数值建模与仿真在日常生活中的应用
学会通过计算机进行仿真和建模
学会通过计算机进行仿真和建模现代科技的快速发展使得计算机已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
无论是科学研究还是工程设计，计算机的应用都起到了至关重要的作用。
其中，通过计算机进行仿真和建模更是一项重要且充满挑战的任务。
本文将探讨学会通过计算机进行仿真和建模的重要性以及如何进行这一过程。
一、仿真与建模的定义和作用在介绍如何通过计算机进行仿真和建模之前，我们首先需要明确它们的定义和作用。
简单而言，仿真是基于现有知识和数据生成模拟结果，以便更好地了解某个系统或过程。
而建模则是根据现实世界中的对象或现象，通过数学方程或计算机程序构建相应的模型，以便进行仿真研究。
仿真和建模在各个领域都有着广泛的应用。
在科学研究方面，仿真和建模可以帮助科学家们更好地理解自然界中的规律和现象，甚至可以预测未来发展趋势。
在工程设计方面，仿真和建模可以帮助工程师们更好地优化设计方案，减少实验测试的成本和风险。
此外，在医学、经济学、环境保护等领域，仿真和建模也被广泛应用。
二、学会选择适当的仿真和建模工具学会通过计算机进行仿真和建模需要选择适当的工具和软件。
目前市面上有许多专门用于仿真和建模的软件，如MATLAB、Simulink、SolidWorks等。
这些软件提供了各种模型和算法，能够满足不同领域和需求的仿真和建模任务。
在选择仿真和建模工具时，需要根据具体的需求和背景来进行考量。
比如，如果需要进行数值计算和参数优化，MATLAB可能是一个不错的选择；如果需要进行流体力学仿真，ANSYS可能是一个更适合的软件。
此外，也可以根据自己的兴趣和实践经验选择合适的工具，通过学习和实践掌握其使用方法。
三、学会构建适当的数学模型在进行仿真和建模之前，首先需要构建适当的数学模型。
数学模型是对现实世界中的对象或现象进行形式化描述的工具，是进行仿真和建模的基础。
构建适当的数学模型需要从现实问题出发，理清问题的关键因素和主要影响因素，选择合适的数学方法和算法。
系统建模与仿真技术在制造工程中的应用
系统建模与仿真技术在制造工程中的应用随着科技的不断进步，制造工程领域也在不断发展和创新。
其中，系统建模与仿真技术的应用越来越受到关注。
系统建模与仿真技术是一种通过建立数学模型和运用计算机仿真方法来模拟和分析系统行为的方法。
它可以帮助制造工程师更好地理解和优化制造系统，提高生产效率和质量。
首先，系统建模与仿真技术可以帮助制造工程师对制造过程进行全面的分析和优化。
通过建立系统模型，可以清晰地描述制造系统的各个组成部分以及它们之间的相互关系。
制造工程师可以通过仿真模拟不同的运作方式和参数设置，以寻找最优解决方案。
例如，在汽车制造过程中，制造工程师可以建立一个系统模型，包括生产线、机器人、传送带等各个环节，并通过仿真模拟不同的生产速度、工艺参数等来优化生产效率和产品质量。
其次，系统建模与仿真技术可以帮助制造工程师预测和解决潜在的问题。
在制造过程中，可能会出现各种各样的问题，例如设备故障、物料短缺等。
通过建立系统模型，并模拟不同的情景，制造工程师可以提前预测到潜在的问题，并制定相应的解决方案。
这样可以大大减少生产中的意外情况，提高生产的稳定性和可靠性。
例如，在食品加工过程中，通过建立一个系统模型，并模拟不同的温度、湿度等环境参数，可以预测到可能出现的细菌滋生情况，并采取相应的措施来保证产品的安全性。
此外，系统建模与仿真技术还可以帮助制造工程师进行产品设计和改进。
通过建立产品的系统模型，并模拟不同的设计参数和材料选择，可以评估不同设计方案的性能和可行性。
这样可以帮助制造工程师在产品设计阶段就发现潜在的问题，并进行相应的改进。
例如，在航空航天领域，制造工程师可以建立一个飞机的系统模型，并通过仿真模拟不同的机翼形状、材料等参数，以评估不同设计方案的飞行性能和燃油效率。
总之，系统建模与仿真技术在制造工程中的应用具有重要的意义。
它可以帮助制造工程师更好地理解和优化制造系统，提高生产效率和质量。
通过建立系统模型和进行仿真模拟，制造工程师可以进行全面的分析和优化，预测和解决潜在的问题，以及进行产品设计和改进。
物理学中的数值模拟与计算机模型
物理学中的数值模拟与计算机模型物理学中的数值模拟与计算机模型是一种重要而广泛应用的方法，它利用计算机对物理系统进行建模与仿真。
通过数值模拟和计算机模型，物理学家可以研究各种物理现象，预测实验结果，提高实验的效率，并且在某些情况下，甚至可以发现一些实验无法观察到的现象。
本文将探讨物理学中的数值模拟和计算机模型在实践中的应用和意义。
一、数值模拟的方法和算法1.有限差分方法（Finite Difference Method，FDM）：有限差分法是一种数值解微分方程的方法，可以将微分方程转化为差分方程，进而进行数值模拟。
这种方法在模拟一些连续介质的行为时非常有效，如电磁场的传播、热传导等。
2.有限元方法（Finite Element Method，FEM）：有限元法是一种将问题域划分为若干个离散区域，然后通过组装这些区域来近似求解微分方程的方法。
该方法广泛应用于结构力学、流体力学等领域，能够较好地处理复杂的边界条件和非线性问题。
3.蒙特卡洛方法（Monte Carlo Method）：蒙特卡洛方法是一种基于随机抽样的统计模拟方法，通过随机数生成与实验相似的样本来进行仿真。
这种方法在高能物理、统计力学等领域有广泛应用，如模拟粒子碰撞、计算量子力学的期望值等。
二、计算机模型的应用1.天体物理学中的计算机模拟：计算机模型在天体物理学中有着重要的应用，例如模拟恒星的演化、行星的形成等。
通过计算机模型，可以模拟宇宙中的各种物理过程，观察星系、星云的形成与演化，为天文学家提供重要的理论依据。
2.材料科学中的计算机模拟：在材料科学中，计算机模型可以模拟材料的微观结构、热力学性质等。
通过对材料进行计算机模拟，可以预测材料的物理性质、优化合成工艺，加速材料研发的过程。
3.核物理学中的计算机模拟：在核物理学研究中，计算机模型可以模拟原子核的构造与性质，模拟核反应过程，从而深入研究原子核结构与核物理的基本规律。
计算机模型在核能研究、核聚变与裂变等领域具有重要应用价值。
焊接过程中的数值模拟与仿真技术
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跨学科合作与创新：焊接过 程的数值模拟与仿真技术需 要与多个学科领域进行合作 和创新。未来发展需要加强 跨学科合作，推动焊接技术
的进步和应用。
结论与展望
结论
焊接过程中的数值模拟与仿真技术对于提高焊接质量和效率具有重要意义
通过数值模拟与仿真技术可以预测和优化焊接过程，降低成本和减少废品 率 未来随着计算机技术和数值计算方法的不断发展，数值模拟与仿真技术将 更加精确和高效
仿真结果分析：通过仿真计算，可以得 到焊接过程中的温度场、应力场等关键 参数，为优化焊接工艺和提高焊接质量
提供依据。
数值模拟与仿真技 术在焊接中的挑战
与未来发展
数值模拟与仿真技术在焊接中的挑战
焊接过程的复杂性：焊接过程中涉及的材料、温度、应力等多种因素，使得数值模拟与仿 真技术面临诸多挑战。
建模与计算的准确性：焊接过程的数值模拟与仿真需要精确的模型和计算方法，以确保结 果的准确性和可靠性。
性、焊接工艺参数等。
应 用 实 例 展 示 ： 展 示 基 于 C OMS O L 的 焊 接过程仿真的实际应用案例，包括焊接
缺陷预测、焊接工艺优化等。
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C OMS O L 软 件 介 绍 ： C OMS O L 是 一 个 强大的多物理场仿真软件，支持电场、 力学、流体等多种物理场的耦合计算。
焊接过程中数值模 拟的原理与方法
焊接过程的物理模型
焊接过程的物理模型概述 焊接过程的物理模型建立 焊接过程的物理模型求解方法 焊接过程的物理模型应用案例
数值模拟的基本原理
有限元法的基本原理
有限差分法的基本原理
边界元法的基本原理
数值模拟的精度与稳定性 分析
三维建模与仿真在交通场景中的应用
社科文化视界观OBSERVATION SCOPE VIEW303三维建模与仿真在交通场景中的应用郝炯辉（沈阳化工大学，辽宁，沈阳110142）摘要：随着我国经济与人口的日益增长，城市交通紧张已经影响到我国城市居民的幸福感，还有可能引发一系列社会问题。
三维建模与仿真是近年来计算机领域的热点研究技术，因此将三维建模与仿真应用到交通场景中，可以为解决我国城市交通问题提供有效的帮助，本文就此做了一些探讨，并分析了其中的关键技术。
关键词：三维建模；三维仿真；城市交通日本的智能交通系统（ITS ）是世界上较为完备的，通过路口上方的信息显示板，人们能够轻松的了解到从A 地到B 地的拥堵情况、运行时间等信息，人们还可通过手机了解主要道路的堵车、交通事故、车辆通行限制、交通管制时间等，完善的ITS 有许多地方值得我们借鉴。
本文就其中三维建模与仿真在我国城市交通中的应用作了一些探讨。
一、三维建模与三维场景仿真1.三维建模技术三维建模软件3DsMax 功能强大，应用领域广泛，在广告设计、城市建筑设计，影视场景建模等领域都被广泛承认。
并且其使用要求低，直接在个人电脑上就可以完成，还有大量的学习交流渠道，可以快速提升建模技术。
除此之外，3DsMax 具有良好的可扩展性，在3DsMax 构建模型后可以移植到其他软件中，同时在其他软件构建的模型也支持在3DsMax 使用，所以使用3DsMax 软件来进行三维建模具有非常多的优点。
在3DsMax 中有六种建模方法，分别是基础建模、复合对象建模、Suface Toods 建模、多边形建模、面片建模、NURBS 建模，可按照实际情况选取相应的手段，若某些模型较为复杂单一手段无法完成，也可灵活运用多种方法来建模。
通过对城市道路、城市的房屋、道路两旁的树木以及汽车建模，并将其收入到模型库中，可以对其随意组合来，可以合理有效的改变城市交通布局，完善城市道路,不同车型的车速、车流量的有效制约，寻找最佳的交通控制和管理的有效手段。
拟态建模与模拟仿真技术在实践中的应用
拟态建模与模拟仿真技术在实践中的应用随着科技的不断发展，拟态建模与仿真技术在众多领域得到了广泛的应用。
拟态建模是指将模型的外观和动态特性与真实对象相似的一种模拟方法。
而模拟仿真技术则是利用计算机来实现对物理或系统的仿真模拟，以便得到想要的结果。
拟态建模与模拟仿真技术在实践中的应用领域广泛，例如在工业、医疗、教育等领域都有广泛应用。
下面我们来看看其中一些应用。
工业领域在工业中，拟态建模和仿真技术被广泛应用于产品设计、工艺仿真和系统优化等方面。
利用拟态建模技术，工程师可以快速构建出各种物理模型，从而获得与实际物体类似的表现和反应。
此外，利用仿真技术，工程师可以进行各种模拟实验，以便根据数据分析和优化系统设计。
这些技术可以大大缩短研究和开发产品的时间，降低成本，提高工艺效率。
医疗领域在医疗领域，拟态建模和仿真技术在病例分析和手术模拟方面被广泛应用。
例如，在外科手术中，医生们可以使用拟态建模技术，通过三维模型来模拟患者的器官，从而帮助医生预测手术风险和优化手术流程。
此外，在眼科手术中，医生们可以利用仿真技术，以便训练眼动手术的技能。
教育领域在教育领域，拟态建模和仿真技术被广泛应用于模拟实验，教学演示和虚拟实践等方面。
例如，利用三维模拟技术，学生们可以观察和操作复杂的科学实验，从而更深入地理解物理和生物学等方面的原理。
此外，虚拟现实技术可以让学生们获得真实的学习环境，帮助他们更好地理解和应用所学知识。
综上所述，拟态建模和仿真技术在各个行业中都有广泛的应用。
这些技术不仅可以提高效率和降低成本，还可以为实践教育提供更好的工具。
在未来，随着科技的不断发展和进步，拟态建模和仿真技术将在更多的领域得到应用。
仿真与建模技术在工业领域中的应用案例分析
仿真与建模技术在工业领域中的应用案例分析随着科技的不断发展，仿真与建模技术在工业领域中的应用日益广泛。
通过利用仿真与建模技术，工业企业可以更加准确地预测产品性能，优化工业流程并降低风险。
本文将基于实际案例，分析仿真与建模技术在工业领域中的应用，以展示其在提高工作效率和降低成本方面的重要作用。
1. 汽车制造业汽车制造业是一个对质量和安全要求极高的行业。
使用仿真与建模技术，汽车制造商可以在产品设计阶段模拟和优化各种情况，从而减少实际试验的次数和成本。
例如，在碰撞测试中，通过建立车辆和人体的3D模型，可以准确预测并优化碰撞时的力学响应，确保车辆在各种碰撞情况下都能保持安全性能。
此外，通过仿真与建模技术，制造商还可以预测并优化车辆的燃油效率，降低排放，并提高整车性能。
2. 能源领域能源领域对于可再生能源的开发和利用提出了诸多挑战。
通过仿真与建模技术，能源公司可以模拟和评估各种可再生能源发电系统的性能和可靠性。
例如，太阳能发电场的建设，可以通过建立模型来计算太阳能光伏电池板的功率输出，优化布局和导线配置，以最大程度地利用太阳能并提高太阳能发电效率。
同样，通过仿真与建模技术，风能和水力发电厂也可以通过优化叶片设计和水轮机转速，提高能源转换效率，减少资源浪费。
3. 制造业在制造业中，通过仿真与建模技术，工厂可以进行工艺仿真和物流仿真，以优化生产流程并提高生产效率。
以流水线生产为例，通过建立一个精确的3D模型，可以分析并优化流水线上每个操作的时间和效率，避免瓶颈和浪费，提高产品的生产速度和质量。
此外，仿真模型还可以帮助减少线下试验和手动试验的需求，降低生产成本，并提升产品的可靠性。
4. 冶金行业冶金行业是一个极其复杂和危险的行业，对产品质量和工人安全有着极高的要求。
通过仿真与建模技术，冶金工业可以准确预测和评估冶金过程中的物理和化学变化，以提高产品质量，并确保工艺的持续稳定性。
例如，在铸造过程中，通过建立数值模型，可以优化冷却时间、温度和金属流动，避免缺陷并提高铸件的完整性。
数值模拟和仿真在材料科学中的应用
数值模拟和仿真在材料科学中的应用数值模拟和仿真技术在材料科学中的应用已经成为一个不可避免的趋势。
随着计算机技术的不断发展，材料科学领域的研究已经由传统的实验方法向计算机仿真方法转移。
本文将介绍数值模拟和仿真在材料科学中的应用。
一、数值模拟和仿真的概念数值模拟和仿真是计算机科学中的基本方法之一。
数值模拟是通过遵循已知规律和数学方程来计算机模拟实际过程，以便预测未来或解决问题。
仿真是通过计算机模拟物理现象，以便理解其工作原理和展示其特点。
数值模拟主要是通过数学建模方法来计算过程，仿真则是通过计算机模拟物理环境来实现物理环境的模拟。
二、数值模拟在材料科学中的应用1. 材料结构与性能的预测数值模拟可以用来预测材料的结构和性能。
通过数学建模和仿真，科学家可以在计算机上设计新材料，学习材料在不同条件下的性能并进行优化。
这项技术已被广泛应用于多种领域，包括航空航天、汽车、医疗设备以及化学工业等。
2. 材料加工过程的模拟数值模拟可以模拟材料加工的过程，例如锻造、压制和注塑等。
这种技术可以用来预测材料在加工过程中的变形和应力分布，从而优化生产工艺，提高生产效率并减少成本。
特别是在新材料的研发中，这种技术可以帮助研究人员快速开发出高性能材料的生产工艺。
3. 材料热响应的模拟数值模拟可以用来模拟材料的热响应过程。
在研究材料的热机械性能时，数值模拟可以计算材料在高温下的应力、变形和应变率等参数，帮助科学家更好地理解材料的性能并进行优化。
三、总结综上所述，数值模拟和仿真技术在材料科学中的应用非常广泛。
这种技术的发展将有助于提高材料的性能，减少生产成本并提高生产效率。
未来，这种技术将继续在材料科学领域发挥重要作用，并将有助于创造更多高价值的新材料。
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数值建模与仿真在日常生活和娱乐行业的应用首先，先概述一下数值建模与仿真技术的发展趋势。
经过半个多世纪的发展，数值建模与仿真技术已经成为对人类社会发展进步具有重要影响的一门综合性技术学科。
仿真建模方法更加丰富，更加需要仿真模型具有互操作性和可重用性，仿真建模VV&A 与可信度评估成为仿真建模发展的重要支柱；数值建模与仿真体系结构逐渐形成标准，仿真系统层次化、网络化已成为现实，仿真网格将是下一个重要发展方向；仿真应用领域更加丰富，向复杂系统科学领域发展，并将更加贴近人们的生活。
如今，数值建模与仿真的应用领域已不仅仅局限于在国防工业、军事、航空航天工程、土木工程、船舶水利、机械制造等领域进行科学研究与分析，也逐渐开始在人们日常生活娱乐中发挥着日益重要的作用，此之谓技术的发展是为了更好的服务于人类。
本文将对数值建模与仿真技术在交通影响分析、城市生活垃圾处理、污水处理、娱乐行业等与人们日常生活息息相关的典型例子中的应用情况进行介绍。
典型案例一：数值建模与仿真技术在交通影响分析中的应用情况。
随着经济的发展、城市建设规模之扩大及速度之加快和城市人口数量的急剧增加啊，交通问题凸显，交通问题已经关乎到每个人的生命安全。
专家以数值建模仿真技术为手段，对交通问题进行了有效仿真，并提出了有效处理方法，这对交通安全问题的解决是很有帮助的。
交通仿真技术特别是TransCAD的OD (Origin2Destination) 反推技术以及VISSIM 的动态仿真技术，是进行交通规划和交通影响分析的重要技术手段。
近年来,随着人们生活水平的提高和消费观念的改变,城市大型公建项目越来越多。
由于建筑规模大和土地利用性质特殊，大型公建吸引和产生的交通量势必对周围乃至整个城市的路网造成冲击，导致路网局部的交通供求不平衡，引发交通拥堵、交通事故、环境恶化、能源消耗等问题。
因此，在项目方案实施前对其进行交通影响分析非常必要。
以下以购物广场为例,设计出项目交通影响分析的仿真流程，为交通影响评价提出了一种新的较为实用的方法。
交通仿真所依赖的技术主要主要有两种：基于TransCAD 软件的OD反推技术和基于VISSIM软件的动态交通仿真。
前者是具备交通规划地理信息功能的软件，为交通需求预测准备了一整套完善且又能随时更新的工具，包括数字化地图、地理数据管理、地理坐标显示以及复杂的交通规划应用、操作研究以及统计模型。
后者，VISSIM 是德国PTV公司的产品，它是一个离散的、随机的、以10 - 1 s 为时间步长的微观仿真模型。
VISSIM 还提供了图形化的界面，用2D 和3D动画向用户直观显示车辆运动，运用动态交通仿真进行路径选择。
案例背景：市银座购物广场五里桥店位于人民路与西六路交叉口处，总建筑面积2. 8 万m2 ,营业面积1. 8万m2 。
基地周围有齐赛科技城、齐鲁证券、富尔玛、长城医院等大型公建，向南可以辐射到共青团路，向北可以辐射到华光路,西至世纪路,东至柳泉路，这些道路都是城区的主干路，如下所示。
现状交通调查如下：道路调查包括路段和交叉口调查。
路段调查包括现有道路结构、道路等级、路段长度、道路宽度、断面型式、双向的交通流量等；交叉口调查主要为研究围的8 个交叉口的交叉口形状、车道功能划分、进口道数、车道宽度、交叉口信号配时等。
交通影响评价方法如下：先确定交通影响阈值，再确定交通影响围，确定研究年限与高峰时段。
新建交通的影响围图如下：交通小区的划分如下图所示：交通需求预测：非项目交通量预测和项目交通量预测。
交通分配方法如下：将预测目标年的OD 矩阵在TransCAD 进行交通分配(选取用户平(User Equilibrium ,U E) 模型) ,得到研究区域高峰小时有无项目时道路网的饱和度。
根据以上分析，并通过对路段饱和度计算分析可知，研究围交通量影响较大的路段主要是人民路、西六路、西五路及共青团路。
结合研究围的土地利用、路网规划，提出两个改善方案。
改善方案的交通仿真主要基于TransCAD 交通模拟和VISSIM 动态仿真。
案例总结与意义思考。
本文结合两大主流交通仿真软件TransCAD的OD 矩阵反推功能和微观仿真软件VISSIM 动态交通仿真的技术优势，设计出项目交通影响分析的仿真流程，提供了一种新的思路,特别在项目周边区域复杂、客流出行方式多样及OD 矩阵难以调查时能获得较好的效果，通过交通仿真软件的应用,使交通影响分析直观形象,交通需求预测更加准确合理，此举不仅为交通影响分析的数据预测提供技术支撑,而且为智能交通系统基础技术的发展提供理论依据。
当然，由于OD 反推理论和动态微观交通仿真理论尚在完善和发展之中，部分模型参数难以标定,如微观动态交通仿真中交通小区分配给多个停车场比例权重、驾驶员行为参数及宏观路网交通阻抗的精确种子OD 等，对此问题有待于以后深入研究。
典型案例二：数值建模与仿真技术在城市垃圾中的应用情况。
具体应用案例：城市生活垃圾分拣机构的运动学分析与仿真。
问题背景：人类生活垃圾是否能被有效处理已经成为影响人们健康和环境的重要因素之一。
分拣出城市生活垃圾中的粗大垃圾可以避免生活垃圾环保再生煤生产线中其它设备遭到严重损坏。
但目前，此分拣工作是由人工完成的。
针对这一问题，文中设计了一种粗大生活垃圾分拣机构。
为了正确地分析该机构的运动特性，本文首先用闭环矢量法建立了机构的位移方程、速度方程和加速度方程，然后利用SolidWorks 软件和ADAMS 软件建立了机构的虚拟样机模型，最后利用ADAMS 软件对机构做了运动学仿真实验。
实验结果表明: 该机构可以成功完成粗大生活垃圾分拣工作，且运动平稳。
以下为生活垃圾分拣机构原理介绍：1，生活垃圾分拣机构的设计如下：2，对该结构进行自由度计算。
方程为：F = 3n －2PL －PH。
式中: F 为机构自由度，n 为活动件数量，PL为低副数量，PH为高副数量。
具体计算过程此处不做累述。
3，生活垃圾分拣机构的运动学分析。
生活垃分拣机构运动学研究的主要目的是确立机构各零件之间的位移关系、速度关系与加速度关系，是机构设计、制造与控制的基础。
所需分析方程主要有矢量方程，运动方程，速度方程，加速度方程。
接下来主要介绍基于数值建模与仿真技术的仿真实验。
此案例所用到的ADAMS 软件是专门用于机械产品虚拟样机开发方面的工具，非常适合用来研究复杂系统的运动学关系和动力学关系，但几何建模功能较弱。
然而，SolidWorks 软件具有较强的几何建模功能。
案例结合SolidWorks 软件和ADAMS软件的优点，按照一下顺序建立生活垃圾分拣机构的虚拟样机模型。
图1为垃圾分拣机构抓取运动示意图。
建立生活垃圾分拣机构的虚拟样机模型的过程此处略去。
图2为P1、P2在坐标轴方向的位移曲线。
案例结论。
经分析，可见仿真实验不仅显现了机构的运动过程，还验证了机构的合理性。
由上图显示: 点P1和点P2的位移曲线随时间逐渐交叉，表明该垃圾分拣机构可以成功完成垃圾抓取动作；点P1和点P2的速度曲线连续且平滑，且没有剧烈颤动现象，表明该机构运动平稳。
这些结果都验证了生活垃圾分拣机构的合理性与可行性。
案例总结与意义思考。
本文首先提出了一种可以分拣出生活垃圾中粗大垃圾的分拣机构; 然后，建立了该机构的位移方程、速度方程及加速度方程，分析该机构的运动特性，最后，利用SolidWorks 软件和ADAMS 软件建立了该机构的虚拟样机，并进行了运动学仿真实验，实验结果表明: 该机构可以满足对粗大生活垃圾分拣的工作要求，且运动平稳，为生活垃圾分拣机构的研制提供了理论基础。
（图1）（图2）典型案例三：数值建模与仿真技术之ASMs仿真软件在污水处理厂中的应用背景介绍。
人类生活污水以及工业废水是否能被合理有效处理已经成为影响人们健康和地球生态环境的重要因素之一。
活性污泥数学模型ASMs是活性污泥法处理城市生活污水的动态机理模型,机理较完善, 并得到了大量研究与应用。
这些动态机理模型较全面合理地描述了活性污泥法处理城市污水的动态过程与其中水质组分的变化与转化, 可作为活性污泥法的工艺分析与设计优化的理论基础。
其重要的应用是基于ASM s可开发出污水处理仿真软件,从而利于活性污泥工艺的设计、优化与分析比较。
从仿真原理、仿真软件特点以及仿真软件的应用实例与优势等方面,对这些基于ASM s的仿真软件进行了详细分析与介绍, 为其应用研究提供参考。
ASMs仿真软件的机理基于ASM s开发的污水处理仿真软件在模拟过程与原理上有共同的准则,即以国际水协IWA 发表的ASMs作机理模型的核心, 结合实际污水生物处理工艺过程, 将每个反应器看成n 个完全混合反应器( CSTR ) [ 1] 进行编程, 按照流量的物料平衡(实际进水量等于出水流量)与质量平衡(变化量= 输入量- 输出量+ 反应量)求解模拟各反应器的出水流量与浓度。
ASMs仿真软件的模型特点目前已有不少ASMs仿真软件,根据软件的开发目的可分为商用型软件与研究型软件。
其中产品化的商用型软件主要是国外的软件,如WEST、B io-W in、GPS-X 等。
这些软件的共同特点是制作精美、操作相对简单,并有一定的辅助功能与工艺集成。
而在具体的软件/灵魂0) ) ) 模型上,则各有各的特点。
但这些软件的缺点是价格较高, 且软件提供的模型动力学参数等参考值与我国的污水处理工艺的实测值有较大差异(这主要是由于国际水协在统计调查的众多污水厂中亚洲方面的较少且没有我国的污水分析数据)。
因此在使用这些仿真软件时需根据我国污水厂的实际情况进行相应调整,这对软件的推广应用造成了一定的阻碍。
污水处理仿真软件的应用研究在于：1，为水质分析提供更详细的信息我国污水处理的常规水质参数主要是COD、BOD5、MLSS、TKN、TP等, 污水排放标准也主要针对这些参数进行限定要求。
但就水质来说,这些参数只是表征了复杂污水的一些特征, 还无法全面掌握污水的性质, 因而也容易导致污水处理设计的分析与预测结果出现偏差。
污水处理仿真软件采用的机理模型是动态数学模型,它结合一定的水质组分特点对污水进一步细分, 可以更全面地表征污水水质。
如有脱氮除磷过程描述的ASM 2将常规的水质参数细分成了19个组分。
模型水质组分参数与常规水质参数之间有一定的关联,这样可将一定的物质、微生物等联系起来, 便于进一步掌握污水的水质情况, 有利于针对性分析水质。
同时, 在工艺模拟过程中, 机理模型通过相应的化学计量系数与动力学参数来详细地表征污水的各个动态反应过程, 这样的动态过程更接近实际的污水反应过程, 这也是原来的静态设计所达不到的。
2，有利于工艺的模拟与分析在全面分析污水水质与过程的基础上, ASMs仿真软件能够较好地模拟实际污水厂的运行。