Главная страница
Навигация по странице:

  • Физическое моделирование

  • Компьютерное моделирование

  • Имитационное моделирование

  • Проектирование гидротехнических сооружений

  • Моделирование. Моделирование один из основных методов теоритического и экспериментального исследования. Когда прибегают к моделированию


    Скачать 25.76 Kb.
    НазваниеМоделирование один из основных методов теоритического и экспериментального исследования. Когда прибегают к моделированию
    АнкорМоделирование.docx
    Дата28.03.2017
    Размер25.76 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаМоделирование.docx
    ТипИсследование
    #4274

    Моделирование- один из основных методов теоритического и экспериментального исследования. Когда прибегают к моделированию.
    Моделирование исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.
    Моделировать можно:

    • Объекты (сооружения, игрушки);

    • Явления (грозовой разряд, землетрясение);

    • Процессы (развитие вселенной);

    • Поведение (При выполнении человеком действия ему предшествует возникновение в сознании модели будущего поведения).


    В силу многозначности понятия «модель» в науке и технике не существует единой классификации видов моделирования: классификацию можно проводить по характеру моделей, по характеру моделируемых объектов, по сферам приложения моделирования (в технике, физических науках, кибернетике и т. д.).
    Например, можно выделить следующие виды моделирования:

    • Информационное моделирование

    • Компьютерное моделирование

    • Математическое моделирование

    • Математико-картографическое моделирование

    • Молекулярное моделирование

    • Цифровое моделирование

    • Логическое моделирование

    • Педагогическое моделирование

    • Психологическое моделирование

    • Статистическое моделирование

    • Структурное моделирование

    • Физическое моделирование

    • Экономико-математическое моделирование

    • Имитационное моделирование

    • Эволюционное моделирование

    • Графическое и геометрическое моделирование

    • Натурное моделирование



    Причины, по которым прибегают к построению моделей:

    • Оригинал уже не существует или вообще не существует (динозавр, модель «ядерной зимы»).

    • Оригинал имеет много свойств и взаимосвязей, поэтому иногда полезно отказаться от менее существенных свойств (карта местности, модели живых организмов).

    • Оригинал очень велик или очень мал (глобус, модель Солнечной системы, модель атома).

    • Процесс протекает очень быстро или очень медленно (модель двигателя внутреннего сгорания).

    • Исследование объекта может привести к его разрушению (модель самолета).


    Виды моделей:

    • Натурные. Воспроизводят геометрические и физические свойства объекта и всегда имеют реальное воплощение. (Детские игрушки, макеты, опыты и т.д.).

    • Информационные. Нельзя потрогать, нематериальны, строятся на информации.

    • Описания. Описание объекта на одном из языков.

    • Графические. Рисунки, фотографии, графики, диаграммы, схемы, карты.

    • Математические. Модели, описанные с помощью математических формул.

    • Табличные. Модели, созданные с помощью таблиц.


    Процесс моделирования включает четыре элемента:

    • субъект (исследователь),

    • объект исследования,

    • модель, определяющую (отражающую) отношения познающего субъекта и познаваемого объекта,

    • практическая проверка.


    Первый этап построения модели предполагает наличие некоторых знаний об объекте-оригинале. Познавательные возможности модели обусловливаются тем, что модель отображает (воспроизводит, имитирует) какие-либо существенные черты объекта-оригинала. Вопрос о необходимой и достаточной мере сходства оригинала и модели требует конкретного анализа. Очевидно, модель утрачивает свой смысл как в случае тождества с оригиналом (тогда она перестает быть моделью), так и в случае чрезмерного во всех существенных отношениях отличия от оригинала. Таким образом, изучение одних сторон моделируемого объекта осуществляется ценой отказа от исследования других сторон. Поэтому любая модель замещает оригинал лишь в строго ограниченном смысле. Из этого следует, что для одного объекта может быть построено несколько «специализированных» моделей, концентрирующих внимание на определенных сторонах исследуемого объекта или же характеризующих объект с разной степенью детализации.
    На втором этапе модель выступает как самостоятельный объект исследования. Одной из форм такого исследования является проведение «модельных» экспериментов, при которых сознательно изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные о её «поведении». Конечным результатом этого этапа является множество (совокупность) знаний о модели.
    На третьем этапе осуществляется перенос знаний с модели на оригинал — формирование множества знаний. Одновременно происходит переход с «языка» модели на «язык» оригинала. Процесс переноса знаний проводится по определенным правилам. Знания о модели должны быть скорректированы с учетом тех свойств объекта-оригинала, которые не нашли отражения или были изменены при построении модели.
    Четвёртый этап — практическая проверка получаемых с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.
    Моделирование — циклический процесс. Это означает, что за первым четырёхэтапным циклом может последовать второй, третий и т. д. При этом знания об исследуемом объекте расширяются и уточняются, а исходная модель постепенно совершенствуется. Недостатки, обнаруженные после первого цикла моделирования, обусловленные малым знанием объекта или ошибками в построении модели, можно исправить в последующих циклах.
    Сейчас трудно указать область человеческой деятельности, где не применялось бы моделирование. Разработаны, например, модели производства автомобилей, выращивания пшеницы, функционирования отдельных органов человека, жизнедеятельности Азовского моря, последствий атомной войны. В перспективе для каждой системы могут быть созданы свои модели, перед реализацией каждого технического или организационного проекта должно проводиться моделирование.

    Физическое моделирование
    Физическое моделирование — метод экспериментального изучения различных физических явлений, основанный на их физическом подобии.
    Метод применяется при следующих условиях:

    • Исчерпывающе точного математического описания явления на данном уровне развития науки не существует, или такое описание слишком громоздко и требует для расчётов большого объёма исходных данных, получение которых затруднительно.

    • Воспроизведение исследуемого физического явления в целях эксперимента в реальных масштабах невозможно, нежелательно или слишком дорогостояще (например, цунами).


    Метод состоит в создании лабораторной физической модели явления в уменьшенных масштабах, и проведении экспериментов на этой модели. Выводы и данные, полученные в этих экспериментах, распространяются затем на явление в реальных масштабах.

    Метод может дать надёжные результаты, лишь в случае соблюдения физического подобия реального явления и модели. Подобие достигается за счёт равенства для модели и реального явления значений критериев подобия — безразмерных чисел, зависящих от физических (в том числе геометрических) параметров, характеризующих явление. Экспериментальные данные, полученные методом физического моделирования распространяются на реальное явление также с учётом критериев подобия.
    В широком смысле, любой лабораторный физический эксперимент является моделированием, поскольку в эксперименте наблюдается конкретный случай явления в частных условиях, а требуется получить общие закономерности для всего класса подобных явлений в широком диапазоне условий. Искусство экспериментатора заключается в достижении физического подобия между явлением, наблюдаемым в лабораторных условиях и всем классом изучаемых явлений.


    Некоторые примеры применения метода физического моделирования:

    • Исследование течений газов и обтекания летательных аппаратов, автомобилей, и т. п. в аэродинамических трубах.

    • Гидродинамические исследования на уменьшенных моделях кораблей, гидротехнических сооружений и т. п.

    • Исследование сейсмоустойчивости зданий и сооружений на макетах.

    • Изучение устойчивости сложных конструкций, под воздействием сложных силовых нагрузок.

    • Измерение тепловых потоков и рассеивания тепла в устройствах и системах, работающих в условиях больших тепловых нагрузок.

    • Изучение стихийных явлений и их последствий.


    Компьютерное моделирование
    Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать в силу их возможности проводить т. н. вычислительные эксперименты, в тех случаях когда реальные эксперименты затруднены из-за финансовых или физических препятствий или могут дать непредсказуемый результат. Логичность и формализованность компьютерных моделей позволяет выявить основные факторы, определяющие свойства изучаемого объекта-оригинала (или целого класса объектов), в частности, исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения ее параметров и начальных условий.
    Имитационное моделирование
    Имитационное моделирование (ситуационное моделирование) — метод, позволяющий строить модели, описывающие процессы так, как они проходили бы в действительности. Такую модель можно «проиграть» во времени как для одного испытания, так и заданного их множества. При этом результаты будут определяться случайным характером процессов. По этим данным можно получить достаточно устойчивую статистику.

    Проектирование гидротехнических сооружений
    При проектировании гидротехнических сооружений применяют следующие методы: метод теоретических исследований; экспериментальный лабораторный; экспериментальный натурный; вариантного проектирования; статистический; аналогий и повторения решений.
    Метод теоретических исследований является основным. Теоретические методы необходимы для определения проблем, формулирования гипотез и для оценки собранных фактов. Теоретические методы связаны с изучением литературы: трудов классиков; общих и специальных работ; исторических документов; периодической печати и др.

    Изучение литературы дает возможность узнать, какие стороны и проблемы уже достаточно хорошо изучены, по каким ведутся научные дискуссии, что устарело, а какие вопросы еще не решены. Работа с литературой предполагает использование таких методов, как составление библиографии — перечня источников, отобранных для работы в связи с исследуемой проблемой; реферирование — сжатое переложение основного содержания одной или нескольких работ по общей тематике; конспектирование — ведение более детальных записей, основу которых составляет выделение главных идей и положений работы; аннотирование — краткая запись общего содержания книги или статьи; цитирование — дословная запись выражений, фактических или цифровых данных, содержащихся в литературном источнике. Он устанавливает зависимости и закономерности, которые позволяют рассчитывать гидротехнические сооружения, т.е. определять их форму и размеры, не прибегая к эксперименту, устройству моделей и т.п.
    Экспериментальный лабораторный метод имеет большое значение в гидротехнике. Он применяется в двух видах: общем, когда специальным опытом проверяются те или иные положения теории или когда на основе системы опытов строится теория, и лабораторного моделирования сооружений и конструкций, когда последние выполняются в виде геометрически подобных или с заранее заданными искажениями моделей, на которых замеряются искомые величины (давления жидкости, скорости течения, деформации и пр.). Моделирование играет большую роль в гидротехнике, позволяя находить правильные решения при невозможности использовать теоретические решения или при отсутствии последних.
    Экспериментальный натурный метод отличается от предыдущего тем, что опыты и наблюдения проводятся не в лаборатории, а на строящихся, построенных и эксплуатируемых гидротехнических сооружениях, а иногда и на специальных опытных сооружениях, выполненных в натуральную величину. При помощи этого метода проверяется правильность теоретических расчетных данных, положенных в основу проекта сооружении, и накапливаются новые данные для разработки теорий.
    Метод вариантного проектирования заключается в рассмотрении ряда вариантных решений задачи и их технико-экономическом сопоставлении и позволяет найти наиболее целесообразное в техническом и экономическом отношении решение.
    Статистический метод применяется для обобщения данных по многократно использовавшимся типам конструкций и получения статистических зависимостей, которые могут быть использованы в дальнейшем. Пользоваться этим методом сле­дует с осторожностью, так как он отражает «вчерашний день» гидротехники, ее прошлое. Используя его, необходимо учитывать тенденции дальнейшего развития теории и практики в данной области.
    Метод аналогий и повторения решений – наиболее примитивный, но при правильном применении надежный. Он заключается в использовании решения или конструкции, уже примененных на практике в сходных условиях. Метод этот следует применять очень осторожно, так как, с одной стороны, в гидростроительстве природные условия для сооружений редко повторяются, а с другой – легко впасть в консерватизм, отказываясь от поисков новых решений. Одним из полезных проявлений метода аналогий является разработка типовых решений для конструкций или их деталей, часто повторяемых в узле или системе.
    написать администратору сайта