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再论仿真分析结果精度的问题(一)

2018-1-22 09:28| 发布者: CSWP| 查看: 728| 评论: 10|原作者: Peter_ict

摘要: 从事专业仿真分析接近10年时间,在这期间也做过很多实际产品试验和仿真的标定工作,包括试验方案、传感器布置、数据采集、数据分析等。对于仿真结果的精度问题,我想我应该能够给各位工程师一个好的建议。 在讲这 ...
       从事专业仿真分析接近10年时间,在这期间也做过很多实际产品试验和仿真的标定工作,包括试验方案、传感器布置、数据采集、数据分析等。对于仿真结果的精度问题,我想我应该能够给各位工程师一个好的建议。
      在讲这个问题前,我们先来聊下精度是什么?

      首先,我们可以很肯定的那就是这里的精度不是小数点后几位,而是准确度。那这个准确度,它是一个必须要两种东西参与比对,或以某一个为对标物才能确定的一个东西。那么仿真结果的对标物是什么?只有两个,一个是理论解(专业叫解析解),另一个是试验数据(应变花数据,加速度计数据,拉线位移,热电偶,流量计等)。对于理论解,这是一个极好的对标值,在满足条件的情况下,这个值已经反复被推证过,值是唯一的,还可以直接从教材获得。比如,在恒温条件下,等截面均匀材质的简支梁受均匀恒定载荷的作用,它的变形结果就是唯一的。如果都能找到理论解,那该多好!但实际产品总是不尽人意,解析解几乎没有。那对于试验数据,它是一个好的对标物吗?答案是肯定的。但它跟仿真的准确度到底有多大关系?是不是不吻合就代表仿真结果不准确?对于回答这个问题,我们可以先来看看试验数据是怎么来的。下面是做一次试验数据采集的基本流程:

      1. 制定数据采集方案

          在制定这个过程中,一般标配有设计人员,试验人员(工装设计),仿真人员(设计和仿真同一人,那就忽略),一起讨论目的、工况、传感器及传感器位置、工装、分工、样件准备等等

      2. 准备

           在这个过程中,包括产品样件准备,工装设计制作,传感器布置(打磨的生活很苦),接线,试验台架搭建等

      3. 台架调试,数据试采

          在这个过程中,需要调试台架动作情况,确认力,位移,频率,工装等是否恰当,精度是否符合方案要求;有些试验需要满足力、位移和加速度控制时,还需要进行台架循环迭代(这个不仅是智力活还是体力活);同时这个过程还需要进行数据试采,设置采集程序,试跑,确认数据线是否连接准确,传感器是否安装正常

      4. 数据采集

          当上一步完成后,这一步就是关键的数据采集过程。在进行仿真关心的数据采集前,还需要来一步工作,那就是对采集的数据进行数据检查,是否出现漂移、不合理噪音等(这一步很基础但很关键),确认OK后,首先需要进行初始值的采集,然后才进行一系列的工况数据采集。

      5. 数据处理和数据结果

          当数据都采集完成后,进入了数据处理工作,处理过程中会也会涉及到数据的检查,除了上一步的检查外,还会检查比如峰值,均值,psd等(这看具体的试验方案),处理完,计算后(比如应变花,扭矩片,单向应变片,位移等),就得到了可以与仿真数据相对应的结果了,到这一步试验数据采集就完成了。

      看完这个过程,我想大家都会有这样的想法,那就是做个试验真心不容易,除了要装备(好的数据采集仪都不便宜),要会的人,还要时间。当然肯定会有人问,我就做个简单的静态试验数据采集,也要这么多步骤吗?具体项目会有些差别,但步骤都不可省。

      讲完了试验数据采集的过程,然后我们再来回答前面两个问题,第一个它跟仿真的准确度到底有多大?第二是不是不吻合就代表仿真结果不准确?其实这两个问题可以归成为一个问题,那就是试验数据靠不靠谱?我们可以回去简单看下试验数据采集的5个步骤,如果仔细观察,我们会发现从第一步开始,试验数据就在被影响。在第1步中,比如传感器的布置,是不是布置在应力敏感区,又或者是不是布置到了热敏感区等,这些都会对仿真和试验的数据关联起很大影响;在第2步中,比如准备的样件是不是跟仿真分析的相同,材质是不是一样,有没有什么表面处理工艺等,又比如传感器的布置,是不是准确布置到对标位置(位置偏差2mm,对于应力集中区的应力会差的不可预测),这些也会对仿真和试验的数据的关联造成影响;在第3步中,比如样件的加载和约束形式是不是跟仿真分析一致,工装约束对有些仿真结果的关联影响很大;在第4步中,比如漂移是否处理合理,初始值是否选择准确,也会影响到仿真关联结果;在第5步中,比如滤波是不是合适(专业工程师一般不会出现这个问题),合成的应力是不是和需要关联的应力一致(比如是否都是P1还是Von-mises),这些也会结果造成影响。所以,试验工程师有句话常常挂在嘴边,那就是“数据就是这样,我也不确认是不是对的”。讲到这里,大家对试验数据应该有些自我判读了吧。当然,这里必须说,我并不是说试验数据都是有问题,我只是说试验数据都需要去核对,这不是对谁的不信任,而是对仿真结果的负责。当这些过程都OK了,我们再谈仿真的精度,这就更有意义了。

      到这里,关于精度的解释,已经讲完。在下一篇中,我会讲解到仿真精度是不是很重要?

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最新评论

引用 Peter_ict 2017-8-10 10:48
我先占个位
引用 yangjunjie2 2017-10-12 13:32
看完这篇文章,看没有人回帖,楼主一人坐冷板凳,我来捧捧场。
通过这篇文章我的理解是:
1、计算值是和仿真相对接近的(但是实际工程中很难找到完美的计算)
2、仿真准不准呢,谁都不知道。因为没有参照物。不能计算只能做实验,但是实验数据影响的因素又太大~~~~

最后的我的结论是,simulatioln靠不靠谱,在前处理合适的情况下,结果还是得跟着感觉走~~~~感觉就是参照物,就是灵感
引用 Peter_ict 2017-10-13 11:11
yangjunjie2 发表于 2017-10-12 13:32
看完这篇文章,看没有人回帖,楼主一人坐冷板凳,我来捧捧场。
通过这篇文章我的理解是:
1、计算值是和仿 ...

好吧,没想到回得到这样的总结,我是没有想到。

试验和仿真关联的前提,那就是两组数据基本靠谱。试验的结果受到很多因素的影响,但也是真实世界放映出的结果,它不是错误,只有误差。我写这些只是想让做分析的工程师在做结果关联时,找到一些新的思绪,避免因为一些不知名原因,影响到对分析的信心。
引用 yangjunjie2 2017-10-13 12:03
Peter_ict 发表于 2017-10-13 11:11
好吧,没想到回得到这样的总结,我是没有想到。

试验和仿真关联的前提,那就是两组数据基本靠谱。试验的 ...

差不多一个意思吧。
当仿真出结果和实际不符的时候,不是说仿真就肯定不对,很大可能是“实际”不对~~~~仿真和实际的输入条件不一样呀。所以说,不能轻易对simulation丧失信心。
这个不仅仅是simulaiton吧,其他力学软件也应该是这样。
目测下一步楼主准备解释,为什么在有些时候simulation不那么接近,而ansys等其他软件算的更接近的原因了~~~
引用 yangjunjie2 2017-10-13 12:11
Peter_ict 发表于 2017-10-13 11:11
好吧,没想到回得到这样的总结,我是没有想到。

试验和仿真关联的前提,那就是两组数据基本靠谱。试验的 ...

嗯。楼主强调的过程,而不是总结结果~~~~知道过程,然后在分析中出现不同,从中查找原因~~~~~直接出总结结果,直接把人干懵逼~~~还没开始就放弃了~~~哇哈哈~~~~
引用 Peter_ict 2017-10-24 13:51
yangjunjie2 发表于 2017-10-13 12:03
差不多一个意思吧。
当仿真出结果和实际不符的时候,不是说仿真就肯定不对,很大可能是“实际”不对~~~~ ...

对于简单问题,simulation的结果可以跟abaqus,ansys完全一样。所以不要纠结这种比对。只是对于复杂非线性计算,simulation确实有很大空间,但如果都跟abaqus一样的功能,那达索abaqus还咋卖。
引用 Peter_ict 2017-10-24 13:59
yangjunjie2 发表于 2017-10-13 12:11
嗯。楼主强调的过程,而不是总结结果~~~~知道过程,然后在分析中出现不同,从中查找原因~~~~~直接出总结 ...

设计,仿真,试验是三套人马。只是现在推设计仿真一体化,希望设计人员能用仿真进行简单校核,从而提高设计能力,而不仅仅是个画图员。但这样是会增加设计工程师的工作量,避免不了,所以这就体验了SOLIDWORKS的优势。但一些复杂计算,本身计算一下都要好几天,流体可能好几个星期,如果这些还让设计工程师来搞,就不现实了,一是能力问题,而是时间问题,所以这些工作还是要仿真专职工程师来做。试验是试验工程师,这个团队也是非常专业的团队,需要很多的知识背景,如液压,电气,信号处理,试验方案,台架设计等,这个工作设计工程师大部分都做不了。所以说这些,只是让设计工程师对简单计算有信心。复杂的计算,对于设计工程师来说,真的没必要去考虑。
引用 wolf_yq 2018-1-20 14:22
谈下我使用SOLIDWORKS simulaiton的感触。
自从工作就一直使用SW,给我的感觉就是SOLIDWORKS一直在为了设计人员的工作不断的优化,所以一直钟爱SW!大概在工作两年后开始接触SW simulation,最初考虑最多的是使用SW还是ansys或者abqus,最终选择了SW simulation。
选择SWsimulation的理由为:
1.操作简单 设计模型直接用来做仿真
2.网格划分容易
3.静态分析和其他软件没有太大区别

关于准确度问题我想说在SW适用范围内,造成不准确的情况,多数是在建立约束条件的时候造成的。
引用 fyy656 2018-1-25 11:28
不可否认的事simulation的前处理网格处理容易导致结果不可信,在其他软件如abaqus、hyperworks等几乎可以排除这方面的干扰,因为专业的前处理接口给了用户很大的操作空间。
引用 Ice_XIAO 2018-2-27 16:59
正确的输入才有正确的输出,不断积累的过程形成的经验是仿真分析工程师最为宝贵的价值

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