浅析机械设计中的系统建模与仿真
浅析机械设计中的系统建模与仿真
发表时间：2018-05-15T14:56:43.670Z 来源：《知识-力量》2018年3月上作者：赵洪泽[导读] 本文介绍发展系统建模与仿真技术的的分类，进一步阐述系统建模与仿真技术的运用，最后总结建模与仿真技术的发展的趋势。
（西华大学，四川成都 610039）摘要：本文介绍发展系统建模与仿真技术的的分类，进一步阐述系统建模与仿真技术的运用，最后总结建模与仿真技术的发展的趋势。关键词：系统建模仿真趋势
一、模拟仿真的定义
仿真(Simulation)，即使用系统模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该影响是在项目仿真系统整体的层次上表示的。系统仿真利用计算机模型和某一具体层次的风险估计，一般采用蒙特卡洛法进行仿真，为设计提供决策支持和科学依据。仿真是利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。
二、模拟仿真的运用
研制新型飞机时，一般先要对按比例缩小的飞机模型进行风洞试验，以验证飞机的空气动力学性能；开发新型轮船或舰艇等时，一般先要在水池中对缩小的轮船模型进行试验，以了解轮船的各种性能；我国在建设三峡大坝时，广泛采用建模与仿真技术研究和评估大坝对环境、生态、洪水等方面的影响；设计新的生产线或新产品时，要通过仿真或试验对生产线或产品性能作出评估。训练、演示、教学、培训；军事模拟、指挥、虚拟战场；建筑视景与城市规划等多个领域均有仿真模拟的存在。
三、仿真的分类仿真可以按照不同原则分类：
①按所用模型的类型（物理模型、数学模型、物理数学模型）分为物理仿真、计算机仿真（数学仿真）、半实物仿真；
②按所用计算机的类型（模拟计算机、数字计算机、混合计算机）分为模拟仿真、数字仿真和混合仿真
③按仿真对象中的信号刘（连续的、离散的）分为连续系统仿真和离散系统仿真；
④按仿真时间与实际时间的比例关系分为实时仿真（仿真时间标尺等于自然时间标尺）、超实时仿真（仿真时间标尺小于自然时间标尺）和亚实时仿真（仿真时间标尺大于自然时间标尺）；
⑤按对象的性质分为宇宙飞船仿真、化工系统仿真、经济系统仿真等四、系统的分类
（一）从自然属性的角度对系统划分的内容。根据系统是否具有齐次性，系统可以分为：线性系统与非线性系统。简单地说，线性系统就是满足“加法”和“乘法”的系统，两个信号之和经过一个线性系统所产生的输出，等于这两个信号分别经过这个系统得到的输出，这就是加法；乘法就是一个信号乘以一个常数经过线性系统的输出，等于这个信号经过此系统的输出乘以这个常数；而非线性系统就是不满足“加法”和“乘法”的系统（二）根据系统状态变化是否连续，可以将系统分为连续系统（continuous system)和离散事件系统(discrete event system)。连续系统是指系统状态随时间发生连续变化，如化工、电力、液压-气动系统、铣削加工等，其数学模型有微分方程、状态方程、脉冲响应函数等形式。离散事件系统是指只有在离散的时间点上发生“事件”时，系统状态才发生变化的系统，它的数学模型通常为差分方程。制造领域中生产线/装配线、路口的交通流量分布、电信网络的电话流量等都是典型的离散事件系统。
（三）根据系统的模型参数是否恒定，系统可以分为：时变系统与时不变系统。时变系统的函数随时间发生而变化，时不变系统的函数是恒定的，不因时间的变化而变化。还是以售票系统为例，这个系统的参数设定，一般就不会随时间的变化而变化了，因此是时不变系统；人类生存的生态环境就是一个时变系统，每一时刻都有动植物在灭绝，五、数字化仿真的优势
①有利于缩短产品的开发周期；
②有利于提高产品质量；
③有利于降低产品开发成本；
④可以完成复杂产品的操作、使用训练。
六、数学模型的分类
按人们对事物发展过程的了解程度分类：白箱模型：指那些内部规律比较清楚的模型。如力学、热学、电学以及相关的工程技术问题。灰箱模型：指那些内部规律尚不十分清楚，在建立和改善模型方面都还不同程度地有许多工作要做的问题。如气象学、生态学经济学等领域的模型。黑箱模型:指一些其内部规律还很少为人们所知的现象。如生命科学、社会科学等方面的问题；但由于因素众多、关系复杂，也可简化为灰箱模型来研究按建立模型的数学方法分类:几何模型、微分方程模型、图论模型规划论模型马氏链模型；按应用离散方法或连续方法分类：离散型、连续模型；按是否考虑模型的变化分类：静态模型动态模型按是否考虑随机因素分类：确定性模型随机性模型；按模型的应用领域分类:生物数学模型、医学数学模型、地质数学模型、数量经济学模型、数学社会学模型。
七、建模与仿真的发展趋势
由于国际化市场的激烈竞争和用户对产品的功能、质量、价格、供货期、售后服务等要求越来越高，以及高新技术的飞速发展，柔性自动化，智能化，并行工程等是当今先进制造技术的发展趋势。计算机的普遍应用给系统仿真领域带来了巨大的发展动力。计算机仿真技术，也就是数学仿真技术的发展改变了以往物理仿真投资大、周期长、不易改进的局面，计算机的应用又推动了系统仿真领域的研究不断向前发展。通过建模与仿真技术的结合，进一步优化产品，使产品智能化，自动化。仿真技术将逐渐涉及更多领域，以求跟随计算机的数字化发展进程。
系统建模与仿真习题2
系统建模与仿真习题二 1. 考虑如图所示的典型反馈控制系统框图 (1)假设各个子传递函数模型为 66.031.05 .02)(232++-+=s s s s s G ，s s s G c 610)(+=，2 1)(+=s s H 分别用feedback （）函数以及G*Gc/(1+G*Gc*H)（要最小实现）方法求该系统的传递函数模型。 (2) 假设系统的受控对象模型为s e s s s G 23 )1(12 )(-+=，控制器模型为 s s s G c 32)(+=，并假设系统是单位负反馈，分别用feedback （）函数以及G*Gc/(1+G*Gc*H)（要最小实现）方法能求出该系统的传递函数模型？如果不能，请近似该模型。 2. 假定系统为： )(0001)(111000100001024269)(t u t x t x ????? ???????+????????????----= [])(2110)(t x t y = 请检查该系统是否为最小实现，如果不是最小实现，请从传递函数的角度解释该模型为何不是最小实现，并求其最小实现。 3. 双输入双输出系统的状态方程：
)(20201000)()(20224264)(75.025.075.125 .1125.15.025.025.025.125.425.25.025.1525.2)(t x t y t u t x t x ??????=????? ???????+????????????------------= （1）试将该模型输入到MATLAB 空间，并求出该模型相应的传递函数矩阵。 （2）将该状态空间模型转化为零极点增益模型，确定该系统是否为最小实现模型。如果不是，请将该模型的传递函数实现最小实现。 （3）若选择采样周期为s T 1.0=，求出离散后的状态方程模型和传递函数模型。 （4）对离散的状态空间模型进行连续变化，测试一下能否变回到原来的系统。 4. 假设系统的传递函数模型为： 222 )(2+++=s s s s G 系统状态的初始值为?? ????-21，假设系统的输入为t e t u 2)(-=。 （1）将该传递函数模型转化为状态空间模型。 （2）利用公式 ?--+=t t t A t t A d Bu e t x e t x 0 0)()()()(0)(τττ求解],0[t 的状态以及系统输出的解析解。 （3）根据上述的解析解作出s ]10,0[时间区间的状态以及系统输出曲线。 （4）采用lsim 函数方法直接作出s ]10,0[时间区间的状态以及系统输出曲线，并与（3）的结果作比较。 5. 已知矩阵 ???? ??????----=212332110A （1）取1:1.0:0=t ，利用expm(At)函数绘制求A 的状态转移矩阵，看运行的速度如何？ （2）采用以下程序绘制A 的状态转移矩阵的曲线，看运行的速度如何？ clc;clear; A=[0 1 -1;-2 -3 3;2 1 -2]; t=0:0.1:2; Nt=length(t);
(完整版)三维机械设计软件对比
三维机械设计软件对比 一、如果你是机械设计，那么强烈推荐学习SolidWorks 这个软件的最新版本是SolidWorks 2010，但笔者推荐使用SolidWorks 2008 因为这个版本比较稳定。SolidWorks 有以下几大优点： 1、软件的亲和力比较好； 2、容易上手，特别适合初学者； 3、其它主流三维软件有的功能它都有。 这个软件的缺点是对电脑的要求比较高。 二、如果你是模具设计推荐你使用pro/E 这个软件使用的人比较多，功能很强大，尤其在曲面生成方面性能优异。缺点是软件的亲和力比较差，初学者比较困难。 三、如果你是经常和数控机床打交道的，那么推荐你学习UG 这个软件在和数控编程的结合方面有非常优异的其特色。 ?目前国内外的三维设计软件主要有来自美国PTC公司的高端Pro/E, 美国UGS公司的高端UG 和中端Solidedge，法国Dassault公司的高端CATIA和中端Solidworks，以及Autodesk 公司的Inventor。同时，这两年国内院校开发的北航海尔CAXA在低端市场也占有一定份额。 根据调研结果，下面将这几个软件从公司背景到产品功能做个系统的比较，便于最终决策。 公司、软件背景 PTC：美国公司，有三维设计软件Pro/E和产品数据管理软件Windchill，以一体化的产品 解决方案而著称业界。从三维设计、分析、仿真/优化、数控加工、布线系统到产品数据管理 等各方面都有相应模块，产品覆盖企业设计/管理全流程。它的销售方式是根据企业不同阶段、 不同层次的需求，购买相应的模块，逐步扩充形成完整的产品研发系统，保证了企业在 CAD/CAE/CAM/PLM方面有统一的数据平台。 PTC公司成立于1989年，是目前三大设计软件公司最年轻的，拥有最先进的技术，公司名称为参数技术公司，在美国Nasdaq上市，其Pro/E软件以参数化、全相关、实体特征设 计文明，在通用机械设计行业占据领先地位。典型用户：卡特匹勒、John-Deer、小松、现 代重工、北起、徐工、宣工、柳工、厦工等。 销售模式：直销/渠道，在中国有6家办事处，215名员工，800免费售后服务热线中心（中国热线中心22个技术支持）。 UGS：美国公司，有高端三维设计软件UG和产品数据管理软件TeamCenter，近年来先后
道路交通系统建模与仿真学习总结
交通系统建模与仿真学习总结 《道路交通系统建模与仿真》是面向交通工程、交通运输、车辆工程等专业高年级学生的必修专业基础课。它为该专业学生进一步学习、研究道路交通问题打下了基础。其目的是通过对系统仿真的一般理论和研究方法的学习，了解应用系统仿真技术对各种道路交通问题进行仿真的基本方法，同时通过开发型试验，培养该专业学生今后从事交通工程、交通运输研究、应用的基本技能。 这门课对数学以及计算机程序编写都有较高的要求，但经过一个学期的学习，通过老师的讲解、多媒体教案的演示以及小组讨论完成作业，我对道路交通系统建模与仿真有了一些初步的认识和粗浅的理解，下面我把学习的心得体会作如下总结。 一、系统建模 随着智能交通系统(ITS)在全球范围内的兴起，作为其核心内容之一的交通仿真正成为国内外的研究热点。传统的交通仿真系统存在对道路、交通环境信息的管理能力不足等问题，而地理信息系统(GIS)作为一种新兴的、迅速发展的技术，具有很强的信息管理能力和信息可视化能力。 系统建模主要向我们介绍了传统的科学方法与建模、系统建模以及建模的一些方法。 系统建模是通过计算机技术开发一些软件通过程序语言实现对一些实体系统进行模拟来达到研究学习的目的。系统的建模有很多种软件和语言，其中一种为UML（统一建模语言）。 公认的面向对象建模语言出现于70年代中期。从1989年到1994年，其数量从不到十种增加到了五十多种。在众多的建模语言中，语言的创造者努力推崇自己的产品，并在实践中不断完善。但是，OO方法的用户并不了解不同建模语言的优缺点及相互之间的差异，因而很难根据应用特点选择合适的建模语言，于是爆发了一场“方法大战”。90年代中，一批新方法出现了，其中最引人注目的是Booch 1993、OOSE和OMT-2等。此外，还有Coad/Y ourdon方法，即著名的OOA/OOD，它是最早的面向对象的分析和设计方法之一。该方法简单、易学，适合于面向对象技术的初学者使用，但由于该方法在处理能力方面的局限，目前已很少使用。概括起来，首先，面对众多的建模语言，用户由于没有能力区别不同语言之间的差别，因此很难找到一种比较适合其应用特点的语言；其次，众多的建模语言实际上各有千秋；第三，虽然不同的建模语言大多类同，但仍存在某些细微的差别，极大地妨碍了用户之间的交流。因此在客观上，极有必要在精心比较不同的建模语言优缺点及总结面向对象技术应用实践的基础上，组织联合设计小组，根据应用需求，取其精华，去其糟粕，求同存异，统一建模语言。 二、关于仿真技术 所谓系统仿真（system simulation），就是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型，据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。 系统仿真的实质是一种对系统问题求数值解的计算技术。尤其当系统无法通过建立数学模型求解时，仿真技术能有效地来处理。仿真是一种人为的试验手段。它和现实系统实验的差别在于，仿真实验不是依据实际环境，而是作为实际系统映象的系统模型以及相应的“人造”环境下进行的。这是仿真的主要功能。仿真可以比较真实地描述系统的运行、演变及其发展过程。 仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统地收集和积累信息的过程。尤其是对一些复杂的随机问题，应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法。对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题。通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶成若干子系统以便于分析。通过系统仿真，能启发新的思想或产生新的策略，还能暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。 仿真软件包括为仿真服务的仿真程序、仿真程序包、仿真语言和以数据库为核心的仿真软件系统。仿真软件的种类很多，在工程领域，用于系统性能评估，如机构动力学分析、控制力学分析、结构分析、热分析、加工仿真等的仿真软件系统MSC Software在航空航天
中文--Call For Papers-ISMSCS-第一届复杂管理系统建模与仿真国际研讨会-
第一届（2013）复杂管理系统建模与仿真国际研讨会征文通知 仿真建模、分析与优化，已经成为解决复杂管理系统的重要手段，正日益受到理论界和实践界的广泛关注。本会议的目标，旨在为国内外从事复杂管理系统建模与仿真的研究及实践人员提供一个高水平的、专业的论坛，通过思想碰撞与信息交流，探讨系统仿真领域的最新理论和实践，促进相互合作，进而推动仿真建模、分析与优化技术在复杂管理系统中的研究与应用。本会议邀请了国内外在仿真领域卓有建树的知名学者参加，如美国建模与仿真学会（SCS ）主席J. Fowler 教授，美国冬季仿真会议（WSC ）主任委员会委员J. Smith 教授，2012年WSC 会务主席美国亚利桑那大学Y .J. Son 教授等；以及中国系统仿真学会、广东省系统工程学会推荐的众多专家学者。会议将请各位专家学者就仿真理论、技术及其应用的最新进展做主题报告，大会还将组织针对性强的分组专题报告与研讨。第一届（2013）复杂管理系统建模与仿真国际研讨会期待您的参与和交流。 主办单位： 中国系统仿真学会离散仿真专业委员会 广东省系统工程学会 深圳大学 承办单位：深圳大学（管理学院） 赞助单位：深圳本斯集团 会议地点：中国·广东·深圳 会议网站：https://www.360docs.net/doc/2110758249.html,/ismscs13/ 会议时间：2013年6月1日至2日 会议主席：李凤亮教授，深圳大学副校长 大会执行主席： 陈智民教授，深圳大学管理学院院长 周泓教授，北京航空航天大学 张光宇教授，广东省系统工程学会 Dr. J. Fowler ，Arizona StateUniv . (USA) Dr. J. Smith ，Auburn Univ . (USA) Dr. Y .J. Son ，Univ . of Arizona (U SA) 学术委员会主席：周泓教授，北京航空航天大学 学术委员会委员： Dr. J. Fowler ，Arizona StateUniv . (USA) Dr. J. Smith ，Auburn Univ . (USA) Dr. Y .J. Son ，Univ . of Arizona (U SA) Dr. P. Ahrweiler, Univ . of Dublin (Ireland) 范文慧教授，清华大学 何世伟教授，北京交通大学 胡斌教授，华中科技大学 隽志才教授，上海交通大学 任佩瑜教授，四川大学 卫军胡教授，西安交通大学 魏新教授，广东工业大学 徐哲教授，北京航空航天大学 徐宗昌教授，装甲兵工程学院 张光宇教授，广东工业大学 周明教授，深圳大学 朱一凡教授，国防科技大学 戈鹏副教授，四川大学 刘蕾副教授，电子科技大学 龚晓光副教授，华中科技大学 潘燕春副教授，深圳大学 赵晗萍副教授，北京师范大学 会议主题：复杂管理系统建模、仿真与分析---理论研究与应用实践。 议题范围（会议议题包括但不限于以下方面）： 1. 复杂管理系统建模：基于系统科学/系统工程的方法； 2. 仿真建模与分析的理论和方法，如离散事件仿真、系 统动力学仿真、多智能体仿真、嵌入式仿真等； 3. 仿真技术与工具； 4. 基于仿真的复杂系统优化； 5. 基于仿真的风险决策与分析； 6. 面向可持续发展的绿色生产与服务：基于仿真的研 究； 7. 系统仿真与信息系统整合：决策支持与智能化管理； 8. 仿真在复杂管理系统中的应用，包括生产制造系统、 供应链与物流系统、交通运输系统、计算机/通讯网络管理系统、医疗服务管理系统、旅游与智慧景区管理系统、作战与综合保障系统，以及循环经济、项目管理、流程再造、工程或技术管理、战略管理、信息管理与电子商务等各大领域。 会议出版物：会议拟将录用的论文以光盘形式出版，并申请国际权威检索机构（EI/ISTP ）审查收录。 论文投递：论文请用英文撰写，MS W ord 编辑，采用电子投稿方式，投递至大会邮箱ismscs2013@https://www.360docs.net/doc/2110758249.html, ，论文格式规范详见会议网站https://www.360docs.net/doc/2110758249.html,/ismscs13/。 最佳论文奖：大会将评选最佳论文奖（最多3篇），并颁发获奖证书。 重要时间：2013年3月1日，论文扩展摘要或全文（最多6页）投稿截止；2013年4月1日，论文录用与否通知；2013年5月15日，大会注册截止；2013年6月1日-2日，会议召开。 费用：版面费800元（5页内），每超一页加100元；会务费700元每位。版面费和会务费学生减半，详见会议网站。
机械设计制造及其自动化专业_百度文库(精)
机械设计制造及其自动化专业 业务培养目标: 业务培养目标:本专业培养具备机械设计制造基础知识与应用能力,能在工业生产第一线从事机械制造领域内的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面工作的高级工程技术人才。 业务培养要求:本专业学生主要学习机械设计与制造的基础理论,学习微电子技术、计算机技术和信息处理技术的基本知识,受到现代机械工程师的基本训练,具有进行机械产品设计、制造及设备控制、生产组织管理的基本能力。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力: 1.具有较扎实的自然科学基础、较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力; 2.较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识,主要包括力学、机械学、电工与电子技术、机械工程材料、机械设计工程学、机械制造基础、自动化基础、市场经济及企业管理等基础知识; 3.具有本专业必需的制图、计算、实验、测试、文献检索和基本工艺操作等基本技能; 4.具有本专业领域内某个专业方向所必要的专业知识,了解其科学前沿及发展趋势; 5.具有初步的科学研究、科技开发及组织管理能力; 6.具有较强的自学能力和创新意识。 主干课程: 主干学科:力学、机械工程。
主要课程:工程力学、机械设计基础、电工与电子技术、微型计算机原理及应用、机械工程材料、制造技术基础。 主要实践性教学环节:包括军训,金工、电工、电子实习,认识实习,生产实习,社会实践,课程设计,毕业设计(论文等,一般应安排40周以上。 修业年限:四年 授予学位:工学学士 相近专业:机械设计制造及其自动化材料成型及控制工程工业设计过程装备与控制工程车辆工程机械工程及自动化机械电子工程汽车服务工程机械类车辆保险与理赔专业 ====推荐图书=== 高考专业详解与填报指南 开办院校 北京 [比较]华北电力大学(北京 [比较]中国农业大学[比较]中国地质大学[比较]北京化工大学 [比较]北京林业大学[比较]北京信息科技大学[比较]北方工业大学[比较]北京石油化工学院 [比较]北京物资学院 天津 [比较]天津大学[比较]天津工程师范学院[比较]天津城市建设学院 上海
【完整版】仿真软件在机械系统设计中的应用
机械系统中仿真软件的使用现状分析 1.计算机仿真概述 所谓计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在电子计算机上对该仿真模型进行模拟实验(仿真实验)研究的过程。计算机仿真方法即以计算机仿真为手段，通过仿真模型模拟实际系统的运动来认识其规律的一种研究方法。计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法, 随着系统科学研究的深入、计算机技术的发展,而成为一门新兴的学科。近年来, 随着信息处理技术的突飞猛进, 使仿真技术得到迅速发展。计算机仿真主要有以下三种仿真形式： （1）物理仿真：按照实际系统的物理性质构造系统的物理模型，并在物理模型上进行试验研究。直观形象，逼真度高，但代价高，周期长。在没有计算机以前，仿真都是利用实物或者它的模型来进行研究的。 （2）半物理仿真：即物理数学仿真，一部分以数学模型描述，并把它仿真计算模型，一部分以实物方式引入仿真回路。针对存在建立数学模型困难的子系统的情况，必须使用此类仿真，如航空航天、武器系统等研究领域。 （3）数字仿真（计算机仿真）：首先建立系统的数学模型，并将数学模型转化为仿真计算模型，通过仿真模型的运行达到对系统运行的目的。现代计算机仿真由仿真系统的软件/硬件环境，动画与图形显示、输入/输出等设备组成。作为新兴的技术方法，与传统的物理实验相比较，计算机仿真有着很多无可替代的优点： 1）模拟时间的可伸缩性由于计算机仿真受人的控制，整个过程可控性比较强，仿真的时间可以进行人为的设定，因此时间上有着很强的伸缩性，也可以节约实验的时间,提高实验的效率。 2）模拟运行的可控性由于计算机仿真以计算机为载体，整个实验过程由计算机指令控制进程，所以可以进行认为的设定和修改，这个实验模拟过程有较强的可控性。 3）模拟试验的优化性由于计算机仿真技术可以重复进行无限次模拟实验，因此可以得出不同的结果，各种结果相互比较，可以找到一个更理想更优的问题的解决方案，可以作为优化实验，选择相应的方案。
系统建模与仿真课程简介
系统建模与仿真 开课对象：工业工程开课学期：6 学分：2学分；总学时：48学时；理论课学时：40学时； 实验学时：0 学时；上机学时：8学时 先修课程：概率论与数理统计 教材：系统建模与发展，齐欢，王小平编著，清华大学出版社，2004.7 参考书： 【1】离散事件系统建模与仿真，顾启泰，清华大学出版社 【2】现代系统建模与仿真技术，刘兴堂，西北工业大学出版社 【3】离散事件系统建模与仿真，王维平，国防科技大学出版社 【4】系统仿真导论，肖田元，清华大学出版社 【5】建模与仿真，王卫红，科学出版社 【6】仿真建模与分析(Simulaton Modeling and Analysis)(3rd eds.)，Averill M. Law, W.David Kelton，清华大学出版社/McGraw-Hill 一、课程的性质、目的和任务 建模与仿真是当代现代科学技术的主要内容，其技术已渗透到各学科和工程技术领域。本课程以一般系统理论为基础，让学生掌握适用于任何领域的建模与仿真的一般理论框架和基本方法。 本课程的目的和任务是使学生： 1．掌握建模基本理论； 2．掌握仿真的基本方法； 3．掌握一种仿真语言及仿真软件； 4．能够运用建模与仿真方法分析、解决工业工程领域的各种常见问题。 二、课程的基本要求 1．了解建模与仿真的作用和发展，理解组成要素。 2．掌握建模的几种基本方法，及模型简化的技术手段。 3．掌握建模的一般系统理论，认识随机数的产生的原因及统计控制方式。 4．能对离散事件进行仿真，并能分析运行结果。 三、课程的基本内容及学时分配 第一章绪论（3学时） 1．系统、模型、仿真的基本概念
浅析机械设计中的系统建模与仿真
浅析机械设计中的系统建模与仿真 发表时间：2018-05-15T14:56:43.670Z 来源：《知识-力量》2018年3月上作者：赵洪泽[导读] 本文介绍发展系统建模与仿真技术的的分类，进一步阐述系统建模与仿真技术的运用，最后总结建模与仿真技术的发展的趋势。 （西华大学，四川成都 610039）摘要：本文介绍发展系统建模与仿真技术的的分类，进一步阐述系统建模与仿真技术的运用，最后总结建模与仿真技术的发展的趋势。关键词：系统建模仿真趋势 一、模拟仿真的定义 仿真(Simulation)，即使用系统模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该影响是在项目仿真系统整体的层次上表示的。系统仿真利用计算机模型和某一具体层次的风险估计，一般采用蒙特卡洛法进行仿真，为设计提供决策支持和科学依据。仿真是利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。 二、模拟仿真的运用 研制新型飞机时，一般先要对按比例缩小的飞机模型进行风洞试验，以验证飞机的空气动力学性能；开发新型轮船或舰艇等时，一般先要在水池中对缩小的轮船模型进行试验，以了解轮船的各种性能；我国在建设三峡大坝时，广泛采用建模与仿真技术研究和评估大坝对环境、生态、洪水等方面的影响；设计新的生产线或新产品时，要通过仿真或试验对生产线或产品性能作出评估。训练、演示、教学、培训；军事模拟、指挥、虚拟战场；建筑视景与城市规划等多个领域均有仿真模拟的存在。 三、仿真的分类仿真可以按照不同原则分类： ①按所用模型的类型（物理模型、数学模型、物理数学模型）分为物理仿真、计算机仿真（数学仿真）、半实物仿真； ②按所用计算机的类型（模拟计算机、数字计算机、混合计算机）分为模拟仿真、数字仿真和混合仿真 ③按仿真对象中的信号刘（连续的、离散的）分为连续系统仿真和离散系统仿真； ④按仿真时间与实际时间的比例关系分为实时仿真（仿真时间标尺等于自然时间标尺）、超实时仿真（仿真时间标尺小于自然时间标尺）和亚实时仿真（仿真时间标尺大于自然时间标尺）； ⑤按对象的性质分为宇宙飞船仿真、化工系统仿真、经济系统仿真等四、系统的分类 （一）从自然属性的角度对系统划分的内容。根据系统是否具有齐次性，系统可以分为：线性系统与非线性系统。简单地说，线性系统就是满足“加法”和“乘法”的系统，两个信号之和经过一个线性系统所产生的输出，等于这两个信号分别经过这个系统得到的输出，这就是加法；乘法就是一个信号乘以一个常数经过线性系统的输出，等于这个信号经过此系统的输出乘以这个常数；而非线性系统就是不满足“加法”和“乘法”的系统（二）根据系统状态变化是否连续，可以将系统分为连续系统（continuous system)和离散事件系统(discrete event system)。连续系统是指系统状态随时间发生连续变化，如化工、电力、液压-气动系统、铣削加工等，其数学模型有微分方程、状态方程、脉冲响应函数等形式。离散事件系统是指只有在离散的时间点上发生“事件”时，系统状态才发生变化的系统，它的数学模型通常为差分方程。制造领域中生产线/装配线、路口的交通流量分布、电信网络的电话流量等都是典型的离散事件系统。 （三）根据系统的模型参数是否恒定，系统可以分为：时变系统与时不变系统。时变系统的函数随时间发生而变化，时不变系统的函数是恒定的，不因时间的变化而变化。还是以售票系统为例，这个系统的参数设定，一般就不会随时间的变化而变化了，因此是时不变系统；人类生存的生态环境就是一个时变系统，每一时刻都有动植物在灭绝，五、数字化仿真的优势 ①有利于缩短产品的开发周期； ②有利于提高产品质量； ③有利于降低产品开发成本； ④可以完成复杂产品的操作、使用训练。 六、数学模型的分类 按人们对事物发展过程的了解程度分类：白箱模型：指那些内部规律比较清楚的模型。如力学、热学、电学以及相关的工程技术问题。灰箱模型：指那些内部规律尚不十分清楚，在建立和改善模型方面都还不同程度地有许多工作要做的问题。如气象学、生态学经济学等领域的模型。黑箱模型:指一些其内部规律还很少为人们所知的现象。如生命科学、社会科学等方面的问题；但由于因素众多、关系复杂，也可简化为灰箱模型来研究按建立模型的数学方法分类:几何模型、微分方程模型、图论模型规划论模型马氏链模型；按应用离散方法或连续方法分类：离散型、连续模型；按是否考虑模型的变化分类：静态模型动态模型按是否考虑随机因素分类：确定性模型随机性模型；按模型的应用领域分类:生物数学模型、医学数学模型、地质数学模型、数量经济学模型、数学社会学模型。 七、建模与仿真的发展趋势 由于国际化市场的激烈竞争和用户对产品的功能、质量、价格、供货期、售后服务等要求越来越高，以及高新技术的飞速发展，柔性自动化，智能化，并行工程等是当今先进制造技术的发展趋势。计算机的普遍应用给系统仿真领域带来了巨大的发展动力。计算机仿真技术，也就是数学仿真技术的发展改变了以往物理仿真投资大、周期长、不易改进的局面，计算机的应用又推动了系统仿真领域的研究不断向前发展。通过建模与仿真技术的结合，进一步优化产品，使产品智能化，自动化。仿真技术将逐渐涉及更多领域，以求跟随计算机的数字化发展进程。
机械设计制造及其自动化专业介绍
机械设计制造及其自动化专业/r/n (1) 机械设计制造及其自动化专业本科四年工学学士学位/r/n 本专业以现代机械设计、制造技术为主，并兼顾微电子技术在机械行业应用的工科专业。培养基础扎实，知识面宽，综合素质高，具备机电系统设计制造的基本知识与应用能力，能在工业生产第一线从事机电系统的设计制造、科技开发、应用研究，运行管理和经营销售等方面工作复合型的高级工程技术人才。/r/n 本专业学生主要学习机械设计与制造的基本理论，微电子技术、计算机技术、信息处理技术、控制理论及方法的基本知识，受到现代机械工程师的基本训练，具有进行机电产品设计、制造及设备控制、生产组织管理的基本能力。毕业生应具有较扎实的自然科学基础、较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力;较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，掌握机、电、计算机结合的机电系统设计制造、科技开发、应用研究的能力;具有从事现代柔性加工系统的应用、运行管理和维护的能力;了解其科学前沿及发展趋势，具有较强的自学能力和创新意识。/r/n 专业主干课程: 机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、电工电子技术、测试技术、单片机原理与接口技术、工程材料与工艺学、互换性与技术测量、机械制造工程、数控机床与数控加工、机电控制基础与系统、工程机械传动系统设计、机电一体化产品设计。/r/n 主要实践性教学环节:测试与信息处理实验，现代机械设计及制造技术综合实验，机械系统传动实验，机电一体化实验，机械创新设计方案实验，机械系统动力学综合性能实验，数控加工实验。电工、电子实习，金工实习、生产实习，课程设计，毕业设计(论文)等。/r/n 【相关文章】机械设计制造及其自动化专业简介(本科)/r/n 以机械设计与制造为基础，融入计算机科学、信息技术、自动控制技术的交叉学科，主要任务是运用先进设计制造技术的理论与方法，解决现代工程领域中的复杂技术问题，以实现产品智能化的设计与制造。/r/n 机械设计制造及其自动化专业是研究各种工业机械装备及机电产品从设计、制造、运行控制到生产过程的企业管理的综合技术学科。机械设计制造及其自动化专业研究的主要内容包括机械与机器的组成原理、运动分析方法、力学分析方法及电气控制原理，各种机电产品的设计技术、制造技术与控制技术、计算机辅助设计技术、现代机械制造技术与方法，机电一体化技术，计算机辅助制造技术，特种加工技术，自动化制造系统，机器人技术，计算机集成制造技术，计算机原理及应用等。/r/n 随着微电子技术、信息技术、计算机技术、材料技术和新能源技术等高新技术与机械设计制造技术的相互交叉、渗透、融合，使传统意义上的机械设计制造技术在原有基础上得到了质的飞跃，形成了当代的先进设计制造技术，与传统的机械设计制造技术相比既有继承，又有很大发展。如今，先进的设计制造技术正成为经济发展和人民生活需要的主要技术支撑，成为加速高技术发展和国防现代化的主要支撑，成为企业在激烈市场竞争中能立于不败之地并求得迅速发展的关键技术。计算机技术引入机械领域，使机械设计制造及其自动化技术产生了深刻变化。利用计算机辅助设计与优化设计技术，使设计过程实现了自动化和最优化;微电子技术与机械技术的结合，实现了机电产品的一体化，出现了数控机床和加工中心、机器人、微型机电系统等;利用计算机控制技术使机械制造过程实现了自动化和智能化，传感技术、计算机技术和机械设计制造的结合;机器的设计与运行过程的紧密结合，可以对机电产品的设计过程、制造过程、销售过程、安装与运行过程实现综合的自动化控制。/r/n 机械设计制造及其自动化学科在国民经济中处于极其重要的地位，它对其他技术领域起着支撑性作用，成为国民经济各行业的基础。机械工业的发展也必将带动其他技术及行业的发展。各种自动化机械设备大大提高了劳动生产率，降低了工人的劳动强度，各种大型成套
三维设计软件和技术在机械设计中的应用
三维设计软件和技术在机械设计中的应用 摘要：随着计算机图形技术的发展与成熟，在机械设计中CAD 三维软件作用越来越重要。它的优点是简单、准确、方便和快捷等。通过三维设计，我们可以得到产品的三维模型以及虚拟产品的效果图,还有根据三维模型输出的完美的、标准化的工程图纸。由于它的巨大优势，CAD 三维设计已经成为机械设计的主要发展方向。 关键词：机械设计三维软件CAD 应用 Application of 3D design software and technology in machine design Abstract：With the development and maturity of computer graphics technology, CAD 3D-software is becoming more and more important in machine design.Briefness,accuracy, convenience and speediness are its advantages.Through 3D design,We can get 3D model and design sketch of virtual product,and perfect, standardized engineering drawing. Be- cause of its huge advantage, CAD 3D design is becoming the main development direc- tion of machine design. Keywords: Machine design 3D-software CAD Application 0 引言 随着计算机图形学的飞速发展、数据库技术的提高，还有微型计算机性能的改善，计算机已经普及到越来越多的行业中。对于机械设计，传统的设计方法都是设计人员通过画图板，铅笔，制图工具，来设计图形。这样的设计方法不但使工作变得复杂、枯燥，而且浪费了很多的资源和时间。如今已经很少看到设计人员用纸笔画图了，取而代之的是CAD软件。通过CAD软件来设计图形使设计人员节约了很多时间，提高了设计的质量和精度，做到了传统设计方法无法做到的一些事情。目前在这个领域，模拟传统作图过程的CAD二维设计软件已经得到广泛的应用，而CAD 三维设计软件也日渐红火起来。CAD三维设计技术有着和传统设计不同的思想和方法，并且有着极大的优势，它的出现和发展，是我们机械设计上的一大进步。 本文将从各个方面介绍三维设计技术、常用的三维设计软件和它们在机械设计中的应用情况。 1 三维设计软件综述 目前三维设计软件已经渗透到各个工程领域，并有着广阔的市场前景。三维设计软件与二维
管理系统仿真建模及应用结课论文
管理系统仿真建模及应用结课论文 题目：计算机仿真技术的研究与发展 学院： 班级： 姓名： 学号：
计算机仿真技术的研究与发展 摘要：系统仿真技术也称为系统模拟技术,所谓电子通信系统的计算机仿真,就是利用计算机对实际电子通信系统物理模型或数字模型进行试验,通过这样模型实验来对一个实际系统的性能和工作状态进行分析和研究。在科研领域，计算机技术与系统仿真技术相结合，形成了计算机仿真技术，作为人们科学研究的一种新型方法，被人们应用到各个领域，用来解决人们用纯数学方法或者现实实验无法解决的问题，对科研领域技术成果的形成有着积极地促进作用。 关键字：计算机仿真技术；概述；现状；发展前景。 一、引言 计算机仿真技术是建立在系统科学、系统辨识、控制理论、计算方法和计算机技术等学科上的一门综合性很强的技术科学。它以计算机和专业实验设备为工具，以物理系统的数学模型为基础，通过数值计算的方法，对已经存在的或尚不存在的系统进行分析、研究和设计。目前，计算机仿真技术不但是科学研究的有力工具，也是分析、综合各类工程系统或非工程系统的一种研究方法和有力手段。 计算机仿真技术已经在机械制造、航空航天、交通运输、船舶工程、经济管理、工程建设、军事模拟以及医疗卫生等领域得到了广泛的应用。 二、计算机仿真概述 计算机仿真又称计算机模拟或计算机实验。所谓计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在电子计算机上对该仿真模型进行模拟
实验研究的过程。计算机仿真方法即以计算机仿真为手段，通过仿真模型模拟实际系统的运动来认识其规律的一种研究方法。计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法, 随着系统科学研究的深入、控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展而形成的一门新兴学科。近年来, 随着信息处理技术的突飞猛进,使仿真技术得到迅速发展。 计算机仿真主要有以下三种仿真形式： 物理仿真：按照实际系统的物理性质构造系统的物理模型，并在物理模型上进行试验研究。直观形象，逼真度高，但代价高，周期长。在没有计算机以前，仿真都是利用实物或者它的模型来进行研究的。 半物理仿真：即物理数学仿真，一部分以数学模型描述，并把它仿真计算模型，一部分以实物方式引入仿真回路。针对存在建立数学模型困难的子系统的情况，必须使用此类仿真，如航空航天、武器系统等研究领域。 数字仿真：首先建立系统的数学模型，并将数学模型转化为仿真计算模型，通过仿真模型的运行达到对系统运行的目的。现代计算机仿真由仿真系统的软件/硬件环境，动画与图形显示、输入/输出等设备组成。 作为新兴的技术方法，与传统的物理实验相比较，计算机仿真有着很多无可替代的优点： 1. 模拟时间的可伸缩性 由于计算机仿真受人的控制，整个过程可控性比较强，仿真的时间可
平面机械程序库 AMESim仿真软件
附件1：外文资料翻译译文 平面机械程序库 AMESim仿真软件 第一部分制定动力学方程 威尔弗里德侯爵，法夫尔埃里克Bideaux ，塞尔日Scavarda 工业自动化实验室，里昂国立科学应用研究所，法国 投稿：2003年3月25日;修订稿：2004年12月17日;录用稿：2005年2月8日网上提供：2005年3月17日 摘要: 本文介绍了应用于AMESim仿真工具的平面机械库的数学开发，刚体与运动副是该库的基本组件。由于AMESim平面机械库设计原则的要求，数学模型部分需要一个基于通用矢量演算的约束公式的方程。该方程使用非独立广义坐标。这种动力学方程组是应用乔丹的原则结合拉格朗日因子而获得的，刚体组件的数学模型包括以非独立广义坐标表达的微分方程，运动副组件的数学模型是基于应用几何，运动和加速度约束方程的Baumgarte稳定式。拉格朗日因子是这些Baumgarte稳定式的隐含解，本文的第一个主要成果是矢量形式的集合约束的表达及其开发，第二个重要成果是使已有的方程适用于AMESim设计原则。 2005年Elsevier B.V.版权所有 关键词：AMESim；平面力学；动力学方程；约束方程；拉格朗日因子；Baumgarte 稳定 1. 导言 本文分为两部分，为仿真工具AMESim（2）提出了一种新模型库。第一部分主要是模型库的理论开发，第二部分模型库的组成因为它初次用于AMESim，并以七刚体刚体应用实例给予演示。改库组件属于平面机械域。其目的不是与更适应该域多体系统软件工具竞争，而是扩大能够被处理AMESim的工业应用的范围，从理论的
角度看来，应用该库的难度主要是将已有的机械方程的以适用于AMESim设计原则的内在要求。该解可由将用乔丹原则和拉格朗日乘法相结合表示的动力学方程用于Baumgarte的稳定式而得出。同时研究了关于库组件（刚体和运动副）的该方程的通用特性，这也是本文一个关键成果。本质上，该方程包括与运动副相关的几何约束矢量表达以及她们的开发执行。结果是为运动和加速度的限制建立适合库中每个运动副的唯一表达。 该通用方程的特性使运动副约束的推导系统化。运用所提出的方程，可以想象一个新的运动副向量约束并直接导出其相应的数学模型。同时，在预定义的组件模型上下文中，已给公式使用输入，输出清楚地表明了不同数学模型的边界，因此它同时可帮助定义在各模型中必须使用的输出公式。同时，该公式提出了本质上可以处理闭环结构。 AMESim（用于高级建模的执行仿真环境）被用于组件库内。组件，用技术图标的符号表达，完全可以像下面研究的系统一样联结。AMESim最初应用于简单的一维运动的约束驱动二维机械程序库的发展。 第2节概述了一些多刚体表达和面向对象的工具，以及AMESim的环境要求。这些要求就如何建立二维程序库有些影响，第3节详细说明了建立库组件的数学模型的理论发展。第4节总结了第一部分。 2. AMESim设计原则的约束 在简要概述了多刚体表达原则和一些面向对象工具后，给出了AMESim的需求表达。 关于多刚体表达的现状在文献[23]中已给出。细节在此不再敷述，更深入的描述读者可参照这本书。虽然已经过去10年，某些工具已不在发展并且其他工具已经发生了变化，但该书给出了关于可以用来作为多刚体表达的基础的主要原则的一个好方法，同时它的综述使库的提出定位于这些表达。写出动力学方程方法的有不同的方法，多刚体表达中用的最多的是适用于单个刚体的牛顿-欧拉方程。多组刚体的牛顿-欧拉方程，拉格朗日方程和凯恩方程[13，14]。动力学方程中的变量不是绝对坐标就是相对坐标。同时使用补充方法减少微分代数方程的次数。主要的是坐标分区法，投影矩阵法，Baumgarte稳定式和惩罚方程[9]。前两个方法的目的是在一套独立的广义坐标下工作，而允许引入约束，加上微分方程，去处理Baumgarte 稳定式和通过引入额外的动力学模型里处罚方程增加了微分系统的阶数。
机械设计制造及其自动化专业导论论文
机械设计制造及其自动化专业导论论文
机械设计制造及其自动化专业旨在培养学生具有机械产品设计与制造、设备控制、生产组织管理及市场营销的基本能力。通过学习机械设计与制造的基本理论、机电控制技术、计算机辅助设计与制造知识，接受现代机械工程师的基本训练。本专业的主干学科为机械设计、机械制造基础、工程力学、电工电子技术、计算机应用系列课程、机械电子学、微机原理及数控加工技术；以及现代机械设计理论及方法、机械CAD/CAE/CAM等反映现代设计制造学科前沿的重要课程。 概述 机械行业是一个国家的基础性和支柱性产业，在国民经济中占有极其重要的地位，它与上游产业（如钢铁、煤炭、有色等）和下游产业（如住房、日用消费品等）关系密切，具有很强的拉动能力。而机械制造自动化技术始终是机械制造中最活跃的一个研究领域。也是制造企业提高生产率和赢得市场竞争的主要手段。没有强大的机械制造业，就不可能实现国民经济的工业化、现代化和信息化。 世界的机械制造业 从技术上看：机械制造自动化技术自本世纪20年代出现以来，经历了三个阶段，即刚性自动化、柔性自动化和综合自动化。综合自动化常常与计算机辅助制造、计算集成制造等概念相联系，它是制造技术、控制技术、现代管理技术和信息技术的综合，旨在全面提高制造企业的劳动生产率和对市场的响应速度。环境保护的压力和信息技术的广泛应用给机械制造自动化技术的发展带来新的机遇和挑战，高技术化、信息化、绿色化、全球化成为发展的总趋势。 我国的机械制造业 我国机械制造业现状：改革开放三十年以来，中国制造业有了显著的发展，无论制造业总量还是制造业技术水平都有很大的提高。机械制造业从产品研发、技术装备和加工能力等方面都取得了很大的进步，但具有独立自主知识产权的品牌产品却不多。 存在着许多技术黑洞，与世界发达国家差距大：中国的机械制造业存在着诸多问题。曾几何时，企业的进口机械成了宣传的噱头。广东一家食品企业这样炫耀
机械常用软件比较
机械常用软件比较 常用软件简介 1. (全称)是美国旗下公司集于一体的大型集成软件系统。最早源于麦道飞机公司的航空航天尖端设计制造技术，并逐步发展成为独立软件系统。后随着麦道并入波音而于1991年并入，并成为部门。是面向制造业(计划)、(设计)、(制造)与(服务)的解决方案(包括(数字工厂)、(下一代系统)、(开放平台)、、(协同管理框架)和等)的核心构件之一。系统主要应用于包括通用汽车在内的汽车、国防、机电装备等行业的大型制造企业，是全球应用最为广泛的高端工业软件系统之一。并于1990年初随着通用汽车的引进而正式进入中国。是新一代覆盖产品全生命周期的数字化产品开发系统，在原有所有版本基础上对各个模块全面进行了功能增加和性能增强，同时溶入了很多原来软件(于20世纪90年代末收购了公司及其软件)的优秀功能和操作模式。内核部分扩大了知识语言支持的范围，应用部分大量增加了汽车专用模块，传统的应用功能进一步加深、加强，用户界面的友好性、系统的稳定性与易学易用性等都得到显著的改进和完善。具体来说，该软件具有以下特点： （1）具有统一的数据库，真正实现了等各模块之间的无数据交换的
自由切换，可实施并行工程。 （2）采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体。 （3）用基于特征（如孔、凸台、型胶、槽沟、倒角等）的建模和编辑方法作为实体造型基础，形象直观，类似于工程师传统的设计办法，并能用参数驱动。 （4）曲面设计采用非均匀有理B样条作基础，可用多种方法生成复杂的曲面，特别适合于汽车外形设计、汽轮机叶片设计等复杂曲面造型。 （5）出图功能强，可十分方便地从三维实体模型直接生成二维工程图。能按标准和国标标注尺寸、形位公差和汉字说明等。并能直接对实体做旋转剖、阶梯剖和轴测图挖切生成各种剖视图，增强了绘制工程图的实用性。 （6）以为实体建模核心，实体造型功能处于领先地位。目前著名软件均以此作为实体造型基础。 （7）提供了界面良好的二次开发工具（）和（），并能通过高级语言接口，使的图形功能与高级语言的计算功能紧密结合起来。（8）具有良好的用户介面，绝大多数功能都可通过图标实现；进行对象操作时，具有自动推理功能；
哈工大工程系统建模与仿真实验报告
研究生学位课 《工程系统建模与仿真》实验报告 （2017 年秋季学期） 姓名 学号 班级研一 专业机械电子 报告提交日期 哈尔滨工业大学
报告要求 1.实验报告统一用该模板撰写： (1)实验名称 (2)同组成员（必须写） (3)实验器材 (4)实验原理 (5)实验过程 (6)实验结果及分析 2.正文格式：小四号字体，行距单倍行距； 3.用A4纸单面打印；左侧装订； 4.报告需同时提交打印稿和电子文档进行存档，电子文档请发送至： xxx@https://www.360docs.net/doc/2110758249.html,。 5.此页不得删除。 评语： 教师签名： 年月日
实验一报告正文 一、 实验名称 TH －I 型智能转动惯量实验 二、 同组成员（必须写） 17S 三、 实验器材（简单列出） 1. 扭摆及几种有规则的待测转动惯量的物体 2. 转动惯量测试仪 3. 数字式电子台秤 4. 游标卡尺 四、 实验原理（简洁） 将物体在水平面内转过一角度θ后，在弹簧的恢复力矩作用下物体就开始绕垂直轴作往返扭转运动。 根据虎克定律，弹簧受扭转而产生的恢复力矩M 与所转过的角度θ成正比，即 M ＝－K θ （1） 式中，K 为弹簧的扭转常数，根据转动定律 M ＝I β 式中，I 为物体绕转轴的转动惯量，β为 角加速度，由上式得 M I β= （2） 令2I K ω= ,忽略轴承的磨擦阻力矩，由式（1）、（2）得 222d K dt I θβθωθ==-=- 上述方程表示扭摆运动具有角简谐振动的特性，角加速度与角位移成正比， 且方向相反。此方程的解为： c o s () A t θωφ=+ 式中，A 为谐振动的角振幅，φ为初相位角，ω为角速度，此谐振动周期为 22T π ω = = （3） 由式（3）可知，只要实验测得物体扭摆的摆动周期，并在I 和K 中任何一个量已知时即可计算出另一个量。 五、 实验过程（简洁） 1. 用游标卡尺测出实心塑料圆柱体的外径D 1、空心金属圆筒的内、外径D 内、 D 外、木球直径D 直、金属细杆长度L ；用数字式电子秤测出各物体质量m （各测量3次求平均值）。