设计中的模型化方法

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册上》第715页（834字）

在设计工作中，以某一模型代替设计对象，以便进行理论或实验分析，称为模型化方法。模型，就是理论的或者实际物质的系统，它能反映或复现所研究的对象，并且代替所研究的对象。研究该系统，就可得到关于该对象的新信息。

理论的模型，是研究对象的抽象化；而物质的模型与研究对象(原型)，可以在物理现象上是完全相同的，但有一定的比例关系，也可以具有不同的物理现象，但对应的物理量之间有着相同的规律。

在机械设计中，模型化方法通常用于以下场合：

①把复杂的设计对象根据其作用原理抽象成相应的物理模型，以便利用已经掌握的自然科学理论进行分析计算。例如，在机械的零部件设计中，把设计对象化成相应的力学模型，进行强度、刚度和振动的分析。

②在设计过程中，为了验证设计方案是否合理，或者为了获取设计所需的性能参数，往往要对设计对象(零件或部件)进行实验考核或分析。这种实验可以通过与原型尺寸不同(一般比原型小)但有一定比例关系的模型进行，以节省时间、经费和精力。这种实验考核分析的方法又称模型实验。

③用另外的物理模型替代设计对象，从而以比较简便的计算或实验方法得到需要的结果。如在流体动力润滑轴承中采用电比拟的研究方法就是其中的实例。利用计算机模拟分析诸多的物理现象，从而解决复杂的工程设计问题，形成了一门独立的学科—计算机仿真技术。

模型的正确选择和确定，对于所要求的结果是否正确起着关键的作用。一般至少应当具备的条件包括：在本质问题上能够反映研究对象的特点；其物理量与原研究对象之间有着对应的相似关系；可以利用现有的理论分析方法或者实验方法进行研究。