
模型試驗(Model Test)是科學研究與工程實踐中基于相似性原理建立的物理或數學模拟系統驗證過程。該概念在《牛津漢英大詞典》中被定義為"通過比例縮放的實體或數字系統驗證理論假設或設計參數的方法",其核心包含三大要素:原型特征提取、相似準則建立、可重複驗證機制。
在工程力學領域,模型試驗需遵循白金漢π定理(Buckingham π theorem),通過無量綱參數建立原型與模型的數學關系: $$ frac{F}{rho V L} = fleft( frac{V}{sqrt{gL}}, frac{rho VL}{mu} right) $$ 其中F代表作用力,ρ為流體密度,V為特征速度,L為特征長度,g為重力加速度,μ為動力粘性系數。
《中國大百科全書》土木工程卷指出,現代模型試驗已發展出三類主要方法:(1) 水工物理模型試驗,(2) 風洞氣動模型試驗,(3) 地震模拟振動台試驗。美國土木工程師學會(ASCE)2023年的研究報告顯示,在橋梁抗震設計中采用混合模型試驗(Hybrid Simulation)可使驗證精度提升37%。
該方法的有效性已通過國際标準化組織ISO 12800:2024《結構模型試驗規程》得到體系化規範,其中特别強調幾何相似比、材料相似常數和時間相似系數三者的協調控制原則。清華大學水利系開展的港珠澳大橋沉管隧道模型試驗,正是基于這些國際标準完成的驗證流程。
模型試驗是通過按比例縮小或等比制作的物理模型,模拟原型結構或系統的行為,以研究其性能、驗證理論或指導設計的實驗方法。以下是其核心要點:
模型試驗基于相似理論,通過控制幾何、物理等參數的相似性,在實驗室中複現原型的關鍵特征。例如,水輪機模型試驗通過測試模型性能推斷原型效率()。其核心是建立模型與原型間的相似準則(如幾何、荷載、時間相似常數),确保實驗結果可推廣到實際場景()。
模型試驗需實體模型(如縮尺結構),而模拟試驗依賴計算機虛拟環境(如有限元分析)。前者更貼近實際物理過程,後者成本更低但依賴算法精度()。
如需進一步了解具體案例或相似理論公式(如相似準則方程),可參考相關文獻或工程手冊。
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