Моделирование объекта как основа процесса проектирования

Обеспечение перечисленных требований - основная задача процесса проектирования. Достигать этой цели в процессе проектирования можно различными способами, которые отличаются как по методике, так и по расходуемым средствам.

Самым прямолинейным решением этой задачи является испытание готовой конструкции. Этот подход до сих пор часто используется при создании технических изделий выпускаемых большими сериями, например, автомобилей. Но в большинстве случаев испытание реальной конструкции или невозможно, или очень дорого.

В этом случае прибегают к испытаниям уменьшенной копии изделия. Например, при проектировании атомных реакторов проводят испытания уменьшенных моделей, выполненных из стекла. При этом возникает проблема: как по результатам испытаний модели судить о поведении конструкции, поскольку в этом случае механическое уменьшение или увеличение результата испытания дает неправильный результат. Начинает влиять так называемый «масштабный фактор».

В ряде случаев используются методы моделирования, основанные на аналогичности уравнений, описывающих те или иные физические процессы. Например, вместо испытания фермы, состоящей из шарнирно соединенных в узлах стержней, может быть испытана аналогичная электрическая схема. На физических аналогиях основан также метод фотоупругости.

По мере развития отраслей математики появилась возможность подвергать испытаниям не физическую модель конструкции, а ее математическую модель. Для проведения такого «испытания» необходимо:

· сформулировать уравнения, правильно описывающие поведение реальной конструкции;

· решить сформированные уравнения, получив конкретных числовой результат.

В результате решения уравнений модели инженер получает разнообразную информацию о предполагаемом поведении реального объекта. Например, моделируя поведение конструкции, находящейся под действием нагрузки, инженер может получить:

- перемещения точек конструкции,

- усилия в стержневых элементах (продольные и поперечные силы, изгибающие и крутящий моменты),

- распределение деформаций и напряжений в материале конструкции.

По результатам расчета можно судить о работоспособности и эффективности данного варианта конструкции.

В настоящее время математическое моделирование является основным при проектировании новых технических изделий.