真技術的實現(xiàn)在很大程度上依賴于信息處理，將二者相結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合進行簡單闡述。
3.1計算機仿真技術與光信息處理結合
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。而計算機技術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計算機仿真技術與軟件信息處理結合
除了上述與光信息處理相結合外，計算機仿真技術與軟件信息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與軟件信息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設定開展仿真模擬，然后計算機在此基礎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結束語
總而言之，計算機仿真技術是現(xiàn)階段應用較為廣泛的計算機技術，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已被植入到計算機仿真技術當中，將二者相互結合起來，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專業(yè)期末論文篇二
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(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;流場的合理性對產品的性能產生重要影響，載體前端部分要盡量避免過小的轉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構朝著異形化的方向發(fā)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(xiàn)最優(yōu)化的內部流場結構。
2模態(tài)分析對結構設計的影響
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(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(fā)動機安裝空間的情況，將催化器支架設計成為圖1中右側的結構，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)化及整體剛度的調整[4]。
2.2.2改進方案將支架設計成了對稱的“雙L”型結構，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：支架的走向對整體結構的模態(tài)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，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性能產生很大影響，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，氣流在拐彎內側部分氣流速度最大，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(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結論
1)在催化器支架設計時，應充分考慮整體結構在發(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，應首先對整體結構的模態(tài)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(jù)振動形式的分布，來確定支架的布置方向;
3)流場的合理性對產品的性能產生重要影響，載體前端部分要盡量避免過小的轉彎半徑，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)。
[參考文獻]
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大一計算機仿真技術專業(yè)期末論文篇三
復雜系統(tǒng)計算機仿真設計
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，相關部門要加大復雜系統(tǒng)計算機仿真的研究與設計。
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、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、證券交易中的散戶。二是全局Agent、局部Agent、交互Agent等實現(xiàn)基本元素關聯(lián)的智能主體。其具體結構如圖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)計算機仿真的設計
復雜系統(tǒng)計算機仿真設計主要是從基于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結論
綜上所述，通過對復雜系統(tǒng)計算機仿真的研究和設計，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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