CN107679300B - 一种仿真、试验结果一致性分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿真、试验结果一致性分析系统及方法，涉及计算机仿真分析应用领域。通过该系统和方法可快速对批量仿真结果与试验结果一致性进行分析，并进一步对仿真模型的置信度进行评估；同时，基于本发明，可基于仿真模型进行试验测点布置，充分挖掘已有试验数据的价值，基于一致性分析结果指导进行仿真模型修正，逐步提升仿真分析的技术水平和预试能力，真正做到“仿真指导试验，试验确认仿真”的有效联合，避免结构设计的反复。

Description

一种仿真、试验结果一致性分析系统及方法

技术领域

本发明涉及计算机仿真分析应用领域，尤其涉及一种仿真、试验结果一致性分析系统及方法。

背景技术

仿真系统是利用仿真模型代替被研究的对象，在计算机上或其它仿真设备组成的环境中进行试验的系统，仿真模型是否精确等问题都可以归结到仿真系统可信度(Credibility)评估的范畴，而可信度的评估必须通过VV&A(Verification,Validation&Accreditation，验证、确认与发布)活动来解决。

VV&A活动包括模型验证、模型确认、以及模型发布三部分，模型确认是VV&A活动的重要组成部分，其任务是保证建立一个正确的模型，可以提高模型与真实对象的相似程度，同时也是模型可信度评估的主要信息来源。

在模型确认中，仿真结果与试验结果一致性分析是人们常用、并且十分有效的手段，是模型是否需要修改、模型参数是否达到用户要求等问题的重要依据，也是衡量仿真系统可信度的重要标准。

但是，目前，对仿真结果与试验结果进行一致性分析采用的方法，存在以下几个方面的问题：

(1)试验测点布置多是在CAD几何模型上布置，很难与CAE仿真模型关联；

(2)未考虑测点位置偏差对仿真结果的影响；

(3)未考虑测点方向或测点角度偏差对仿真结果的影响；

(4)未考虑结构尺寸、材料属性等误差的影响；

(5)未考虑测点权重的影响；

(6)未考虑分析工况权重的影响；

(7)未对试验数据的置信度进行分析；

(8)未对CAE仿真模型的置信度给出定量评估。

由于未考虑上述这些因素的影响，导致在对仿真结果与试验结果进行的一致性分析结果准确度低，无法真正做到“仿真指导试验，试验确认仿真”的有效联合，没有将仿真数据和试验数据进行有效的对比验证，致使试验的周期和成本没有得到缩减，且昂贵的试验数据也只是验证了产品的某个性能，其价值未得到充分发挥；仿真结果的精度也无法得到有效的确认，仿真的预示作用无法得以有效肯定，也无法真正实现指导和优化设计的作用，更达不到取代试验的目标。

因此，如何充分挖掘已有的昂贵试验数据的价值，快速对仿真结果与试验结果一致性进行评估，并基于一致性分析结果对仿真模型的置信度进行评估，并逐步提升仿真分析的技术水平和预试能力，避免结构设计反复，是当前仿真分析领域的研究热点之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿真、试验结果一致性分析系统及方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种仿真、试验结果一致性分析系统，包括：

仿真结果导入及后处理可视化模块：用于解析通用的CAE工具生成的仿真模型，并对仿真分析结果进行快速显示，还用于采用全区域插值算法，通过鼠标点选显示出任何位置处仿真结果和三维坐标值；

试验测点布置模块：用于通过识别仿真前、后处理模型，在三维仿真模型上进行试验测点布置；

试验数据读取及诊断分析模块：用于支持将不同格式类型的试验数据文件转化为内部识别格式文件，还用于对读入的试验数据进行误差诊断；

仿真和试验数据的快速关联模块：用于基于试验测点布置模块定义的测点数据信息，通过全局坐标匹配的方法来完成仿真模型与试验测点的关联，并通过坐标转换和形函数插值的方法提取与试验测点物理含义完全一致的仿真结果；还用于在仿真模型与试验测点的关联过程中，将试验测点方位偏差等效到仿真模型中的定义的测点上去，分析仿真模型中测点方位偏差对仿真结果的影响，并等效推出测点方位偏差对试验结果的影响；其中，测点方位偏差包括：测点位置偏差、测点方向偏差及测量角度偏差；

仿真和试验数据一致性分析模块：用于对仿真和试验结果进行一致性分析，其中，一致性分析方法包括直观比较法、相关系数法、Theil不一致系数法、面积指标法和/或双样本K-S假设检验法；还用于通过权重归一化算法，将各测点权重进行归一化处理，并得出各测点在整个仿真、试验过程中的权重因子，根据得到的权重因子分析测点权重和工况权重对一致性分析结果的影响；

试验结果快速显示模块：用于将试验测点结果在有限元仿真模型上进行直观显示，对于非测点位置处的试验值通过对其附近测点的仿真值进行插值计算得到，并与仿真分析结果进行直观对比；

报告生成模块：通过集成Office软件，用于基于一致性分析的各种结果文件，自动生成Word版报告。

优选地，所述测点布置模块包括：测点位置点选子模块、试验测点类型选择子模块、贴片方向选择子模块和/或测量角度选择子模块；其中，试验测点类型包括位移测点、单向应变片、两向应变片和/或三向应变花。

优选地，所述测点布置模块还包括：权重定义模块，用于在测点布置的过程中，根据测点和工况在整个仿真和试验过程中的重要程度或关注程度，对试验测点权重和工况权重进行定义，其中，权重通数过字大小来定义，数字越大权重越高。

优选地，对读入的试验数据进行误差诊断的方法选自：检验准则、狄克松Dixon准则、格拉布斯Grubbs准则和/或莱茵达PanTa准则。

优选地，所述分析仿真模型中测点方位偏差对仿真结果的影响，具体为，采用蒙特卡罗Monte Carlo方法分析仿真模型中测点方位偏差对仿真结果的影响。

一种仿真、试验结果一致性分析方法，包括如下步骤：

S1，根据分析要求创建有限元仿真分析模型，并进行仿真分析，初步预示分析结果；

S2，根据初步预示分析结果，基于三维CAE仿真模型进行物理试验测点布置，指导进行物理试验；

S3，完成试验测点数据和仿真模型数据之间的相互关联，关联过程中考虑测点位置偏差、测点方向偏差和测点角度偏差的影响，并基于偏差结果给出仿真预示结果的公差带；

S4，提取与试验测点对应的仿真分析结果，且所述仿真分析结果与物理试验测点物理意义含义一致；

S5，对所述仿真分析结果与物理试验结果的一致性或相关性进行分析，在分析过程中，分析测点权重、工况权重的影响，并对分析结果进行快速图形化展示。

本发明的有益效果是：本发明遵照VV&A标准要求，提供一种对仿真结果和试验结果进行一致性分析的系统和方法，通过该系统和方法可快速对批量仿真结果与试验结果一致性进行分析，并进一步对仿真模型的置信度进行评估；同时，基于本发明，可基于仿真模型进行试验测点布置，充分挖掘已有试验数据的价值，基于一致性分析结果指导进行仿真模型修正，逐步提升仿真分析的技术水平和预试能力，真正做到“仿真指导试验，试验确认仿真”的有效联合，避免结构设计的反复。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是测点布置设置参数图；

图3是测点布置示意图；

图4是读入测点试验数据示意图；

图5是指定测点位置、角度等偏差示意图；

图6是仿真试验结果物理含义一致示意图；

图7是仿真试验一致性分析示意图；

图8是仿真试验误差分析柱状示意图；

图9是仿真试验置信度评估示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

本发明实施例提供了一种仿真、试验结果一致性分析系统，包括：

仿真结果导入及后处理可视化模块：用于解析通用的CAE工具生成的仿真模型，并对仿真分析结果进行快速显示，还用于采用全区域插值算法，通过鼠标点选显示出任何位置处仿真结果和三维坐标值；

试验测点布置模块：用于通过识别仿真前、后处理模型，在三维仿真模型上进行试验测点布置；

试验数据读取及诊断分析模块：用于支持将不同格式类型的试验数据文件转化为内部识别格式文件，还用于对读入的试验数据进行误差诊断；

仿真和试验数据的快速关联模块：用于基于试验测点布置模块定义的测点数据信息，通过全局坐标匹配的方法来完成仿真模型与试验测点的关联，并通过坐标转换和形函数插值的方法提取与试验测点物理含义完全一致的仿真结果；还用于在仿真模型与试验测点的关联过程中，将试验测点方位偏差等效到仿真模型中的定义的测点上去，分析仿真模型中测点方位偏差对仿真结果的影响，并等效推出测点方位偏差对试验结果的影响；其中，测点方位偏差包括：测点位置偏差、测点方向偏差及测量角度偏差；

仿真和试验数据一致性分析模块：用于对仿真和试验结果进行一致性分析，其中，一致性分析方法包括直观比较法、相关系数法、Theil不一致系数法、面积指标法和/或双样本K-S假设检验法；还用于通过权重归一化算法，将各测点权重进行归一化处理，并得出各测点在整个仿真、试验过程中的权重因子，根据得到的权重因子分析测点权重和工况权重对一致性分析结果的影响；

试验结果快速显示模块：用于将试验测点结果在有限元仿真模型上进行直观显示，对于非测点位置处的试验值通过对其附近测点的仿真值进行插值计算得到，并与仿真分析结果进行直观对比；

报告生成模块：通过集成Office软件，用于基于一致性分析的各种结果文件，自动生成Word版报告。

其中，所述测点布置模块包括：测点位置点选子模块、试验测点类型选择子模块、贴片方向选择子模块和/或测量角度选择子模块；其中，试验测点类型包括位移测点、单向应变片、两向应变片和/或三向应变花。

所述测点布置模块还包括：权重定义模块，用于在测点布置的过程中，根据测点和工况在整个仿真和试验过程中的重要程度或关注程度，对试验测点权重和工况权重进行定义，其中，权重通数过字大小来定义，数字越大权重越高。

在本发明的一个实施例中，对读入的试验数据进行误差诊断的方法选自：检验准则、狄克松Dixon准则、格拉布斯Grubbs准则和/或莱茵达PanTa准则。

本实施例中，所述分析仿真模型中测点方位偏差对仿真结果的影响，具体为，采用蒙特卡罗Monte Carlo方法分析仿真模型中测点方位偏差对仿真结果的影响。

实施例二

如图1所示，本发明实施例提供了一种仿真、试验结果一致性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，根据分析要求创建有限元仿真分析模型，并进行仿真分析，初步预示分析结果；

S2，根据初步预示分析结果，基于三维CAE仿真模型进行物理试验测点布置，指导进行物理试验；

S3，完成试验测点数据和仿真模型数据之间的相互关联，关联过程中考虑测点位置偏差、测点方向偏差和测点角度偏差的影响，并基于偏差结果给出仿真预示结果的公差带；

S4，提取与试验测点对应的仿真分析结果，且所述仿真分析结果与物理试验测点物理意义含义一致；

S5，对所述仿真分析结果与物理试验结果的一致性或相关性进行分析，在分析过程中，分析测点权重、工况权重的影响，并对分析结果进行快速图形化展示。

具体实施例

本发明实施例提供了一种对仿真结果和试验结果进行一致性分析，并依据该一致性分析结果对仿真模型置信度进行评估的方法，其主要实施流程如下：

(1)依据CAD设计模型和仿真分析任务要求，基于有限元仿真分析软件创建CAE仿真分析模型，并进行仿真分析/初步预示分析，并查看相关分析结果。

(2)基于仿真分析结果，在三维CAE仿真模型进行试验测点布置，测点布置操作过程可如图2所示。其中，测点创建可以包含如下内容：

1)定义测点名称；

2)在模型有限元模型上选择测点位置；

3)选择测点类型和结果类型；

4)定义测点尺寸和放大比例；

5)定义测点权重；

6)选择测点方向或参考点。

定义完成测点的效果可如图3所示。

(3)完成测点布置之后，读入测点对应的试验数据，其操作过程如图4所示，并基于测点编号完成仿真模型和实际物理试验结果之间的相互关联，关联过程中考虑测点位置偏差、测点方向偏差和测点角度偏差的影响，如图5所示。

(4)基于测点位置信息，提取与试验测点位置对应的仿真模型上的仿真分析结果，在提取仿真模型结果时，其与物理试验测点物理意义含义完全一致，如图6所示。

(5)基于提取的测点仿真数据和试验数据，快速对仿真结果和试验结果一致性进行分析，操作过程如图7所示。

同时，可利用Office等应用软件，快速基于Excel软件，以曲线图、折线图、柱状图等形式对分析结果进行快速图形化展示，图8为仿真结果与试验结果误差统计柱状图，图中横坐标误差分布区间，纵坐标为误差分布区间下所占总测点数的比例。

(6)基于一致性分析结果对仿真模型的置信度进行评估，置信度评估过程中考虑试验数据本身误差、结构尺寸和材料属性等误差的影响。

图9为基于面积指标法进行仿真模型置信度评估的方法，其中A为面积指标函数，设Fx(Exp)为试验结果累积分布函数，设Fx(Mod)为仿真结果累积分布函数，则A计算公式为：

同时，假设仿真模型置信度指标为a，试验结果均值为X(Exp)均值，当A≤(1-a)X(Exp)时，认为仿真模型置信度满足性能指标要求，否则不满足。

在实际操作过程中，如果仿真模型的置信度在接受容许范围之内，则完成有限元仿真分析工作；如果仿真结果与试验结果的一致性在接受容许范围之外，需要对有限元仿真模型进行有限元模型修正，并进一步进行一致性分析和对修正的仿真模型进行置信度评估，直到置信度在接受容许范围之内。

采用本发明实施例提供的仿真结果与试验结果的一致性分析系统和方法，可得到如下的有益效果：

对仿真模型的置信度进行评估

仿真结果和试验参考数据的一致性分析过程是复杂的，包括数据收集、数据预处理、数据一致性分析和分析结果的记录等步骤，需要进行大量、繁琐的运算，基于本发明，可快速对仿真结果与试验结果一致性进行分析，并基于一致性分析结果对仿真模型的置信度进行评估。

充分挖掘试验数据的价值

基于本发明，可基于仿真模型进行试验测点布置，也可以充分挖掘已有试验数据的价值，真正做到“仿真指导试验，试验确认仿真”的有效联合，避免结构设计的反复。

提升仿真模型置信度

通过分发明的应用，在一致性分析过程中考虑测点权重的工况权重的影响，并可基于一致性分析结果有目的指导进行仿真模型修正，逐步提升仿真分析的技术水平和预试能力，也进而提升企业的创新设计能力。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明遵照VV&A标准要求，提供一种对仿真结果和试验结果进行一致性分析的系统和方法，通过该系统和方法可快速对批量仿真结果与试验结果一致性进行分析，并进一步对仿真模型的置信度进行评估；同时，基于本发明，可基于仿真模型进行试验测点布置，充分挖掘已有试验数据的价值，基于一致性分析结果指导进行仿真模型修正，逐步提升仿真分析的技术水平和预试能力，真正做到“仿真指导试验，试验确认仿真”的有效联合，避免结构设计的反复。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。

上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种仿真、试验结果一致性分析系统，其特征在于，包括：

仿真结果导入及后处理可视化模块：用于解析通用的CAE工具生成的仿真模型，并对仿真分析结果进行快速显示，还用于采用全区域插值算法，通过鼠标点选显示出任何位置处仿真结果和三维坐标值；

试验测点布置模块：用于通过识别仿真前、后处理模型，在三维仿真模型上进行试验测点布置；

试验数据读取及诊断分析模块：用于支持将不同格式类型的试验数据文件转化为内部识别格式文件，还用于对读入的试验数据进行误差诊断；

仿真和试验数据的快速关联模块：用于基于试验测点布置模块定义的测点数据信息，通过全局坐标匹配的方法来完成仿真模型与试验测点的关联，并通过坐标转换和形函数插值的方法提取与试验测点物理含义完全一致的仿真结果；还用于在仿真模型与试验测点的关联过程中，将试验测点方位偏差等效到仿真模型中的定义的测点上去，分析仿真模型中测点方位偏差对仿真结果的影响，并等效推出测点方位偏差对试验结果的影响；其中，测点方位偏差包括：测点位置偏差、测点方向偏差及测量角度偏差；

仿真和试验数据一致性分析模块：用于对仿真和试验结果进行一致性分析，其中，一致性分析方法包括直观比较法、相关系数法、Theil不一致系数法、面积指标法和/或双样本K-S假设检验法；还用于通过权重归一化算法，将各测点权重进行归一化处理，并得出各测点在整个仿真、试验过程中的权重因子，根据得到的权重因子分析测点权重和工况权重对一致性分析结果的影响；

试验结果快速显示模块：用于将试验测点结果在有限元仿真模型上进行直观显示，对于非测点位置处的试验值通过对其附近测点的仿真值进行插值计算得到，并与仿真分析结果进行直观对比；

报告生成模块：通过集成Office软件，用于基于一致性分析的各种结果文件，自动生成Word版报告。

2.根据权利要求1所述的仿真、试验结果一致性分析系统，其特征在于，所述测点布置模块包括：测点位置点选子模块、试验测点类型选择子模块、贴片方向选择子模块和/或测量角度选择子模块；其中，试验测点类型包括位移测点、单向应变片、两向应变片和/或三向应变花。

3.根据权利要求2所述的仿真、试验结果一致性分析系统，其特征在于，所述测点布置模块还包括：权重定义模块，用于在测点布置的过程中，根据测点和工况在整个仿真和试验过程中的重要程度或关注程度，对试验测点权重和工况权重进行定义，其中，权重通过数字大小来定义，数字越大权重越高。

4.根据权利要求1所述的仿真、试验结果一致性分析系统，其特征在于，对读入的试验数据进行误差诊断的方法选自：检验准则、狄克松Dixon准则、格拉布斯Grubbs准则和/或莱茵达PanTa准则。

5.根据权利要求1所述的仿真、试验结果一致性分析系统，其特征在于，所述分析仿真模型中测点方位偏差对仿真结果的影响，具体为，采用蒙特卡罗Monte Carlo方法分析仿真模型中测点方位偏差对仿真结果的影响。

6.一种仿真、试验结果一致性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，根据分析要求创建有限元仿真分析模型，并进行仿真分析，初步预示分析结果；

S2，根据初步预示分析结果，基于三维CAE仿真模型进行物理试验测点布置，指导进行物理试验；

S3，完成试验测点数据和仿真模型数据之间的相互关联，关联过程中考虑测点位置偏差、测点方向偏差和测点角度偏差的影响，并基于偏差结果给出仿真预示结果的公差带；

S4，提取与试验测点对应的仿真分析结果，且所述仿真分析结果与物理试验测点物理意义含义一致；

S5，对所述仿真分析结果与物理试验结果的一致性或相关性进行分析，在分析过程中，分析测点权重、工况权重的影响，并对分析结果进行快速图形化展示。