相似理论发展史

简析相似理论发展历史1绪论在古代，人们以初等数学为工具从量的方面来探索自然界的规律性。但初等数学以研究常量为主，只能研究事物在静止状态下的规律性。这就大大限制了它在客观世界中被利用的范围。随着生产斗争、科学实验的发展，人们接触到越来越多的运动着、变化着的自然现象。为了说明这些现象，充分揭示它们的变化规律，于是出现了高等数学［1］。高等数学的出现，是人们认识客观世界的一个飞跃，也是探索自然规律的一种有力工具。但自然界的现象毕竟是错综复杂的。有许多实际问题至今靠高等数学尚不能全部或根本无法解决，于是使人们仍不得不走直接实验的道路。人们依靠直接实验的方法。曾经解决过许多依靠数学方法无法解决的问题。并且今后也仍然会针对不同情况，继续运用这种方法去求得问题的解决．但不能不看到这种方法盼局限性。除了一些由于条件的限制无法采用直接实验方法情况外，这种局限性还表现在：直接实验方法常常只能得出个别量之间的规律性关系．难以发现或抓住现象的全部本质，从而无法向实验条件范围以外的同类现象推广。人类的智慧是无穷的。人类同自然界的斗争是永恒的。但面对着上述种种困难情况，人们通过长期实践、总结，一种用于指导自然规律研究的全新理论——“相似理论”，便应运而生了。它打开了人们的眼界，扩展了人们探索自然奥秘的领域［2］。2相似概念的历史演变在最普遍的情况下，相似现象性质的学说基本上完成在最普遍的情况下，相似现象性质的学说基本上完成0米哈依洛夫企图用相似的一些见解计算大炮口径和炮弹射程的关系当时：正确的结果1822年1741年前1686年J.B.傅利叶已进行过大量炮舰的水池拖拽试验牛顿提到了两个冷却球体温度场相似的条件理论上对其三定律就完全是用两个物体作相似的运动来表述、论证的。1823年1829年此外又提出后来被称为牛顿数的相似准数A.L.柯西X—提出弹性体和声学现象的相似准数柯西早期实例：对振动的梁和板法国科学院院士J.贝特朗首先确定了相似现象的基本性质构成了相似第一定理（以力学方程式的基础）1930年苏联M.B.基尔皮契夫与A.A.古赫曼相似第三定理首次进行了风洞试验1911年俄学者费吉尔曼1925年1883年约1875年雷诺层流和紊流试验法格I动床模型试验俄学者B.JI.基尔皮契夫提出“论弹性现象相似”的报告第二相似定理（1914年美国人布海金得到同样的结果）T.A.爱林弗斯特-阿法那塞夫导出了第一和第二相似定理整个20世纪是“相似”这一普通的概念和语词逐步成为专门特殊的学科的过程，其理论和应用日益发展扩大，进入各个领域，由广而专,又由专而更广。正在19与20世纪之交，对与相似有关的理论在物理学界展开了重要的讨论，同时开始应用于工程领域。30年代形成了各种理论体系和各种应用科学的模型试验方法的研究。70年代由于计算机应用推广,“模型”和“相似”的概念突破了原来的范围，成为仿真技术的基础。近一二十年国内外又出现提出“相似论”作为从思维科学和认知哲学来进行研究的学术分支。对这样蓬勃发展的势头，需要进行探讨，理清一些概念和体系［3］。3进入20世纪前相似理论的准备阶段17到19世纪从理论和实践两方面为相似理论的建立已有许多先驱的工作。1638年伽利略在“论两门新的科学”中曾说明，威尼斯人在比照相似的小船而建造大船时发现桅柱如只按几何尺寸简单放大则强度不够。这就已经深入到相似理论的实质内容。应该认为这是最早的相似科学的萌芽。1686年牛顿在理论上对其三定律就完全是用两个物体作相似的运动来表述、论证的。此外又提出后来被称为牛顿数的F/PV212的相似准数。在实践上，有资料说明英国在1741年前就已进行过大量炮舰的水池拖拽试验。到19世纪，在理论上，法国J.B.傅利叶（1822年）提出了物理方程必须是齐次的。A.L•柯西（1823年）提出弹性体和声学现象的相似准数PV2/E。贝尔特朗（1848年）提出相似准数FL/MV2。麦克斯韦耳从电磁学提出因次的表达符号。在实验方面，弗洛德由船模试验提出相似准数约在1872年，是英国拽船试验以后100多年，可见是长期大量实验以后才摸索出明确的相似准则。法格的动床模型试验约在1875年。雷诺层流和紊流试验在1883年。恰恰在两个世纪之交的1900年，莱特兄弟首次进行了风洞试验。相似理论和其它学科一样，都是随着社会生产需要、基础科学和有关相邻学科理论以及观察、实验、量测技术的前进而发展起来的［4］。4相似定理第一相似定理是牛顿于年首先发现的［3］。它可以论述为彼此相似的物理现象，单值条件相同，其相似准数的数值也相同。其中，单值条件是指决定于一个现象的特性并使它从一群现象中区分出来的那些条件。它在一定的试验条件下，只有唯一的试验结果。一般，单值条件包括系统几何性质，对被研究现象有重要影响的物理参数,系统的初始条件和边界条件等。相似准数是联系相似系统中各物理量的一个无量纲组合。对于所有相似的物理现象,相似准数都是相同的。相似准数也称为相似判据。通常用n才表示⑸。第二相似定理是由俄国人费吉尔曼和美国人布海金提出的［4］。它描述了现象的物理方程可以转化为相似准数方程。它告诉人们如何处理模型试验的结果,即以相似准数间的关系给定的形式处理试验数据,并将试验结果推广到其它相似现象上去。第二相似定理的理论表述为在一个物理现象中，共有n个物理量x,x,x,其中有k个独立的基本物理量，则可以得到(n-k)个无量纲群(相似123n准数)。而该现象的各物理量之间的物理方程式f(x,x,x,-,x)=0,也可以用123n这些函数关系式来表示。写成相似准数方程式的形式：g(n,n,…，n)=0。12n-k第三相似定理是原苏联人基尔皮契夫提出的［4］。其内容是现象相似的充分和必要条件是现象的单值条件相似,并且由单值条件导出来的相似准数的数值相等。5结语自然界的现象非常复杂，以相似理论为基础的模型试验成为探索自然界规律的新方法，以相似理论为指导，对模型进行简化，因此相似理论已被广泛应用。但系统内的非线性问题会使模拟更加复杂，系的线性相互作用对相似模拟制造了较大困难,所以应该加重相似理论非线性研究［6］。相似理论是一门独立的学科,其应用发展还有很大的进步空间,而其与具体实物进行的有机结合还有待被深入研究。由于相似理论本身具有的概念较为抽象,因此,对其进行的理解也尤为重要［7］。参考文献徐挺，相似理论与模型试验，中国农业机械出版社，1982年12月第1版第1页.李之光，相似与模化理论及应用[N].北京：国防工业出版社.1982:3-4.左东启.相似理论20世纪的演进和21世纪的展望[J].水利水电科技进展，1997(02):12-17+71.李德寅，王邦媚，林亚超.结构模型试验[M].