减少屏幕时间：减少每天使用电子产品的时间，包括电脑、手机、电视等。每20分钟休息一下眼睛，看看远处的景物至少20秒。调整屏幕亮度和对比度：将屏幕亮度和对比度调整到舒服的水平，避免太亮或太暗。减少蓝光暴露，可以使用蓝光过滤软件或屏幕保护膜来过滤掉蓝光。保持充足的睡眠：确保每天获得足够的睡眠，有助于减少眼睛疲劳。睡眠时，眼睛可以得到休息和修复。经常眨眼：眨眼有助于保持眼睛湿润，减少眼睛疲劳。有意识地增加眨眼次数，尤其是在长时间使用电子产品时。使用人工泪液：使用人工泪液可以帮助缓解眼睛干燥和疲劳。人工泪液可以帮助保持眼睛湿润，减少刺激。调整工作环境：确保工作环境的光线充足，避免太暗或太亮。使用合适的桌子和椅子，确保眼睛与屏幕保持适当的距离。定期进行眼保健操：定期进行眼保健操可以帮助放松眼睛，缓解眼睛疲劳。眼保健操有很多种，可以根据自己的情况选择合适的练习。保持健康的饮食习惯：饮食中摄取足够的维生素A、C和E，以及ω-3脂肪酸，有助于维持眼睛健康，缓解眼睛疲劳。多吃水果、蔬菜和全谷物，少吃加工食品和含糖饮料。规律体检：定期进行眼科检查，可以帮助发现和治疗潜在的眼部问题，防止眼睛疲劳的发生。如果眼睛疲劳症状严重或持续存在，应及时就医。...

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图书名称：《方程式赛车动力学仿真》【作者】王孝鹏作【页数】586【出版社】成都：西南交通大学出版社,2021.08【ISBN号】978-7-5643-8071-7【价格】160.00【参考文献】王孝鹏作.方程式赛车动力学仿真.成都：西南交通大学出版社,2021.08.图书封面：《方程式赛车动力学仿真》内容提要：本书内容主要包含：（1）系统性介绍了方程式赛车的转向系统、车身系统、动力系统、制动系统、路面模型等。（2）系统性介绍了横向稳定杆模型，采用衬套特性模拟横向稳定杆的扭转刚度，模型整体简单，计算速度快，通过改变衬套刚度可以快速更改稳定杆特性；采用有限元柔性体MNF文件建立真实的横向稳定杆并模拟其特性，模型较为复杂，计算速度较慢。（3）系统性介绍了不同种类的悬架模型（悬架模型是本书的核心）。（4）针对悬架前束角与外倾角，介绍其优化实验方法。（5）针对后轮随动转向、悬架变刚度特性、制动联合仿真案例，系统性介绍了问题的研究方案，同时分析模型并形成结论。本书可作为高等院校高年级本科生、研究生及汽车工程研究院设计研发人员的学习用书，也可作为车辆系统动力学爱好者的参考资料。...

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图书名称：《ANSYS电池仿真与实例详解流体传热篇》【作者】井文明，宋述军，张寅作【页数】280【出版社】北京：机械工业出版社,2021.09【ISBN号】978-7-111-68662-0【价格】89.00【分类】锂离子电池-仿真-有限元分析-应用软件-燃料电池-仿真-有限元分析-应用软件【参考文献】井文明，宋述军，张寅作.ANSYS电池仿真与实例详解流体传热篇.北京：机械工业出版社,2021.09.图书封面：图书目录：《ANSYS电池仿真与实例详解流体传热篇》内容提要：本书重点讲述了锂离子电池和燃料电池的仿真技术，通过对电池工作过程中的流动、传热、电化学、热电耦合、热失控等场景进行仿真，并通过不同类型电池、不同维度的仿真实例进行讲解，帮助读者建立电池仿真的必要知识和流程，并为其具体工程排除问题时提供方法或思路，促进我国新能源行业电池设计水平的提高。本书可供刚进入新能源行业从事电池设计的工程师阅读，同时兼顾有多年实际工作经验的工程技术人员，此外，对高校相关专业的学生也大有裨益。《ANSYS电池仿真与实例详解流体传热篇》内容试读第1章电池行业概述由于化石能源的日渐紧缺，同时燃料燃烧引起的环境污染问题，寻找一种清洁可循环的新能源技术成为当今主题。据统计，当前全球汽车保有量大约为8亿辆，全球石油消耗量超过65%属于交通耗费，新能源汽车应运而生。而动力电池作为新能源汽车最重要的核心部件，其成本占据整车的40%左右，是相关行业的重点发展方向。当前动力电池主要包括：铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池、燃料电池等，其中锂离子电池和燃料电池在未来相当长的时间会是新能源的主流方向。1.1中国锂离子电池产业结构根据国家统计局数据显示（见图1-1-1），2013~2015年，中国锂离子电池产由47.7亿支增长至56亿支，平均增速较慢；而在2016年锂离子电池产量迅速增长到84.7亿支，同比增长51.2%：此后锂离子电池产量迎来爆发式增长，连续数年保持两位数增幅，虽然在2019年增速稍有回落，但是其发展势头依旧良好。18060圆年产量（亿支）一同比增速(%)16051.25014012040超1w31.3308025.9602014.14013.812.410203.184.711395702013201420152016201720182019年份图1-1-12013~2019年中国锂离子电池产量和增速ANSYS电池仿真与实例详解一流体传热篇图1-1-2显示了2013~2019年我国3种主要类型锂离子电池（动力电池、消费类电池和储能电池)出货量的占比变化。在2013~2015年，虽然动力电池占比逐年增加，但是消费类电池一直占据着锂离子电池消费的主导；而在2016年开始，消费类电池需求逐渐饱和，动力电池成为锂离子电池产业快速增长的关键支撑。通过锂离子动力电池的快速增长带动电池行业的发展，从而促进新能源汽车行业的革新，是我国在汽车工业领域实现“弯道超车”最有希望的途径。田储能电池丽消费类电池☑动力电池1008060202013201420152016201720182019年份图1-1-22013~2019年中国锂离子电池消费结构占比1.2全球动力电池格局鉴于锂离子动力电池行业巨大的市场前景，各国相关企业纷纷布局动力电池产业，制定了发展规划。在新能源汽车的动力电池产业中，日、韩起步较早，中国则作为后起之秀奋起直追。当前锂离子动力电池行业基本发展成中、日、韩“三足鼎立”的格局，且各自都有行业龙头企业。日本松下(Paaoic)早在1994年就开始研发锂电池，由住友财团支持，2008年开始与全球最大电动汽车企业特斯拉合作，并于2014年共建超级电池工厂。韩国LG化学(LGC)在1996年开始研究锂电池，2010年成为通用雪佛兰Volt电动车唯一供应商。中国企业宁德时代(CATL)作为中国锂电池行业的龙头，创立于2011年，2012年与德国宝马集团达成战略合作，成为其核心供应商。通过对比Paaoic、LGC和CATL在近5年公布的出货量（见图1-2-1）可知，Paaoic在2017年被CATL超越之前一直都是全球最大的锂电池企业，而在此之后，其出货量也紧随第一名之后，实力依旧强劲。CATL得益于中国电池白名单政策，牢牢占据着中2第1章电池行业概述国动力电池市场50%以上，在2017年一跃成为全球出货量最大的锂离子电池公司。LGC相较于前两者出货量较小，但是其产能扩张速度惊人。35LGC32.530☒Paaoic忍CATL282523.4213202107.36.84.62.4341.620152016201720182019年份图1-2-1三大动力电池厂商近5年出货量对比在市场方面，CATL有中国巨大市场做背靠，地位依旧难以撼动，甚至开始布局欧洲市场，市场有望进一步扩大；Paaoic虽然作为特斯拉合作供应商，但是由于其产能不足，特斯拉在中国市场引入LGC之后，LGC开始迅速蚕食Paaoic的份额，达到82.1%。据SNEReearch数据，2020年1~8月，LGC以15.9GWh的出货量跃居全球第一，CATL和Paaoic分别为15.5GWh和12.4GWh。除此之外，韩国三星SDI/SKI、中国比亚迪等众多锂电池企业都在扩大产能，特别重视中国市场，各大主流电池企业都将重要的生产基地建设在中国，竞争逐渐白热化，同时全球锂离子动力电池的格局也在时刻发生变化。1.3动力电池技术现状目前，动力电池市场主要有三元锂电池、LiFePO4电池、LiM2O4电池、钛酸锂电池(根据正极材料形式命名)等。从动力电池整体配套的情况来看，三元锂电池和LiPO,电池占据了动力电池的大部分市场。由表1-3-1可知，LP04电池在价格、寿命和安全性上都具有较大优势，而三元锂电池的能量密度更大、续航能力更强。根据《中国制造2025》对于动力电池的发展规划可知，到2020年，电池能量密度达到300W/kg。虽然比亚迪等专注于LiFePO,电池研发的“刀片电池”将LiFePO,电池的能量密度提升到新的台阶，但是受到LiFePO,材料性能的限制，依旧难以达到国家规划中对能量密度的要求，而三元锂电池在理论极限上更接近高能量密度的目标，因此毫无争议地成为电池市场专注的重点。由近5年我国主要类型的动力电池市场份额变化（见图1-3-1）可知，三元锂电池市场0ANSYS电池仿真与实例详解一流体传热篇占比逐年增长，并在2018年超过LiFP0,电池的市场份额。由此可见，三元锂电池更加受到市场的青睐。这是因为近些年Li「PO,电池和三元锂电池市场逐渐分化，新能源汽车的增长更多来自于乘用车的市场增长，为了增强续航能力，大多企业选择了三元锂电池，而LFeP04电池主要应用在客车和商用车领域。表1-3-1LiFeP0,电池和三元锂电池性能指标对比性能指标LiFePO.电池三元锂电池正极材料价格/（万元/1）4.112.5电池系统能量密度/(Wh/kg)140160-300电芯价格/（元/Wh)0.70.9循环次数gt20001000安全性较好一般☒区三元锂电池LiFePO4电池☑其他10080604020152016201720182019年份图1-3-1LiFePO,电池和三元锂电池市场份额对比1.4动力电池先进技术分析目前，三元锂电池主要有NCA和NCM两种技术路线。NCA电池的正极材料主要由镍、钴、铝组成，其能量密度高、工艺成熟、成本低，但是主要技术由Sumitomo、Toda、Ecoro等日韩公司垄断。NCA电池的代表型号有：18650型和21700型，能量密度分别达到232~265Wh/kg和260~300Wh/kg,如特斯拉所用的NCA电池就主要使用的是松下的18650型电池。NCA电池具有严苛的制造工艺过程，不仅要求纯氧条件，且在电池生产全过程均要控制湿度在10%以下，这些环境需求让国内厂商望尘莫及。为了绕开NCA材料的技术壁垒，国内多数企业选用了NCM技术路线。NCM电池的正4第1章电池行业概述极材料主要由镍、钴、锰组成，代表型号有：NCM111、NCM523、NCM622和NCM811,其能量密度分别为160Wh/kg、160~200Wh/kg、230Wh/kg和280Wh/kg。目前国内市场上的三元锂电池主要以NCM523体系为主，部分企业开始加速研究NCM622、NCM811材料，CATL公司已经能够将NCM811的能量密度提升到304Wh/kg,随着NCM811在市场上进一步推广，其能量密度将会提升到新的高度。由于三元锂电池主要通过N提供容量，其含量越高，电池的能量密度越大。因此，无论NCA技术还是NCM技术，想要提高动力电池能量密度和续航里程，就要着重对高镍三元材料进行开发。无钴电池最早由Roe等提出，随着不断研究，其中无钴高镍正极材料的LiNi,M.O,(0.5lt1)体系被证明具有清洁环保、价格低廉和比容量高等优点，可能有较高的商业化前景。对于高电压工况，无钴电池更具优势，因此未来也要着重研究高电压电解液。但是当前无钴电池依旧存在倍率性能差、循环稳定性差和阳离子混排等缺陷，难以克服。1.5动力电池仿真技术进展电池模拟研究主要分为两大类：一是基于第一性原理建立模型进行的理论计算，方法包括Hartree-Fock(HF)和DeityFuctioalTheory(DFT),使用软件有MaterialStudio(MS)、VASP(VieaA-iitioSimulatioPackage)、Gauia、WIEN2K、ABINIT、PWcfSIESTA、CRYSTAL等；二是基于有限元或有限体积思想，通过联立方程推导近似解进行仿真模拟研究，主要软件包括COMSOLMultihyic、ANSYS、ABAQUS、ADINA等。总体来说，第一性原理计算擅长于电池材料的微观电子结构及能量计算和预测；有限元及有限体积方程更适合在拥有了电池材料微观参数的基础上需要进一步考虑电池整体宏观性能时的研究，通过建立数学物理模型对电池系统进行多场耦合分析，选取合适的网格和方程，缩短计算时间，减少大量的预实验，对电池各方面性能提供优化方案。现有关于电池仿真的模型主要包含热模型、电学特性模型和老化模型等。这些模型可对电池热效应、容量衰减以及荷电状态等方面展开探索。1.5.1热模型电池热模型用于探索电池产热特性，常见的电-热耦合模型、电化学热耦合模型和热滥用模型多是基于Berardi等引的生热速率模型，用于描述产热率与电流、电池体积、开路电压、工作电压和温度的关系，又可分为不可逆阻抗热和内部熵变引起的化学反应热。Li等)基于此将准二维电化学模型和三维热模型耦合，发现热量主要来源于电池内部反应热极化热和欧姆热。反应热是可逆热且熵变对其有巨大影响。极化热由破坏内部平衡时释放的能量转化而来。欧姆热作为总热量的重要来源之一，主要包括3部分：L在固体相中嵌入嵌出的热量；在电解液中的迁移热；集流体产生的欧姆热。结果显示正极可逆热对总可逆热的贡献比负极大，而不可逆热则主要由负极贡献。5ANSYS电池仿真与实例详解一流体传热篇Ghalkhai等6建立了电化学-热耦合瞬态模型，研究电池内部热量和电流密度分布，发现电池极耳处温度高于其他部位温度，且由于正极极耳处的电流密度最大，导致最高温度出现在正极极耳附近。该研究结果可为降低最高温度和提升温度均匀性提供参考，且表明电池设计中一定要考虑极耳的放置问题。电池在高倍率、碰撞、针刺、短路、过充/放等极端情况下运行时会放出大量热量，容易使温度升高，造成热失控。Dog等)建立一个包含电化学热耦合模块和热滥用模块的模型，对大于8C的高倍率充放电情况进行了研究。发现放电过程更容易使电池过热，导致热失控：较高倍率充电时电阻损失较大，会导致截止电压提前到来，降低电池容量。这项研究重点探索了超过8C充放电时的电池放热情况和热失控机理，对于解决快速充电产热量大的问题有着指导作用。Zhag等8)利用机械-电-热耦合模型研究机械碰撞引起的瞬间短路情况，发现短路瞬间产生的焦耳热是温升主要原因，这是因为接触面积越大，短路电阻越小，电流密度越大，完成相同的电压降所需时间较短，导致升温幅度较大；较小接触面积不会造成热失控，因为电压降非常慢，产生的热量有足够的时间消散。这项工作综合考虑力学、电化学以及热力学多种因素，在研究机械滥用下锂离子电池的安全性能时非常有参考价值，有助于设计更高效安全的电池结构。电池热模型阐明了生热机理和温度分布，便于设计合理的散热方式，保证电池的正常运行。此类模型以热耦合模型研究为主，模型的准确性较好。然而针对针刺等情况的研究较少，且随着电池功率和体积的增大，电池内部的不均匀性会更加明显，上述的简化模型是否符合实际情况则需进一步研究。1.5.2电学特性模型电学特性模型主要有黑箱模型、等效电路模型(EquivaletCircuitModel,ECM)和电化学机理模型，旨在研究不同工况下的电池电压特性。黑箱模型利用电流、电压等数据，通过建立神经网络模型、支持向量机模型、模糊逻辑模型等描述电流、温度、电池荷电状态(SOC)及端电压间的关系。此类模型计算效率高，支持在线估计，但其泛化能力和预测准确度仍需进一步改善。等效电路模型用电路元件等效电池电化学反应，此模型直观性强，准确性可通过和多种算法结合而提高，因此实用性较强。主要有频域模型和时域模型，后者因设备简单而在成本方面具有较大的优势，然而其结构优化及模型准确度与RC阶数的关系仍需进一步探索。Hu等对多种常用ECM进行比较，指出RC阶数在一定范围内时可以提高模型准确度和计算效率，但超出2阶之后反而会起到相反作用。ECM可以与扩展卡尔曼滤波器(EKF)类算法、粒子滤波(Particlefilterig,PF)类算法、滑模观测法、Ho观测法等相互结合，以实现不同准确度的SOC在线估算，EKF类算法因其在非线性过程中独特的优势而与ECM结合最为广泛，然而它的部分参数通过假设获得，使得校准时间过长且计算准确度较低。鉴于此，Wag等o提出一种双无迹卡尔曼滤波器(DUKF)类新算法，考虑了参数的实时变6···试读结束···...

2023-05-15 ansys有限元分析软件 ansys有限元分析用哪个模块

图书名称：《ANSYS电池仿真与实例详解结构篇》【作者】张寅，井文明，宋述军作【页数】379【出版社】北京：机械工业出版社,2021.10【ISBN号】978-7-111-68776-4【参考文献】张寅，井文明，宋述军作.ANSYS电池仿真与实例详解结构篇.北京：机械工业出版社,2021.10.图书封面：图书目录：《ANSYS电池仿真与实例详解结构篇》内容提要：本书以ANSYSMechaical为平台，以理论知识为辅，以具体软件案例操作为主，讲述了电池包结构仿真的思路以及具体实施过程，可以很好地帮助读者理解从理论知识到行业要求和标准，再到实践的具体过程。全书共分4章，包括有限元仿真分析理论、电池包结构分析前处理、电池包结构强度仿真计算、电池包结构疲劳仿真计算。本书适用于从事新能源电池行业的工程技术人员，以及工科相关专业的高年级本科生、研究生，同时可以作为学习ANSYS软件分析应用的相关人员的参考教材。《ANSYS电池仿真与实例详解结构篇》内容试读第1章有限元仿真分析理论1.1有限元分析方法概述1.1.1有限元方法有限元方法(FiiteElemetMethod,FEM),是将有限个单元的连续体离散化，通过对有限个单元做分片插值并求解各种力学和物理问题的一种求解方法。在早期，有限元方法是在变分原理的基础上发展起来的，广泛地应用于与泛函的极值问题相联系的泊松方程和拉普拉斯方程所描述的物理场中，后来在流体力学中利用加权余数法中的最小二乘法或伽辽金法(Galerki)等也获得了有限元方程，不需要与泛函的极值有关系，可以应用到任何微分方程所描述的物理场中。有限元方法是20世纪50年代末60年代初兴起的应用数学、现代力学及计算机科学相互渗透、综合利用的交叉学科。经过50年特别是近30年的发展，已经成为当今工程技术领域应用最广泛、成效最显著的数值分析方法，例如，在基础产业（汽车、船舶、飞机等）和高新技术产业（宇宙飞船、空间站、微机电系统、纳米器件等），更需要新的设计理论和制造方法有限元方法分析计算的基本步骤可以归纳为以下5点：1)结构离散化。将某个机械结构划分成有限个单元组成体，离散后的单元体和单元体之间用节点相互连接起来，并将有限个单元组合成集合体，然后用集合体来代表原来的物体或机械结构。2)单元分析。①选择位移模式：位移模式是表示单元内任意点的位移随位置变化的函数式，这种函数式不能精确地反映单元中真实的位移分布，也是有限元的一种近似行为。采用位移法的时候，物体和结构被离散后，单元中的一些物理量，如位移、应变、应力等都可以用节点位移来表示。通常将有限元方法中的位移表示为坐标变量的简单函数，这种函数叫做位移函数或者位移模式，如ANSYS电池仿真与实例详解一结构篇y=∑a式中，，为待定系数；中为与坐标有关的某种函数。②建立单元刚度方程：选好位移模式和单元的类型后，就可以按照最小势能原理或虚功原理建立单元刚度方程，它实际上是单元的每个节点上的平衡方程，其系数矩阵被称作单元刚度矩阵kσ°=F式中，e为单元编号；σ为单元的节点位置向量；F为单元的节点力向量；k“为单元刚度矩阵，它的每一个元素都反映了一定的刚度特性。③计算等效节点力：物体被离散后，假设力是通过节点从其中一个单元传递到了另一个单元。但是实际物体为连续体，力是从单元的公共边界传递到另一个单元中去的。因此，这种在单元边界的表面力、集中力或体积力都要等效地移动到节点上去，也就是要用等效节点力来替代作用在单元上的力。3)整体分析。有限元方法的分析过程为先分后合，即在建立单元刚度方程后，先进行单元分析，再进行整体分析，把这些方程式集合起来，形成求解域所需要的刚度方程，其称为有限元位移法的基本方程。集成所遵守的原则为各个相邻的单元在共同拥有的节点处具有相同位移。利用结构力学的边界条件和平衡条件把每个单元按照原来的结构方式重新连接起来，形成整体有限元方程Ko=F式中，K是结构的总刚度矩阵；σ是节点的位移方向向量；F是载荷方向向量。4)求解方程并得出节点各方位移：选择最为简明的计算方法得到有限元方程，并且得出位移各方结果。5)由节点各方位移得出所有单元的应变和应力，算出节点各方位移，可以根据弹性力学弹性方程和几何方程计算应力和应变。1.1.2ANSYS分析流程简介ANSYS分析流程主要包含3个步骤，分别为1.建立有限元模型1)创建或者导入几何模型：2)定义材料的各项属性；3)对模型划分有限元网格，使其产生单元和节点；4)定义节点和单元的各项属性。2.对有限元单元施加载荷并且求解1)对有限元单元施加载荷：2)设定模型的边界约束条件：2第1章有限元仿真分析理论3)求解运算。3.查看后处理结果1)查看需要得到的分析结果；2)检查结果。1.2材料力学分析理论基础1.2.1材料力学基本概念1.强度概念材料抵抗外力破坏的能力称为材料的强度。任何的零件都是由特定的材料制造完成的，如果没有外力的作用，则该零件不会发生破坏，如果对该零件施加一定的外力，当外力达到一定的水平时，零件就会被破坏。换句话说，任何材料都有某种抵抗外力破坏的能力，而这种抵抗的能力被称为材料强度。将不同的材料做成标准的试棒在拉伸试验机上进行拉压实验，可以发现有些材料需要较大的力才能被破坏，而有些材料只需要很小的力就能被破坏，也就是说，不同的材料抵抗外力的能力不一样，所以材料强度是有高低的差别。另外需要知道一个概念叫做零件强度，即使是同一种材料做成的试棒，如果试棒的截面积不同，则截面积较大的试棒需要更大的外力才能被破坏，而截面积较小的试棒只需要较小的外力就能发生破坏。所以材料强度和零件强度是两个概念，零件抵抗外力破坏的能力叫做零件强度，它不仅和材料的强度有关，还和零件的几何尺寸大小有关。2.刚度概念材料抵抗外力变形的能力被称为材料的刚度。与材料的强度概念类似，任何材料做成的零件，如果没有外力作用就不会发生变形，如果要使零件发生变形则必须对其施加一定的外力，所以任何材料都有抵抗外力变形的能力，而这种能力被称为材料的刚度。将不同的材料做成标准试棒在拉伸试验机上进行拉压实验，在相同的载荷下，有些材料做成的试棒变形比较大，有些材料做成的试棒变形比较小，变形大的零件其材料的刚度较小，而变形小的零件其材料的刚度较大。与强度概念类似，同一种材料做成的试棒，如果试棒的截面积和长度不同，则在相同的载荷下，其变形也是不相同的，所以零件的刚度和材料的刚度也是两个概念，零件抵抗外力变形的能力被称为零件的刚度，而材料抵抗外力变形的能力被称为材料的刚度。3.稳定性概念零件保持其原有平衡状态的能力被称为零件的稳定性。零件在受到外力的作用时处于一种相对平衡的状态，而这种相对平衡的状态有时候是不稳定的。例如，一个细长的零件受到压力作用，当压力F比较小的时候，细长零件保持平3ANSYS电池仿真与实例详解一结构篇衡状态，当压力F达到某一个临界值时，如果外界有一个很小的扰动，则细长零件就会突然弯曲，有时甚至会直接发生折断，这种现象被称为零件的失稳。零件的失稳是由一种平衡状态变成了另外一种平衡状态，使得整个零件失去了正常工作的能力，有时候会发生非常严重的破坏，所以有些零件也必须考虑稳定性的问题。1.2.2材料力学基本假设1,连续性假设真实的材料组成的零件不可能是完全连续的，一定会有各种孔洞和裂纹等缺陷。这里做了一个简化，假定材料所占的空间区域内全部都占满了物质，不存在各种缺陷。因此，在整个零件内的每一个位置的力学属性都可以用空间坐标位置的连续性函数来表示。这个假设建立起来了物理空间和数学计算之间的一个桥梁，可以用数学分析方法来表述整个零件的属性。另外，这个假设不仅指出零件在受力变形之前是连续的，而且在受力变形过程中和受力变形过程后都是连续的。也就是说，整个零件在受力变形的前后过程中材料一直都是连续的，并且不会产生新的裂纹和孔洞。2.均匀性假设零件是由材料组成的，零件内各个部分的材料的性质都是均匀的，即假设同种材料所组成的零件中任何地方的材料力学属性都一样，这样的话就可以用数学的分析方法确定零件每一个坐标位置的力学属性，另外需要知道，连续性是均匀性的前提，首先材料必须是连续的，才能给出材料是均匀的假设。这个均匀性假设也是材料从宏观尺度来衡量的，实际上不管任何零件从微观层面上看都会存在很大的差异。本质是由材料所组成的原子、分子的排列不同所造成的。但是从宏观尺度来看，不管局部原子、分子如何排列不均匀，从统计学的角度来看，材料都是均匀的，其力学性能也是均匀的。3.各向同性假设沿各个方向力学性能完全相同的材料叫做各向同性材料，沿各个方向力学性能不完全相同的材料叫做各向异性材料，这里假设材料是各向同性的，易知材料的连续性和均匀性是各向同性的前提。各向同性的材料有金属材料、玻璃材料、混合均匀的混凝土材料等。各向异性的材料有木头、竹子、复合材料等。对于各向同性的材料来说，只需要给出材料的均一性材料属性即可，而对于各向异性的材料来说，只需要指明材料在不同方向上的材料属性也可以进行求解，比如对于木头，只要描述清楚沿着木头纹理方向的属性和垂直木头纹理方向的属性即可。以上连续性假设、均匀性假设、各向同性假设合称材料的基本假设，它是对实际材料进行理想化以后所得到的模型。4第1章有限元仿真分析理论1.2.3材料力学基本力学性能材料所固有的力学方面的性能叫做材料的力学性能。比如说，材料的强度和刚度、材料的弹性模量、剪切模量、泊松比、材料的强度极限以及一些力学规律，比如说胡克定律，都属于材料的力学性能范畴。材料的力学性能是零件强度、刚度和稳定性计算的基本物理量和基本规律，它们只能通过实验确定。实验条件和加载方式的不同都将影响材料的力学性能，即使是同一种材料，在高温、常温、低温的情况下表现出来的力学性能也不会相同。快速加载或缓慢加载条件下，材料的力学性能也有很大差别。同一种材料在受到拉伸、压缩、弯曲、扭转不同变形形式下也表现出不同的力学性能。总之，材料的力学性能是非常复杂的，和很多因素有关。特别需要强调的是，同一材料在不同的变形程度下其力学性能相差甚大。因此材料力学中的物理规律，比如胡克定律等都是有条件的，并不是在任何情况下都成立。另外，材料的强度和刚度直接影响零件的强度和刚度。材料依据其变形程度，可以分为塑性材料和脆性材料两大类。变形较大的情况下而不被破坏的材料称为塑性材料，例如，大多数金属材料以及橡胶材料就是塑性材料。变形较小情况下就被破坏的材料称为脆性材料，例如，砖头、瓦砾、石头、玻璃以及金属材料中的铸铁等就是脆性材料。下面介绍一些材料基本力学性能名词：1)弹性模量：在比例极限范围内，应力与应变成正比时的比例常数。它反应的是材料刚性大小的力学指标，又被称为杨氏模量。2)弹性极限：材料只产生弹性变形时的最大应力值。它是反映材料产生最大弹性变形能力的指标。3)比例极限：材料的应力与应变保持正比时的最大应力值。它是反应材料弹性变形按线性变化时的最大能力的指标。4)泊松比：在弹性变形范围内，材料横向线应变与纵向线应变的比值。一般金属材料的泊松比在0.3左右。5)屈服点：材料内应力不断增加，应变仍大量增加时的最低应力值。它反映金属材料抵抗起始塑性变形的能力指标。这时部分材料表面会出现与轴线呈45°夹角的卸载滑移线。图1-2-1所示为弹塑性应力-应变曲线。弹性塑性6)冷拉时效：对材料加载，使其屈服后卸载，接着图1-2-1弹塑性应力-应变曲线又重新加载，引起的弹性极限升高和塑性降低的现象。7)缩颈现象：材料达到最大载荷后，局部截面明显变细的现象。8)伸长率：材料被拉断后，标距内的残余变形与标距原长的比值。9)断面收缩率：材料被拉断后，断裂处横截面与原面积的比值。今ANSYS电池仿真与实例详解—结构篇10)屈服准则：对于单向受拉试件，可以通过简单地比较轴向应力与材料的屈服应力来决定是否有塑性应变发生，然而，对于一般应力状态，是否到达屈服点并不明显。屈服准则是一个可以用来与单轴测试的屈服应力相比较的应力状态的变量表示。因此，知道了应力状态和屈服准则，程序就能确定是否发生塑性应变产生。在多轴应力状态下，屈服准则可以用下式来表示：o.=f({o})=o,式中，σ.为等效应力，σ，为屈服应力。当等效应力超过材料的屈服应力时，将会发生塑性变形。VoMie屈服准则是一个比较通用的屈服准则，尤其适用于金属材料。对于VoMie屈服准则，其等效应力为0=√2[(0)2+(2-)2+(a1-g)2]式中，1、02、0为三个主应力。可以在主应力空间中画出VoMie屈服准则，见图1-2-2。在3D主应力空间中，Mie屈服面是一个以0301=σ2=σ3为轴的圆柱面，在2D中，屈服面是一个椭圆，在屈服面内部的任何应力状态，都是弹01=0203性的，屈服面外部的任何应力状态都会引起屈服。11)流动准则：流动准则描述了发生屈服时塑性应变的方向，也就是说，流动准则定义了单0个塑性应变分量(,等)随着屈服是怎样发图12.2主应力空间中的VoMie屈服准则展的。流动准则由以下方程给出：ide")=式中，入为塑性乘子（决定了塑性应变量）；Q为塑性势，是应力的函数（决定了塑性应变方向)。12)强化准则：强化准则描述了初始屈服准则随着塑性应变的增加是怎样发展的。一般来说，屈服面的变化是以前应变历史的函数，在ANSYS程序中，使用了3种强化准则：①等向强化：是指屈服面以材料中所作塑性功的大小为基础在尺寸上扩张。对Mi屈服准则来说，屈服面在所有方向均匀扩张。示意图见图1-2-3。由于等向强化，在受压方向的屈服应力等于受拉过程中所达到的最高应力。②随动强化：假定屈服面的大小保持不变而仅在屈服的方向上移动，当某个方向的屈服应力升高时，其相反方向的屈服应力应该降低。示意图见图1-24。在随动强化中，由于拉伸方向屈服应力的升高导致压缩方向屈服应力的降低，所以在对应的两个屈服应力之间总存在一一个2σ，的差值，初始各向同性的材料在屈服后将不再是各向同性的。6···试读结束···...

2023-05-15

图书名称：《电子技术实验及仿真》【作者】潘红英【页数】177【出版社】成都：西南交通大学出版社,2021.06【ISBN号】978-7-5643-8036-6【价格】36.00【分类】电子技术-系统仿真-高等学校-教材-电子技术-实验-高等学校-教材【参考文献】潘红英.电子技术实验及仿真.成都：西南交通大学出版社,2021.06.图书封面：《电子技术实验及仿真》内容提要：该书是华东交通大学的老师针对本校学生情况和实验开设情况编写的通信工程、软件工程、电力机车和铁道车辆等专业的实验教材，主要介绍电子技术课程实验的相关内容，包括模拟电子技术实验、数字电子技术实验和仿真实验平台简介等，部分实验给出了Multiim13.0仿真，学生可以通过自学完成各种电路的设计与仿真。书中最后给出了课程设计题目并提示了设计方案，以促进学生综合设计能力的提高。本书也可供从事电子电路设计、研发的工程技术人员参考。...

2023-03-01 电子技术 系统仿真软件 电子技术 系统仿真图

图书名称：《数字电子技术与仿真》【作者】刘海珊，李洪芹【丛书名】新工科人才培养.电气信息类应用型系列规划教材【页数】234【出版社】北京：中国铁道出版社,2021.01【ISBN号】978-7-113-27456-6【分类】数字电路-电子技术-高等学校-教材【参考文献】刘海珊，李洪芹.数字电子技术与仿真.北京：中国铁道出版社,2021.01.图书封面：图书目录：《数字电子技术与仿真》内容提要：本教材是电气信息类专业平台课，通过电子技术的基本理论和基本知识的学习，还能帮助读者为今后着手进行中大规模数字电路或数字系统的设计打下坚实的理论基础。本书内容安排采用先“逻辑”后“电路”的次序，首先讲解数制、码制和逻辑代数等基础知识，接着重点讲解组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析与设计方法，再介绍触发器、时序逻辑电路的分析与设计、门电路与半导体存储器的电路结构、工作原理，数字电子电路及系统设计，并采用当今数字设计实验验证的新方法Proteu来描述仿真数字电路，生动形象、直观明了，易于理解。《数字电子技术与仿真》内容试读第1章逻辑代数基础☒引言本章主要介绍数制和码制的基本概念和数字电路中常用的数制和编码，并重点讨论不同数制之间的转换方法。同时介绍了二进制数的基本运算和反码、补码的定义及运算。最后讨论了各种不同的编码方式。详细介绍了逻辑代数的基本运算、基本定律和基本运算规则，然后介绍逻辑函数的表示方法及逻辑函数的代数化简法和卡诺图化简法。逻辑代数有其自身独立的规律和运算法则，而不同于普通代数。修内容结构常用的数制数制与码制不同数制之间的转换码制基本逻辑运算逻辑运算组合逻辑运算逻辑代数的基本公式和基本规则四种典型方式逻辑代数基础逻辑函数的表示方法各种表示方法之间的相互转换逻辑函数表达式的两种标准形式公式法逻辑函数的化简H卡诺图法逻辑函数表达式形式的变换学习目标通过本章内容的学习，应该能够做到：(1)熟练掌握数制和码制；(2)灵活运用逻辑代数的基本公式和运算规则；(3)学会逻辑函数的表示方法及其相互转换；(4)熟练掌握逻辑函数表达式的两种标准形式；(5)掌握逻辑函数的公式化简和卡诺图化简法，以及包含无关项的逻辑函数的化简；(6)掌握逻辑函数表达式的四种类型及相互转换。2数字电子技术与仿真1.1数制与码制电子系统中的信号可以分为两大类：模拟量和数字量。模拟量是随时间连续变化的物理量。其特点是具有连续性。表示模拟量的信号称为模拟信号，工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电路。数字量是时间、幅值上不连续的物理量。其特点是具有离散性。表示数字量的信号称为数字信号，工作在数字信号下的电子电路称为数字电子电路。数字信号通常用数码来表示，数码可以通过数制表示数值的大小，如二进制码、十进制码和十六进制码等。用数码通过码制来表示不同的事物或事物的不同状态，码制是指不同的编码方式，如各种BCD码、循环码等。1.1.1常用的数制1.十进制数十进制是最常见、最广泛使用的一种数制，可表示数的基本数符为0~9，是以10为基数的进位计数制。进位规则是“逢十进一，借一当十”。其中位权以基数为底，数位序数为指数的幂。通常，一个整数数位为，小数数位为m的十进制数N可写成：(N)0=(K-1×10-1+K.-2X10-2+…+K1×102+K。×10°+K-1×101十…十K-mX10m)(1-1)=公(K×10)mm均为绝对值比如：(328.013)1。=3×102+2×10+8×10°+0×10-1+1×102+3×10-3小数点左起首位称整数部分位，其位权为10°=1注意：考虑到十进制数的特点，其分析过程起始位置的特殊性，此方法又称位置计数法，即从小数点处开始左右分析。一个数码的进制表示，可用数字下标来表示，如(N)2表示二进制；(N)。表示十进制；(N)g表示八进制；(N)1表示十六进制。有时也用字母作为下标，如(N)B表示二进制，B即Biary(N)D表示十进制，D即Deci-mal(N)o表示八进制，O即Octal(N)H表示十六进制，H即Hexadecimal.2.二进制数二进制数可表示数的基本数符为0或1，是以2为基数的进位计数制。进位规则是“逢二进一，借一当二”。比如，两个一位二进制数1相加时，产生高位进位1，其结果为二进制数10。第1章逻辑代数基础1+1110通常，一个整数数位为,小数数位为m的二进制数N可写成：(N)2=(B.X2-1+B。2X22+…+B:×2+B。X2°+B1X11+…十BmX1m)0=D,×2)(1-2)例如：(11011.11)2=1×24+1×23+0×22+1×21+1×2°+1×21+1×2-2=16+8+0+2+1+0.5+0.25=(27.75)10拓展知识：计算机存储器的基本存储单位是存储单元，每个单元存放一字节二进制数。存储器由许多存储单元组成，各存储单元给予编号，称为存储地址，采用若干字节二进制表示。例如：80X86CPU处理的信息以字节为单位。一字节表示8位二进制数，其数值范围是00000000~11111111，即0~255：双字节表示16位二进制数，其数值范围是00…00~11…11，即0~65535；四字节表示32位二进制数，其存储范围为0~22，约4GB:八字节表示64位二进制数，其存储范围为0~24，性能优于32位。3.十六进制数十六进制数的基数是16，可表示数符为0~9、A~F,对应的十进制数为0~15，是多位二进制数的一种简明表示形式。二进制整数从最低位（小数从最高位）起，每四位用一位十六进制数表示；若缺位，则用零补齐。例如：(110110011)B=(000110110011)B=(1B3)H(5FB.03)H=(010111111011.00000011)B(F9AD)H=(1111100110101101)B注意：目前在计算机上常用的是8位、16位和32位二进制数表示和计算，由于8位、16位和32位二进制数都可以用2位、4位和8位十六进制数表示，故在编程时用十六进制书写非常方便。不同进制数的对照表见表1-1。表1-1不同进制数的对照表十进制数二进制八进制十六进制000000000010001011020010022030011033040100044050101055060110066070111077第1章逻辑代数基础50.500021.000…整数部分为1=k-4故(0.8125)1o=(0.1101)2一个十进制数既有整数又有小数，则分别转换后相加即可。参照上述计算结果则有：(12.8125)。=(1100.1101)2若小数乘2无法使尾数为零，则可根据精度要求求出足够位数。另外，无论整数部分还是小数部分，k,的取值顺序一定不能错。2.十进制与八进制、十六进制之间的相互转换数制转换实质就是将一个数从一种进位制转化为等值的另一种进位制。比如，将十进制转换为八进制、十六进制，对于整数部分和小数部分分别采取与前述十进制转二进制相同的方法。整数部分转换除以基数8或16，得到的余数几位k,以此类推，反复将每次得到的商除以基数直到商为零，就可以得到整数部分的每一个系数。小数部分转换乘以基数8或16，所得乘积的整数部分即为k,以此类推，将每次乘以基数得到的乘积的小数部分再乘以基数，直到小数部分为零；或小数部分不为零，但已满足误差要求进行“四舍五入”为止。从而求出八进制或十六进制小数部分的每一个系数。反之，将二进制、八进制、十六进制转换为十进制，只需要按照前文所述内容按位权展开即可，求各位数值之和即可得到相应的十进制数。3.二进制与八进制之间的相互转换从表1-1中可以看到，每位八进制数均可用三位二进制数表示。故而，以小数点为界，将二进制数的整数部分从低位开始，小数部分从高位开始，每三位一组，首（尾）位不足三位的补零，然后每组三位二进制数用一位八进制数表示。例1.1将(11101.010101)2转换为八进制。(011101.010101)￥￥￥￥=(35.25)8反之，若将八进制转换为二进制，见例1.2。例1.2将(62.45)。转换为二进制。(62.45)8=(110010.100101)24.二进制与十六进制之间的相互转换由于二进制的位数比较多，不便于书写和记忆，通常可用十六进制数或者八进制数来描述二进制数。从表1-1中可以看到，每位十六进制数均可用四位二进制数表示。故而，以小数点为界，将二进制数的整数部分从低位开始，小数部分从高位开始，每四位一组，首位不足四位的补零，然后每组四位二进制数用一位十六进制数表示。6数字电子技术与仿真例1.3将(1011110.1011001)2转换为十六进制。(01011110.10110010)2=(5E.B2)H反之，若将十六进制转换为二进制，见例1.4。例1.4将(9F1C.04A)H转换为二进制。(9F1C.04A)H=(1001111100011100,000001001010)2注意：(1)二进制转换为十进制：一般直接按照公式直接展开即可。(2)十进制转换为八进制（十六进制）：一般先把十进制转换为二进制，再转换为八（十六)进制。(3)八进制（十六进制）转换为十进制：先把八（十六）进制转换为二进制，再转换为十进制。1.1.3码制1.原码、反码和补码各种数制都有原码、反码和补码之分。前面介绍的十进制数和二进制数都属于原码。二进制的反码和补码很重要，因为它们允许表达负数。在数字电子计算机中，二进制数的正负号也用0和1表示，以最高位作为符号位，正数为0,负数为1。例如：00100表示+410011表示-3(01010111)2=(+87)10符号位(11010111)2=(+87)10符号位为了简化运算电路，在数字电路中两数相减的运算是用它们的补码相加来完成的。二进制数的补码是这样定义的：最高位为符号位，正数为0，负数为1；正数的补码和它的原码相同；负数的补码为原码的数值位逐位求反，然后在最低位上加1。例如：计算(1001)2一(0101)2，根据二进制减法运算规则有：1001-01010100在采用补码运算时，首先求出(1001)2和一(0101)2的补码，即正数的补码是符号位加数值位，正数的符号位为0，数值位为正数本身；负数的符号位为1，数值位为正数逐位求反后再加1，即···试读结束···...

2023-03-01 数字电子技术基础 数字电子技术基础第六版课后答案pdf

图书名称：《MATLAB与计算机仿真》【作者】高扬主编【丛书名】高等学校教材【页数】375【出版社】北京：机械工业出版社,2020.09【ISBN号】978-7-111-66601-1【分类】计算机仿真-MATLAB软件-高等学校-教材【参考文献】高扬主编.MATLAB与计算机仿真.北京：机械工业出版社,2020.09.图书封面：图书目录：《MATLAB与计算机仿真》内容提要：本书包括MATLAB软件使用与计算机仿真两大部分内容，结合MATLAB、Simulik的学习体系，引导读者学习如何利用MATLAB进行计算机仿真。同时为满足交通、物流、机械等专业类对优化、预测、机器学习等领域的能力需求，本书单独设置两章对MATLAB优化工具箱、智能算法工具箱进行了介绍。为适应现代仿真技术的发展，本书从连续系统、离散系统、混合系统的角度介绍了计算机仿真、建模的相关知识，并对基于Simulik的计算机仿真进行了介绍。本书可作为高等学校交通类、物流类、机械类等相关专业的研究生或高年级本科生教材，亦可供相关科技工作者参考。《MATLAB与计算机仿真》内容试读)第1章仿真技术概述仿真(Simulatio)是对系统进行研究的一种技术或方法，也称为系统仿真。它要求首先建立待研究系统的数学或者物理模型，然后对模型进行试验研究。具体地讲，所谓系统仿真，是以计算机为主要工具，通过在计算机（或其他形式的物理模型）上运行模型来再现系统的运动过程，从而认识系统规律的一种研究方法。系统仿真以计算机为主要工具，系统仿真的主要内容是如何在计算机上建模与仿真，因此系统仿真技术通常也称作计算机仿真技术。它是以计算机科学、系统科学、控制理论和应用领域有关的专业技术为基础，以计算机为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行分析、研究与试验的一门新兴技术。现代计算机仿真技术综合集成了计算机、网络、图形图像、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识，是对系统进行分析与研究的重要手段。计算机仿真技术具有良好的可控性、无破坏性、安全、可靠、不受外界条件（如气象条件和场地空域）的限制、可多次重复、高效和经济等特点，因而近年来发展非常迅速，已经成为当今众多领域技术进步所依托的一种基本手段。计算机仿真在各种工程领域和非工程领域中已经有很多成功应用的范例，其成效十分显著，影响很大。例如，在宇航工业中，有著名的“阿波罗”登月仿真系统。该系统包括混合计算机、运动仿真器、月球仿真器、驾驶舱、视景系统等，可实现在计算机上预先对登月计划进行分析、设计与检验，同时还可对宇航员进行仿真操作训练，从而大大降低了实际登月的风险。在非工程领域，著名的例子有罗马俱乐部建立的“世界模型”仿真系统。该系统选择五个能影响世界未来发展的重要因素，即人口增长、工业发展、环境污染、资源消耗和食品供应，来预测世界未来发展的趋势并据此提出了“零增长方案”。尽管该模型仿真的最后结果引起了世界范围的广泛争论，但其研究方法却具有开创性。我国科学家建立的中国人口模型仿真系统也获得了很大的成功，在国内外学术界颇有影响。该仿真系统预测了我国人口发展的趋势，为制定科学的人口政策提供了理论依据。系统仿真方法的成功应用，迅速提高了这一方法在科学研究和技术开发中的地位，引起科学界和工业界的广泛关注与重视。人们逐步认识到，系统仿真已成为继理论分析和实物试验（或演习）之后，认识客观世界规律性的又一强有力的手段。它可以把复杂系统的运行过程放在试验室中进行或者在计算机上模拟，在辅助决策、最优设计、计划优化、管理调度、方案比较、规划制订、军事训练、人员培训、投资风险分析、辅助设计以及谈判策略确定等许多方面都有巨大的应用前景。计算机仿真是系统仿真学科的主要分支。本章首先简要介绍系统仿真涉及的基本概念和1●DMATLAB与计算机仿真系统仿真的分类，在此基础上重点分析计算机仿真的定义、特点、作用与步骤，最后介绍系统仿真技术的应用及其发展历程和趋势。1.1系统、模型与仿真的含义对“仿真”一词的含义，人们有不同的理解。一般认为仿真就是对系统模型的试验研究。对计算机仿真而言，就是仿真程序的运行。该程序表示对一个实际系统进行某种抽象后得出的模型，用该模型来研究这一系统所具有的一些特征。系统、模型和仿真是系统仿真学科的三个基本概念。1.1.1系统仿真技术应用的对象是系统。系统通常定义为具有一定功能，按某种规律相互联系又相互作用着的对象之间的有机组合。仿真所关注的系统是广义的，它泛指人类社会和自然界的一切存在、现象与过程。系统可分为生命与非生命系统、工程与非工程系统等。如电气、机械、化工、热力、光学等属于工程系统：经济、社会、交通、天气等属于非工程系统。般认为，系统是真实世界的一部分，是几个相互作用的分系统的集合。在这个描述中，隐含了递归的概念：一个系统由若干个分系统组成，而每一个分系统又是更低一层分系统的集合，如此直至无穷。若用分解的观，点来看待系统，则集合论是研究系统的最好工具。系统的定义符合建立抽象集合结构的要求。这个集合结构总是可以用若干个同类结构的集合来替换，从而不断地使其具体化。任何系统的研究都需要关注三个方面的内容，即实体、属性和活动。1)实体—组成系统的具体对象。2)属性一实体所具有的每一项有效特性（状态和参数）。3)活动一系统内对象随时间推移而发生的状态变化由于组成系统的实体之间相互作用而引起的实体属性变化，通常用“状态”的概念来描述。研究系统，主要就是研究系统状态的改变，即系统的进展或演化。任何系统都具有一定的结构，没有无结构的系统。结构作为系统论的一个基本范畴，指的是系统内部各组成实体之间在空间（包括数量比例）或时间方面的有机联系与相互作用的方式或顺序。系统有序性越高，结构越严密。所以，任何系统所具有的整体性，都是在一定结构基础上的整体性，仅有实体，还不能组成系统，必须在实体的基础上，以某种方式和关系相互作用，才能形成系统结构。系统与外部环境相互联系和作用过程的秩序和能力称为系统的功能。系统功能体现了一个系统与外部环境之间的物质、能量和信息的输入与输出的变换关系。系统的结构与功能是一对不可分割的范畴，系统的结构是完成系统功能的基础。结构与功能分别说明了系统的内部作用和外部作用。功能是一个过程，它反映了系统对外界作用的能力，是由系统的结构所决定，由系统整体的运动表现出来的。对于一个飞机自动驾驶系统，如图1-1所示，系统的实体是机体、陀螺仪及控制器；它的属性是航向、速度、陀螺仪及控制器特性等；它的活动则是机体对控制器的响应等。对于442第1章仿真技术概述一个工厂系统，如图1-2所示，系统的实体是部门、原料、订单、产品；它的属性是原料类型、订单数量、各部门的设备数量：它的活动则是各个部门的生产过程。给定航向控制器机体实际航向陀螺仪图1-1飞机自动驾驶系统订单管理部门原料采购部门仓储部门制造部门装配部门运输部门产品图1-2工厂系统研究系统不仅需要研究系统的实体、属性和它的活动，还需要研究系统的环境。环境是指对系统的活动结果产生影响的外界因素。自然界的一切事物都存在着相互联系和相互影响，而系统是在外界因素不断变化的环境中产生活动的，因此，环境因素是必须予以考虑的。需要说明的是，一次具体的研究不需要也不可能关注一个实际系统的所有实体、属性活动及环境，而只需要关注与研究的目的有关的部分。1.1.2模型“模型”的概念与“原型”对应。“模型”在科学方法论中被定义为人们为了特定的研究目的而对认识对象所做的简化描述。原型则是与模型相应的被认识对象。就模型与原型的关系而言，可以把模型看作是原型物质的或观念上的类似物。据此可以把模型分为实物模型和抽象模型两大类。实物模型是以某种程度上相似的实物去再现原型。它既可以是人工构造的，也可以是从自然界获取的，比如地球仪、船模、动植物标本等。抽象模型则是原型客体在人们思想中理想化、纯化的抽象性再现，如理想气体模型、原子的行星模型、分子的空间结构模型等。模型方法是通过研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法。在当代科学研究中，模型方法的重要性越来越为人们所认知，被看作是科学研究方法的核心。要进行仿真，首先要寻找一个实际系统的“替身”，这个“替身”就是模型。它不是原型的复现，而是按研究的侧重面或实际需要进行了简化提炼，以利于研究者抓住问题的本质或主要矛盾。这种研究对预测问题，以及因种种原因不可能在原型系统上进行试验的问题尤为重要。1.模型的建立科学研究的绝大部分工作就是建立形式化的模型。科学家企图通过观察和试验，建立抽3卧合MATLAB与计算机仿真象的表示方法和定律。这些方法和定律是对现实世界中已被证明的假设进行形式化。这些“形式化”模型，只有在概括了实际系统的基本性质时才有可能被用来进行推论、分析、设计，从而在某种意义上给人们提供控制能力。人与外部世界的相互作用，一般是由认识世界和利用与改造世界两个不同的步骤组成的。第一步，人们通过建立一种抽象的表示方法，来获得对自然的充分理解，产生一个现实世界的模型。这一步是认识和建立“形式化”模型的阶段，这个阶段是面向科学的。科学研究的目的是按照人类的意志，对现实世界进行控制、利用与改造。这就是第二步，即分析和利用“形式化”模型的阶段。第二步显然具有工程的特点。人具有抽象思维的功能，从而有能力进行模式识别，进行综合、计算和记忆等。人所用的建模方法是各种能力在特定条件下结合的结果。但是，对于建模活动，人的自身能力是有限的。人的能力局限性对建模研究的发展产生影响，这就促使人们有必要去探求一些有益于弥补这些局限性的方法和工具。例如，测量仪器可以扩展人的感知能力。特别是计算机，它可在模型建立和模型利用方面发挥重要的作用。计算机仿真就是计算机在这方面作用的重要表现。模型集中反映了系统的某些方面的信息。它是对相应的真实对象和真实关系中那些有用的和令人感兴趣的特性的抽象化。因此，模型描述可视为是对真实世界中的物体或过程相关的信息进行形式化的结果。模型是对系统某些本质方面的描述，可采用各种可用的形式提供被研究系统的信息。模型在所研究系统的某一侧面具有与系统相似的数学描述或物理描述。尤其要注意的是，模型是按研究目的的实际需要和侧重面，寻找一个便于进行系统研究的“替身”。因此，在较复杂的情况下，对于由许多实体组成的系统，由于研究目的不同，对同一个系统可以产生相应于不同层次或不同侧面的多种模型，这就是系统模型的多样性。例如，一些模型反映了整个实际系统的部分属性，而另一些模型则提供了系统更全面的描述：一些模型包括了实际系统的全部组成实体，另一些模型则是强调了系统的某些侧面，而忽略了另外一些方面，从而只包括实际系统的部分组成实体。这些现象表明，根据系统研究的实际需要，可对模型进行粗化（简化）或精化（详细化），也可以对模型进行分解或组合。模型作为系统的原型在研究时的“替身”，在选择模型时，要以便于达到研究的目的为前提。所以，对模型的描述通常应该注意以下六条原则：(1)相似性模型与所研究系统在属性上应具有相似的特性和变化规律，亦即“原型”与“替身”之间具有相似的物理属性或数学描述。(2)切题性模型只应该针对与研究目的有关的方面，而非系统的所有方面。亦即一个系统的模型不是唯一的，模型结构的选择应针对研究目的。(3)吻合性选择的模型结构，应尽可能对所利用的数据进行合理的描述。通常，其试验数据应尽可能由模型来解释。(4)可辨识性模型结构必须选择可辨识的形式。若一个结构具有无法估计的参数，则此结构就没有实用价值。(5)简单化从实用的观点来看，由于在模型的建立过程中，需要忽略一些次要因素和某些不可测变量的影响，因此，模型实际上是一个简化了的近似模型。一般而言，在实用的前提下，模型越简单越好。(6)综合精度它是模型框架、结构和参数集合等各项精度的一种综合指标。若有限4第1章仿真技术概述的信息限制了模型的精度，最有效的模型就应是各方面精度的平衡和折中。2.模型描述的三种层次可以在不同的抽象层次上来描述一个系统，一般来讲，存在着以下三种层次的描述」(1)行为层次在这个层次上描述系统，是将它看成一个黑盒，并且对它施加一个输入信号，然后对它的输出信号进行测量与记录。为此，至少需要一个“时间基”，它一般是一个实数的区间（连续时间），或者是一个整数的区间（离散时间）。一个基本的描述单位是“轨迹”，它是从一个时间基的区间到表示可能的观测结果的某个集合上的映射。一个“行为描述”是由这样一组轨迹的集合所组成。这种描述也可称为系统的“行为”。通常，在仿真概念上，加到黑盒上的以箭头表示的某个变量被看作是输入，它不受盒子本身的控制：而另一个变量是输出，它用指向黑盒边界以外的环境的箭头表示因为对实际过程的试验是处于行为层次上，所以在这个层次的描述是十分重要的。同时，这个层次上的描述比起下面所要介绍的结构描述要简单一些(2)状态结构层次在这个层次上描述的系统，是将它看成一个已了解内部工作情况的机构。这种描述通过在时间上的递推足以产生一种轨迹，即行为。能产生这种递推的基本单位是“状态集”以及“状态转移函数”，前者表示任意时刻所有可能的结果，而后者则提供从当前给定状态计算未来状态的规则。在状态结构层次上的描述比在行为层次上的描述更具有完整性，状态集将足以计算出系统的行为。(3)分解结构层次在这个层次上描述系统，是将它看作由许多基本的黑盒互相连接起来而构成的一个整体。这种描述也可称为网络描述，其中的基本黑盒称为成分，它给出了一个系统在状态结构水平上的描述。另外，每个成分必须标明“输人变量”和“输出变量”，还必须给出一种“耦合描述”，它确定了这些成分之间的内部连接及输入与输出变量之间的界面。人们可以进一步分解系统，从而获得更深一层的描述。3.数学模型及其作用计算机仿真中采用的模型都是数学模型。“数学模型”是根据物理概念、变化规律、测试结果和经验总结，用数学表达式、逻辑表达式、特性曲线、试验数据等来描述某一系统的表现形式。数学模型的本质，是关于现实世界一小部分和几个方面抽象的数学“映像”。这种系统观允许对现实世界中的过程在不同的详尽程度上进行数学描述（编码）。这样，便可将各种不同的模型彼此联系起来，并将它们相互之间的关系隐含于数学之中。数学模型是用符号和数学方程式来表示一个系统。其中，系统的属性用变量（符号）》表示，而系统的活动则用相互关联的变量间的数学函数关系式来描述。也就是说，一个系统的数学模型，是由某种形式语言对该系统的描述。由于任何数学描述都不可能是全面的和完全精确的，所以系统的数学模型不可能对系统进行完全真实的描述，而只能根据研究目的对它做某种近似简化的描述在以物理为基础的科学中，数学模型方法的实质是：首先对所研究的实体进行观察(特别重要的是试验观察)，充分地占有观察材料，分析观察材料的各种发展形式，，探讨这些形式的内在联系，利用研究者的知识、经验和见识，演绎出以假说形式提出的说明实体规律的理论：用数学语言陈述这个理论，建立实体的数学模型。大多数数学模型是数学方程组(微分方程、积分方程或代数方程)，它的解提供了实体运动规律的说明：通过新的观察来证实、修改或否定这种假说：经过证实的假说就成为严格的科学理论，它能普遍地、正确地5MATLAB与计算机仿真说明实体的运动变化规律。在这类科学研究中，试验观察条件是极为严格的。由于观察过程以纯粹形态进行，因此，观察过程和观察结果具有可重复性。如果试验观察结果与数学模型的解是一致的，那么数学模型的唯一性和正确性就得到了证实。1.1.3仿真系统仿真是建立系统的模型（数学的、物理效应的或数学.物理效应的模型），并在模型上进行试验。例如，将按一定比例缩小的飞行器模型置于风洞中吹风，测出飞行器的升力、阻力、力矩等特性：要建一个大水电站，先建一个规模较小的小水电站来取得建设水电站的经验及其运行规律：指挥员利用沙盘来指挥一个战役或一场战斗等，都是在模型上进行试验的例证。系统仿真技术实质上就是建立仿真模型和进行仿真试验的技术。“仿真”的含义有不同的理解和解释。通常认为，系统仿真是用能代表所研究系统的模型，结合环境（实际的或模拟的)条件进行研究、分析和试验的方法。它作为一种研究方法和试验技术，直接应用于系统研究，是一种利用相似和类比的关系间接研究事物的方法。1.系统仿真三要素与三个基本活动系统仿真的过程可通过图1-3所示的三个要素间的三个基本活动来描述。系统模型建立仿真试验模型计算机仿真模型建立图1-3系统仿真三要素和三个基本活动所谓“模型建立”，是通过对实际系统的观测或检测，在忽略次要因素及不可检测变量的基础上，用物理或数学的方法进行描述，从而获得实际系统的简化近似模型。这里应该注意模型的试验性质，即模型同实际系统的功能与参数之间应具有某种相似性和对应性，这点应尽可能不被数学演算过程所掩盖。否则，仿真研究就成为一种数值求解方法。仿真模型反映了系统模型（简化模型）同仿真器或计算机之间的关系，它应能为仿真器或计算机所接受，并能够运行。例如，计算机仿真模型，就是对系统的数学模型进行一定的算法处理，使其在变成合适的形式（如将数值积分变为迭代运算模型）之后，能在计算机上进行数字仿真的“可计算模型”。显然，由于采用的算法引进了一定的误差，所以仿真模型对实际系统来讲是一个二次简化模型，故“仿真模型建立”有“二次建模”之称。“仿真试验”是指对模型的运行。例如，计算机仿真，就是将系统的仿真模型置于计算机上运行的过程。仿真是通过试验研究实际系统的一种技术，通过仿真活动可以弄清系统内在结构变量和环境条件的影响。因此，为了使模型能够运行，需要设计一个合理的、方便的、服务于系统研究的试验步骤和软件。2.系统仿真的依据一相似性原理系统仿真最基本的依据是相似性原理。人们在认识世界的长期实践中发现：许多不同事物的行为与特性之间都存在着相似性现象。按照唯物辩证法来讲，任何现实存在的事物都是446···试读结束···...

2023-01-14

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2022-12-11 眼疲劳 视觉训练有用吗 眼睛视觉疲劳