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再论仿真分析结果精度的问题(一)

2017-8-15 14:17| 发布者: Peter_ict| 查看: 107| 评论: 0|来自: 原创

摘要: 仿真计算 试验关联 传感器 数据分析
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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