Моделирование как метод физической мезомеханики
3. Знаковое моделирование, при котором моделью являются формулы, чертежи, схемы. Знаковые модели стали чаще использоваться в связи с развитием ЭВМ.
4. Со знаковым неразрывно связано мысленное моделирование, при котором модели приобретают мысленно наглядный характер. Примером может в данном случае служить модель атома, предложенная в свое время Бором.
5. Также есть особый вид моделирован
ия, при котором в эксперименте участвует не сам объект, а его модель, в результате чего последний приобретает характер модельного эксперимента. Данный вид моделирования демонстрирует отсутствие четкой грани между методами теоретического и эмпирического познания.
Предметным называется моделирование, в процессе которого исследование проводится на модели, воспроизводящей главные геометрические, физические, динамические и функциональные характеристики реального объекта или процесса. На этих моделях исследуются процессы, происходящие в оригинале — изучаемом объекте или разработке (исследование параметров строительных конструкций, различных механизмов, транспортных средств и т. п.). В случае, если моделируемый объект и объект одной физической природы, то здесь имеет место физическое моделирование.
Явление (процесс, система) также может изучаться опытным путём исследования какого-либо явления другой физической природы, но при условии, что оно характеризуется теми же математическими зависимостями, что и моделируемое явление. Например, напряженное состояние при пластической и упругой деформации описывается идентичными дифференциальными уравнениями. Такое «предметно-математическое» (аналоговое) моделирование часто используется для исследования одних процессов на примере других, более удобных для изучения, учитывая невозможность реализации многих процессов в лабораторных условиях. Так, электрическое моделирование позволяет изучать на электрических моделях механические, гидродинамические, акустические и другие явления. Электрическое моделирование лежит в основе аналоговых вычислительных машин (сейчас, правда, редко использующихся).
При знаковом моделировании в качестве моделей используются знаковые образования какого-либо вида: графики, схемы, планы, чертежи, формулы, слова и предложения в некотором алфавите (естественного или искусственного языка).
Одним из наиболее важных видов знакового моделирования является математическое (логико-математическое) моделирование, реализуемое средствами языка математики и логики. Знаковые образования и их элементы всегда рассматриваются вместе с определенными преобразованиями, операциями над ними, выполняемые человеком или машиной (преобразования математических, химических, логических формул, преобразования состояний элементов цифровой машины, соответствующих знакам машинного языка, и др.). Современный вид «материальной реализации» знакового (в первую очередь, математического) моделирования - это моделировании на универсальных и специализированных цифровых ЭВМ. Они представляют своего рода «пустые формы», которые можно заполнить описанием любого процесса (явления) в виде его программы, т. е. написанного на машинном языке комплекса команд, по которым машина может «пройти» ход моделируемого процесса.
Работа со знаковым моделированием требует понимание знаковых образований и их преобразований: математические уравнения, формулы и другие выражения применяемого при построении модели научного языка особым образом интерпретируются в терминах той предметной области, к которой относится оригинал. Построение знаковых моделей или их фрагментов можно заменить мысленно-наглядным представлением знаков и действий над ними. Этот вид знакового моделирования обычно называют мысленным моделированием. Хотя, это название часто используют для обозначения «интуитивного» моделирования, в котором не применяются никакие жёстко фиксированные знаковые системы, происходящего в плоскости «модельных представлений». Этот вид моделирования присутствует на начальной стадии любого познавательного процесса.
Прежде всего нужно различать «материальное» (предметное) и «идеальное» моделирование; первое можно назвать как «экспериментальное», второе — как «теоретическое» моделирование, хотя такое разграничение весьма приблизительно из-за взаимосвязи и взаимного влияния этих видов моделирования, а также из-за существующих таких «смежных» форм, как «мысленный эксперимент». «Материальное» моделирование состоит, как было упомянуто раньше, из физического и предметно-математического моделирований, а производным последнего является аналоговое моделирование. «Идеальное» моделирование производится как на уровне общих, порой и не до конца осознанных и четких, «модельных представлений», так и на уровне вполне детализированных знаковых систем; первое - мысленное (интуитивное) моделирование, второе — знаковое (самый важный и распространённый вид — логико-математическое моделирование). Также моделирование на ЭВМ (называемое «компьютерным») является «предметно-математическим по форме, знаковым по содержанию». [4]
Следует понимать различия между моделированием структуры объекта и моделированием его поведения (функционирования протекающих в нем процессов и т. п.) по характеру той части объекта, которая моделируется. Это разграничение сугубо относительно для химии или физики, но оно получает определенный смысл в общественных науках, где различие структуры и функции систем живого принадлежит к числу основопологающих методологических принципов изучения, и в кибернетике, уделяющей особое внимание моделированию функционирования изучаемых систем.
Похожая классификация присутствует у Б.А. Глинского в книге «Моделирование как метод научного исследования», где параллельно обычному делению моделей по методу их реализации, они делятся и по характеру отображения сторон оригинала:
субстанциональные
структурные
функциональные
смешанные
А.Н. Кочергин [11] предлагает рассматривать и такие классификационные признаки, как: природа моделируемых явлений, степень точности, объем отображаемых свойств и др. Но, стоит отметить, что данные признаки не существенны, а следовательно подобные классификации выглядят неосновательно.
3. История развития физической мезомеханики
Проблемы пластической деформации и разрушения твердых тел до середины XX столетия рассматривались исключительно на основе феноменологических подходов механики сплошной среды. Они позволяли успешно решать широкий круг инженерных задач на макромасштабном уровне.
Однако для понимания механизмов пластической деформации и разрушения необходимы были физические подходы на микромасштабном уровне. Такой прорыв физиков в микромир деформируемого твердого тела произошел в пятидесятые годы XX столетия, когда для исследования тонкой структуры кристаллов была использована электронная микроскопия. Последующие полвека физика пластичности и прочности переживала бум, связанный с интенсивным изучением закономерностей возникновения, движения и самоорганизации основного типа деформационных дефектов — дислокаций.
Скачать реферат