试验的加速、延缓与模拟作用

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第347页（1388字）

在生产和工程技术领域，有些过程十分短暂，倏忽即逝；有些过程又十分缓慢，旷日持久。这都给工程技术研究带来很大困难。在试验中，人们可以借助于一定的物质手段，对所研究的技术过程人为地加以控制，使瞬间发生的过程延缓或重复出现，使缓慢出现的过程加速进行，从而为弄清它们的运动变化规律创造了方便的条件。

例如检查汽车的质量，如果不经过试验，要驾驶汽车连续跑上半年，才能发现零部件的问题。而使用由电子计算机控制的电液伺服疲劳试验机，按照汽车在不同路面行驶承受随机载荷的载荷谱进行试验，7－10天就可以达到同样的效果。再次，疲劳强度对产品的寿命影响极大，据统计，各种机件的失效，70－90%是由疲劳断裂造成的，为此必须进行疲劳设计。疲劳设计采用的疲劳强度指标可通过试验测得。由于疲劳试验较之其他强度试验花费的时间更长，人们常常采用增大载荷辐值的方法去加速试验进程，缩短试验时间。如，一般钢材在载荷辐值增大1．4倍时，试件疲劳破坏的累计频次仅为原来的十分之一，即试验时间减少10倍。

与试验的加速作用相反，人们利用试验装置，模拟雷电、地震、岩体滑坡等瞬时发生的现象，弄清它们运动变化的详细过程，乃是发挥的试验的延缓作用。

许多工程技术对象，由于种种原因而无法对它们进行直接试验，必须通过制造出与之相似的模型，并在模型上进行试验，去完成对它们的认识，这种运用模型间接地认识研究对象的作用即是试验的模拟作用。试验的模拟作用主要体现在下述方面。

1．能顺利进行经济上代价较高或十分昂贵的工程技术对象的研究。在建造桥梁、堤坝、高炉、电站、船舶、飞机等过程中，通常都要采用模拟方法进行研究。例如，北京工人体育馆的设计采用了先进的悬索结构，建筑物的直径达94米，是当时世界上最大的悬索结构。在设计研究中，先后做了直径为5米和18米的模型，进行力学模拟试验。通过试验积累了大量科学资料，为设计提供了可靠的依据，使该建筑较快地胜利建成。

2．能在某些危及人身安全的研究项目中确保安全、避免事故。例如，运用电子模拟计算机，可以构成飞机或宇宙飞船的驾驶员训练器、潜艇操纵训练设备。用这些模拟装置进行训练，既能避免事故，又能节省人力物力。另外，模拟人的某些功能设计的机器人，还可以参加矿渣处理、电炉电极更新、火焰清理、铸型搬运、浇铸等作业，把人从有毒有害的环境中解脱出来。

3．能开辟向生物界寻求工程技术设计思想的新途径。生物在亿万年漫长进化过程中，形成了许多人所不及的卓越的功能，如螳螂能在0．05秒的瞬间，计算出飞掠眼前的小昆虫的飞行方向、速度、距离，一举捕获之，使上吨重的电子跟踪系统相形见绌。因此，人们很自然地产生了模拟生物发展新技术的愿望。模拟方法的产生和发展，为这种愿望的实现提供了有效的手段，开辟了发展现代技术的新途径。例如，人们在对蛙眼研究的基础上，研制成功电子蛙眼模型，它能感知在前面运动着的物体，可用于识别飞机、导弹或预防碰撞事故，还可以用来跟踪人造卫星。