大一计算机仿真技术专业期末论文
近年来,随着控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展,系统科学研究的深入,计算机仿真技术已经发展成为一门新的学科。下面是学习啦小编为大家整理的大一计算机仿真技术专业期末论文，供大家参考。
大一计算机仿真技术专业期末论文篇一
计算机仿真技术与信息处理结合分析
摘要:进入新时期以来，得益于计算机技术不断进步，仿真技术成为了当前其主要发展趋势。这是因为借助于该计算机技术，使得人们能够通过构建精准而逼真的模型实现对物体进行三维图像模拟，这一优势使其迅速被应用各行各业生产建设中去。而信息处理作为计算机重要的基础组成，仿真技术在很大程度上依赖于其，因而可以说这二者有着极为密切联系。对此，本文将基于笔者多年计算机研究实践，对计算机仿真技术进行概述，并分析该技术，最后在探究其与信息处理的结合。
关键词:计算机;仿真技术;信息处理;结合;探究
1计算机仿真技术概述
计算机仿真技术(ComputerSimulation)指的是通过运用建模、仿真以及图像处理分析等方式把不可视的物体转变成为可视形象化模拟，从而使得人们能够借助于此了解该物体性质、规律等。结合实践来看，建模可以说是该技术的重要组成部分，通过建模可以实现在实际情况下难以或无法实现对物体内部构造模拟，随后再辅以相关技术，让我们能够全面而准确地掌握物体。正是凭借于这一优势，使得计算机仿真技术被广泛地应用到诸如建筑、航天、交通以及制造等多种行业，并逐渐成为行业中不可获取重要技术。
2计算机仿真技术分析
计算机仿真技术就是通过计算机对物体进行虚拟模拟的技术，结合实践来看，其主要涉及建模思想、图像处理分析与数字化等技术。通过研究可知，该技术在运用过程中一般经历以下几个步骤:
2.1对物体进行数据模型构建
实践中，计算机仿真技术运用第一个步骤便是对物体进行数据模型构建。在此过程中，主要使用归纳与演绎两种分析方法，有时我们只需单独使用某一方法便可以实现数据模型构建，有时则需要将这二者结合，这需要技术人员根据相关要求决定。以演绎法为例，首先计算机将物体模拟的数字化数据进行采集，随后系统在此基础上根据所设定参数对上述数据开展演绎分析，将该物体数据模型构建起来。
2.2物体仿真模型实现
当物体数据模型构建起来后，技术人员需要对其进行仿真模型实现。简单来说，就是技术人员通过使用编程语将所构建数据模型进行程序化处理，从而使得该模型实现仿真。需要注意的是，在物体仿真模型实现时，所使用编程语言众多，技术人员必须在充分结合数据模型特征以及相关要求基础上进行数据分析，随后准确地使用编程语言将其模型化，最后通过程序化管理，确保仿真模型实现。
2.3仿真模型验证
在上述工作完成后，为了确保所构建物体仿真模型有效性，技术人员需要对其进行验证。此项工作的重点主要是在于对该模型中数据根据相关方法开展验证，随后技术人员根据相关标准对验证结果进行判断，从而确定该仿真模型是否达到要求。
3计算机仿真技术与信息处理结合探究
正如上文所述，计算机仿真技术的实现在很大程度上依赖于信息处理，将二者相结合对仿真来说不但有助于有效地提升其效果，同时也可以使得仿真实验功能不断完善;而对于信息处理而言，则可以在把抽象的信息进行可视化、虚拟真实化处理前提下，有效地提高其处理准确性以及效率。有鉴于此，加强二者地结合与应用逐渐成为了当前主要发展趋向。对此，下面笔者将二者一些结合进行简单阐述。
3.1计算机仿真技术与光信息处理结合
光信息处理具有速度快、容量大、可并行等优点，是一类极为先进的信息处理技术。而计算机技术对二维图像信息的处理有着显著的优势，将二者进行有效结合，可以有效识别图像特征、增强图像处理能力。例如CAI、CAD等软件都是现阶段科学研究工程实际的新手段。
3.2计算机仿真技术与软件信息处理结合
除了上述与光信息处理相结合外，计算机仿真技术与软件信息处理结合也是当前极为重要的一种形式，而在此其中以matlab软件最为典型。该软件作为计算机重要软件之一，不但涉及矩阵运算以及信息处理等众多方面，同时还具有很高的灵活性。除此之外，该软件在信息处理上还具有诸如运算安全性高、输入快捷以及功能丰富等诸多优点，因而使得其成为了当前计算机仿真技术与软件信息处理重要的结合与应用。结合实践来看，技术人员在运用matlab软件时，首先将所要处理的信息输入到其中，随后该软件按照相关设定开展仿真模拟，然后计算机在此基础上对信息开展可视化处理，如此一来将极大程度地提升信息处理工作准确性以及效率。
4结束语
总而言之，计算机仿真技术是现阶段应用较为广泛的计算机技术，并且定将在未来发展的道路上越走越远。而对于信息处理来说，大部分信息处理技术已被植入到计算机仿真技术当中，将二者相互结合起来，不能呈现出巨大的优势，并且极具发展空间，具有极为广阔的研究价值。
参考文献:
[1]李云峰.现代计算机仿真技术的研究与发展[J].计算技术与自动化，2002，21(4).
[2]付凡成，彭裕.关于计算机仿真技术的研究与发展探讨[J].电子制作，2013(21).
[3]贺秀玲，姜运芳，施艳.计算机仿真技术与信息处理结合探究[J].煤炭技术，2013，32(7).
大一计算机仿真技术专业期末论文篇二
汽车催化器设计中计算机仿真技术的应用
[摘要]
随着汽车发动机及排放技术的发展，催化器的设计也对工程师提出了越来越高的要求，本文主要介绍了计算机仿真技术，特别是CAE和CFD技术在汽车催化转化器设计中的应用。CAE以及CFD技术的应用，大幅缩短了汽车催化器设计的周期，且降低了设计成本，使催化器产品的可靠性得到显著提升。相关的分析工作表明催化器支架设计前，应首先对整体结构的模态进行评价，根据振动形式的分布来确定支架的布置方向;流场的合理性对产品的性能产生重要影响，载体前端部分要尽量避免过小的转弯半径导致的紊流现象。
[关键词]CAE;模态;刚度;冲压工艺
1前言
近年来，随着汽车产业的高速发展，汽车已经走进众多的家庭，正逐步从奢侈品变为城市生活的必需品。汽车产业的发展带给人们出行便捷的同时，也带来了日益严重的环境问题，对人体健康造成了损害[1]。因此尾气排放成为了评价整车性能的重要标准。国Ⅳ、国Ⅴ排放标准的制定和执行，愈发体现出了催化器对整车性能的重要性，随着发动机技术的不断发展，对催化器的设计也提出了更高的要求，紧耦合式歧管、涡轮增压技术都使催化器的结构朝着异形化的方向发展，催化转化器在设计中不但要满足高温、强震动下的刚度要求，更要实现最优化的内部流场结构。
2模态分析对结构设计的影响
作为汽车发动机排气系统的重要组成部分，催化器决定了汽车排放性能的优劣。随着汽车排放标准的不断提升，催化器的位置也越发靠近发动机热端，目前常见的排放系统，常常将催化器布置在发动机排气歧管或是涡轮增压器的出口位置，这也使得催化器处于高温、强振的工作环境中。为了满足排气系统的使用寿命的要求，在催化器的设计阶段，就必须考虑结构的强度、刚度和耐久性能，而这其中，催化器的模态对催化器的性能至关重要，目前的四缸发动机设计准则中，一般要求催化器在高温下的一阶模态达到210Hz[2]。
2.1边界条件的设定
2.1.1温度边界条件催化器是一种典型的流固耦合模型，尾气的高温对催化器的性能有很大的影响，根据材料力学性能的试验数据，800℃时的不锈钢材料性能大约只有常温下材料性能的1/6，因此进行模态分析时必须要考虑温度场带来的影响。由于发生化学反应，使得载体区域壁面温度较高，约为800~900℃，非载体区域的壁面温度在400~500℃之间。
2.1.2材料属性的定义在模态计算时，需要定义的材料属性有弹性模量、泊松比以及材料的密度，这其中弹性模量随温度的升高会产生明显的下降。通过实验手段测得不锈钢材料弹性模量随温度的变化关系，根据实验数据曲线拟合成二次多项式：将此公式作为模态分析时弹性模量的输入。材料的密度随温度的变化并不明显，因此按照常温下的材料密度值进行设定，泊松比一般取在0.2~0.3之间。对于排气管内的气体，假设其为理想气体，是单向的牛顿流体，在进行计算时，设定其可压缩性对计算结果会产生明显影响，马赫数MH=V/a，V为当地速度，a为当地音速;当MH<0.3时，为不可压缩，当MH≥0.7时肯定为可压缩流体，如果用不可压缩法计算，结果就会有明显的差别[3]。
2.2计算结果
2.2.1初始设计结构在初始设计中，考虑到发动机安装空间的情况，将催化器支架设计成为图1中右侧的结构，该支架与中间段轴线呈倾斜布置，该方案的一阶模态160Hz，没有达到催化器的设计要求。而在后续的台架试验中，催化器的确在在中间段位置出现了多次断裂。说明该设计方案的确不能满足刚度要求。改进方法主要针对催化器支架进行，通过对支架的位置、走向进行优化及整体刚度的调整[4]。
2.2.2改进方案将支架设计成了对称的“双L”型结构，并且支架的布置方向与中间段轴线垂直。该支架作用下的整体模态达到300Hz，满足设计要求，并且支架没有增加安装孔位，便于装配。该方案在台架试验中也取得了良好的效果，200小时振动耐久试验以及250h热冲击试验均达到了满意的效果;另外，良好的装配工艺性，也在后续的量产中收获了不错的效果，装配效果更加稳定。
2.3模态计算与支架设计
通过多个类似催化器支架的设计，得到这样的设计经验：支架的走向对整体结构的模态有明显的影响。产品振动的角度和中间段轴线基本垂直，这恰好与改进方案中的支架走向一致;而初始设计方案中的支架走向与催化器主体结构的振动方向存在一定的角度，从而影响了支架的效果，使刚度无法满足要求。因此，我们在催化器支架的设计初期，首先要关注主体结构的振动形式，并根据振动的方向来设计支架走向，保证催化器支架能最大限度的提升整体结构的刚度。
3CFD分析对催化器流道设计的影响
催化转化器的内部流场结构会对排气性能产生很大影响，在设计时需要充分考虑流场对气流走向、压力损失、流速均匀、载体前端流场偏心等参数的影响。在早期的排气系统设计中，设计师更多通过经验来判断流场的结构是否合理;而随着CFD技术的不断发展，人们已经能通过计算机仿真来真实的模拟流场内部的气流情况。图2是某涡轮增压发动机催化器的设计方案，由于装车环境的限制，流场在前锥出现较大拐角。通过CFD分析，我们得到了图2所示的流场分布结果。能够看出，流场在载体及后锥等部分气流速度分布规则、流场均匀，而在前锥位置，由于过大的拐角，导致气流在拐弯后的锥形区域形成涡流。载体前部涡流会影响流入载体截面气流的均匀性，影响催化转化效果;另外，严重的涡流可能会加快衬垫的吹蚀，造成载体堵塞等严重失效。因此，我们对催化器前锥进行了优化，我们发现，气流在拐弯后没有足够的直线管道来帮助气流方向恢复稳定，因此优化时应该考虑在拐弯后增加适当的直线管路;另外，气流在拐弯内侧部分气流速度最大，并在该处形成离心现象，导致后方气流整体向下偏移，影响载体截面气流的偏心率，所以增大拐弯半径，降低气流的离心现象，也会对整体气流有优化作用;最后我们发现，过大的锥形区域也给涡流的产生提供的空间，设计时合理的减小该锥形空间，能够减小涡流产生的规模，提高整体流场的稳定性。根据该思路，对催化器前端的结构进行了优化，综合考虑各个因素后，将载体向后平移了15mm，这样就为催化器前端创造了更大的空间，考虑到尽量减小锥形区域，因此设计成图3所示相对扁平的锥体结构，再配合一根弧度更大的弯管，完成了优化后的方案。优化后的流场在催化器前端的流动更加平稳，由于弯管的弧度增大，气流在拐弯前后的分布更加均匀，锥形空间的减小也大大限制了涡流区域的影响，通过进一步计算，该方案气流在载体截面的均匀度为0.98、偏心率为0.1，应该说流场的分布情况满足了设计要求。
4结论
1)在催化器支架设计时，应充分考虑整体结构在发动机上的布置形式、布置方向及其随发动机工作时的主要振动方向，催化器的主要振动方向是其刚度的薄弱方向;
2)催化器支架设计前，应首先对整体结构的模态进行评价，通过CAE手段得到其整体结构在各阶固有频率(主要是一阶固有频率)下的振动形式，根据振动形式的分布，来确定支架的布置方向;
3)流场的合理性对产品的性能产生重要影响，载体前端部分要尽量避免过小的转弯半径，小半径弯管不但工艺实现比较复杂，对流场的均匀性也带来不利影响;另外，在角度突变的区域应该避免出现较大锥形空间出现。
[参考文献]
[1]陶丽芳.汽车发动机排气系统性能分析研究[J].重庆大学硕士学位论文,2005.
[2]赵海澜.汽车排气系统悬挂点优化[J].计算机辅助工程,2006.
[3]李湘华,张小娇.柴油机排气歧管流场分析与结构优化[J].柴油机,2006.
[4]吴永桥,鄢奉林.汽车排气总管的静力分析和模态分析[J].汽车工程,2000.
[5]宋学官.ANSYS流固耦合分析与工程实例[M].北京:中国水利水电出版社,2012.
大一计算机仿真技术专业期末论文篇三
复杂系统计算机仿真设计
复杂系统成为目前国家发展主要解决的问题之一。复杂系统涉及的范围有社会、政治、军事、管理、经济、生物、工程等方面。复杂系统直接影响着社会各个层面的活动，增加了研究复杂系统的难度，随着社会的不断发展，对复杂系统进行科学有效的研究尤其重要，因此，相关部门要加大复杂系统计算机仿真的研究与设计。
1复杂系统概述
1.1复杂系统的含义
目前我国对复杂系统还没有明确的定义，对复杂系统的理解还处于研究阶段。大家所理解的复杂系统主要是指巨大的元素数量组成的系统，而系统各元素之间具有随机性、非线性的依存关系，系统功能难以利用抽象描述、形式化描述体现出来。如金融证券市场就可以视为一个复杂系统，而该复杂系统的组成元素主要包括国家金融、监管机构、上市公司、证券公司、证券参与者等，而这些促成元素之间即相互依存又各自独立。
1.2复杂系统的特点
复杂系统的主要特点有不可计算性、自主性、关联性、开放性。不可计算性主要是指复杂系统的行为难以通过数学的方式描述出来，各元素行为的总和不等同于复杂系统的整体行为。自主性是指元素之间独立自治性较强，各自元素行为通常是自行规划来完成，全局控制在复杂系统中是不存在的。关联性是指元素之间虽然各自独立，但它们相互作用，而且作用的影响相当大，甚至可以影响整个复杂系统的状态、行为。开放性是指系统的元素种类多且数量大，在对复杂系统研究的过程中不能单独的对某元素进行封闭研究，要使用突现、聚集的方法，复杂系统简化常通过元素聚类、集来实现。
2复杂系统计算机仿真的应用
2.1自适应Agent
复杂系统计算机仿真应用平台最具影响力的设计是由美国桑培飞研究提出的自适应Agent仿真平台。不同智能主体Agent通过单机中的若干线程和进程构成，包括反应Agent、交互Agent、控制/显示Agent、局部Agent、全局Agent、对象管理、控制时间推进。而且不同的Agent具有不同的功能，反应Agent具有自适应能力，交互Agent能够完成网络的交互，控制/显示Agent能够完成人机交互，局部Agent或全局Agent能够进行通信。而所有的Agent智能主体都具有反应能力、交互能力、自治性。当仿真感知到信息的时候反映体就会做出决策，例如证券交易原则，对于普通证券交易人员来说则非常简单，当证券价格上升，证券交易人员就出售那些呈现上升趋势证券，反之则买进若干倍的证券。
2.2智能仿真平台
智能仿真平台主要具有两方面内容，一是具有控制/显示Agent、自适应Agent的智能主体，代表复杂系统的基本元素，而这些复杂系统主要是国家、公司、机构、证券交易中的散户。二是全局Agent、局部Agent、交互Agent等实现基本元素关联的智能主体。其具体结构如图1所示.不同RII接口Agent通过网络传输信息，而RII再对其进行综合性服务。实现各个Agent之间的相互作用。
3复杂系统计算机仿真的设计
复杂系统计算机仿真设计主要是从基于HLA框架中RTI的多种智能主体Agent分布的仿真平台。主要包括时间推进、事件处理、信息分发、主体控制。充分发挥HLA框架中RTI的强大功能，而RTI主要功能有数据分析管理、声明管理、时间管理、属性管理、主体管理、全局管理。另外RTI服务应与多Agent仿真环境需求相对应。如对象管理OM和联邦管理FM对应主体控制;时间管理服务TM对应时间;数据分发管理服务DDM、数据管理DM与信息分发相对应。
但是这种仿真平台还存在局限，HLA框架中RTI对Agent之间的通信缺少支持，而在Agent中通信服务很重要，而基于HLA框架中RTI服务难以满足其要求，对个元素的关系也无法实现具体描述。因此，为了解决HLA框架中RTI对Agent之间缺少通信支持的问题，可以使用增加ML(中间层)在RTI和Agent软件之间的方法。例如AgentA将信息通过ML传输到RTI，然后RTI进行分析服务，将从ML接收到的信息分为到B的信息、到C的信息，然后在经过ML分别传到AgentB和AgentC。最终实现Agent之间的通信。而ML中间层的主要作用是解释和分装仿真环境中的自适应Agent和HLA中的RTI服务功能之间的通信。
增加HLA框架中RTI对Agent的通信支持。由于HLA框架中RTI和Agent之间通过ML中间层解释信息，有可能会增加Agent元素之间的数据流通量，而在这时数据分发的数量可以利用RTI的路由空间进行限制。通过RTI对接受、发送数据的约束，能够为Agent邦元得到所需信息提供保障。例如在同一电台中的不同频道接收、发送信息，频道接受、发出的信息可以由RTI的路由空间进行约束，根据邦元的ID作为路由空间的参数，只允许在这个频道上的不同邦元可以对相关信息进行接收。还可以根据发送者的需求对路由空间进行有选择性的使用。
4结论
综上所述，通过对复杂系统计算机仿真的研究和设计，可以了解到复杂系统的重要性，对我国政治、经济、社会发展等方面具有非常重要的意义。通过应用和设计计算机仿真平台实现对复杂系统的有效描述，从而促进社会经济的发展和科学的进步。
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