相似理論發(fā)展史

簡析相似理論發(fā)展歷史1緒論在古代，人們以初等數(shù)學為工具從量的方面來探索自然界的規(guī)律性。但初等數(shù)學以研究常量為主，只能研究事物在靜止狀態(tài)下的規(guī)律性。這就大大限制了它在客觀世界中被利用的范圍。隨著生產(chǎn)斗爭、科學實驗的發(fā)展，人們接觸到越來越多的運動著、變化著的自然現(xiàn)象。為了說明這些現(xiàn)象，充分揭示它們的變化規(guī)律，于是出現(xiàn)了高等數(shù)學［1］。高等數(shù)學的出現(xiàn)，是人們認識客觀世界的一個飛躍，也是探索自然規(guī)律的一種有力工具。但自然界的現(xiàn)象畢竟是錯綜復雜的。有許多實際問題至今靠高等數(shù)學尚不能全部或根本無法解決，于是使人們?nèi)圆坏貌蛔咧苯訉嶒灥牡缆贰Ｈ藗円揽恐苯訉嶒灥姆椒?。曾?jīng)解決過許多依靠數(shù)學方法無法解決的問題。并且今后也仍然會針對不同情況，繼續(xù)運用這種方法去求得問題的解決．但不能不看到這種方法盼局限性。除了一些由于條件的限制無法采用直接實驗方法情況外，這種局限性還表現(xiàn)在：直接實驗方法常常只能得出個別量之間的規(guī)律性關系．難以發(fā)現(xiàn)或抓住現(xiàn)象的全部本質(zhì)，從而無法向?qū)嶒灄l件范圍以外的同類現(xiàn)象推廣。人類的智慧是無窮的。人類同自然界的斗爭是永恒的。但面對著上述種種困難情況，人們通過長期實踐、總結，一種用于指導自然規(guī)律研究的全新理論——“相似理論”，便應運而生了。它打開了人們的眼界，擴展了人們探索自然奧秘的領域［2］。2相似概念的歷史演變在最普遍的情況下，相似現(xiàn)象性質(zhì)的學說基本上完成在最普遍的情況下，相似現(xiàn)象性質(zhì)的學說基本上完成0米哈依洛夫企圖用相似的一些見解計算大炮口徑和炮彈射程的關系當時：正確的結果1822年1741年前1686年J.B.傅利葉已進行過大量炮艦的水池拖拽試驗牛頓提到了兩個冷卻球體溫度場相似的條件理論上對其三定律就完全是用兩個物體作相似的運動來表述、論證的。1823年1829年此外又提出后來被稱為牛頓數(shù)的相似準數(shù)A.L.柯西X—提出彈性體和聲學現(xiàn)象的相似準數(shù)柯西早期實例：對振動的梁和板法國科學院院士J.貝特朗首先確定了相似現(xiàn)象的基本性質(zhì)構成了相似第一定理（以力學方程式的基礎）1930年蘇聯(lián)M.B.基爾皮契夫與A.A.古赫曼相似第三定理首次進行了風洞試驗1911年俄學者費吉爾曼1925年1883年約1875年雷諾層流和紊流試驗法格I動床模型試驗俄學者B.JI.基爾皮契夫提出“論彈性現(xiàn)象相似”的報告第二相似定理（1914年美國人布海金得到同樣的結果）T.A.愛林弗斯特-阿法那塞夫?qū)С隽说谝缓偷诙嗨贫ɡ碚麄€20世紀是“相似”這一普通的概念和語詞逐步成為專門特殊的學科的過程，其理論和應用日益發(fā)展擴大，進入各個領域，由廣而專,又由專而更廣。正在19與20世紀之交，對與相似有關的理論在物理學界展開了重要的討論，同時開始應用于工程領域。30年代形成了各種理論體系和各種應用科學的模型試驗方法的研究。70年代由于計算機應用推廣,“模型”和“相似”的概念突破了原來的范圍，成為仿真技術的基礎。近一二十年國內(nèi)外又出現(xiàn)提出“相似論”作為從思維科學和認知哲學來進行研究的學術分支。對這樣蓬勃發(fā)展的勢頭，需要進行探討，理清一些概念和體系［3］。3進入20世紀前相似理論的準備階段17到19世紀從理論和實踐兩方面為相似理論的建立已有許多先驅(qū)的工作。1638年伽利略在“論兩門新的科學”中曾說明，威尼斯人在比照相似的小船而建造大船時發(fā)現(xiàn)桅柱如只按幾何尺寸簡單放大則強度不夠。這就已經(jīng)深入到相似理論的實質(zhì)內(nèi)容。應該認為這是最早的相似科學的萌芽。1686年牛頓在理論上對其三定律就完全是用兩個物體作相似的運動來表述、論證的。此外又提出后來被稱為牛頓數(shù)的F/PV212的相似準數(shù)。在實踐上，有資料說明英國在1741年前就已進行過大量炮艦的水池拖拽試驗。到19世紀，在理論上，法國J.B.傅利葉（1822年）提出了物理方程必須是齊次的。A.L?柯西（1823年）提出彈性體和聲學現(xiàn)象的相似準數(shù)PV2/E。貝爾特朗（1848年）提出相似準數(shù)FL/MV2。麥克斯韋耳從電磁學提出因次的表達符號。在實驗方面，弗洛德由船模試驗提出相似準數(shù)約在1872年，是英國拽船試驗以后100多年，可見是長期大量實驗以后才摸索出明確的相似準則。法格的動床模型試驗約在1875年。雷諾層流和紊流試驗在1883年。恰恰在兩個世紀之交的1900年，萊特兄弟首次進行了風洞試驗。相似理論和其它學科一樣，都是隨著社會生產(chǎn)需要、基礎科學和有關相鄰學科理論以及觀察、實驗、量測技術的前進而發(fā)展起來的［4］。4相似定理第一相似定理是牛頓于年首先發(fā)現(xiàn)的［3］。它可以論述為彼此相似的物理現(xiàn)象，單值條件相同，其相似準數(shù)的數(shù)值也相同。其中，單值條件是指決定于一個現(xiàn)象的特性并使它從一群現(xiàn)象中區(qū)分出來的那些條件。它在一定的試驗條件下，只有唯一的試驗結果。一般，單值條件包括系統(tǒng)幾何性質(zhì)，對被研究現(xiàn)象有重要影響的物理參數(shù),系統(tǒng)的初始條件和邊界條件等。相似準數(shù)是聯(lián)系相似系統(tǒng)中各物理量的一個無量綱組合。對于所有相似的物理現(xiàn)象,相似準數(shù)都是相同的。相似準數(shù)也稱為相似判據(jù)。通常用n才表示⑸。第二相似定理是由俄國人費吉爾曼和美國人布海金提出的［4］。它描述了現(xiàn)象的物理方程可以轉(zhuǎn)化為相似準數(shù)方程。它告訴人們?nèi)绾翁幚砟Ｐ驮囼灥慕Y果,即以相似準數(shù)間的關系給定的形式處理試驗數(shù)據(jù),并將試驗結果推廣到其它相似現(xiàn)象上去。第二相似定理的理論表述為在一個物理現(xiàn)象中，共有n個物理量x,x,x,其中有k個獨立的基本物理量，則可以得到(n-k)個無量綱群(相似123n準數(shù))。而該現(xiàn)象的各物理量之間的物理方程式f(x,x,x,-,x)=0,也可以用123n這些函數(shù)關系式來表示。寫成相似準數(shù)方程式的形式：g(n,n,…，n)=0。12n-k第三相似定理是原蘇聯(lián)人基爾皮契夫提出的［4］。其內(nèi)容是現(xiàn)象相似的充分和必要條件是現(xiàn)象的單值條件相似,并且由單值條件導出來的相似準數(shù)的數(shù)值相等。5結語自然界的現(xiàn)象非常復雜，以相似理論為基礎的模型試驗成為探索自然界規(guī)律的新方法，以相似理論為指導，對模型進行簡化，因此相似理論已被廣泛應用。但系統(tǒng)內(nèi)的非線性問題會使模擬更加復雜，系的線性相互作用對相似模擬制造了較大困難,所以應該加重相似理論非線性研究［6］。相似理論是一門獨立的學科,其應用發(fā)展還有很大的進步空間,而其與具體實物進行的有機結合還有待被深入研究。由于相似理論本身具有的概念較為抽象,因此,對其進行的理解也尤為重要［7］。參考文獻徐挺，相似理論與模型試驗，中國農(nóng)業(yè)機械出版社，1982年12月第1版第1頁.李之光，相似與?；碚摷皯肹N].北京：國防工業(yè)出版社.1982:3-4.左東啟.相似理論20世紀的演進和21世紀的展望[J].水利水電科技進展，1997(02):12-17+71.李德寅，王邦媚，林亞超.結構模型試驗[M].