CN111274719A - 一种载荷仿真装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种载荷仿真装置。所述载荷仿真装置包括：仿真弹性体的一端表面与所述仿真刚性体贴合，所述仿真弹性体的另一端表面与所述仿真载荷加载端的一端表面贴合，所述仿真载荷加载端的另一端与所述仿真结构件的一端表面相接触，所述仿真弹性体的泊松比为零，所述仿真载荷加载端的材料为刚性材料；所述仿真刚性体根据设定的行程参数发生位移从而产生对应的载荷，所述仿真弹性体和所述仿真载荷加载端沿与所述仿真刚性体的位移方向相同方向移动，使所述载荷通过所述仿真弹性体和所述仿真载荷加载端加载到所述仿真结构件上。利用该载荷仿真装置，能够提高对仿真结构件载荷研究的准确度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及结构分析技术领域，尤其涉及一种载荷仿真装置。
背景技术
在结构分析领域，结构件的极限静载荷是评价结构件承载能力的一个非常重要的性能参数。一般是通过设计各种压缩、拉伸、弯曲等各种力学试验，在试验机上进行试验来获得结构件的极限静载荷的。随着结构件的承载能力的提升，其试验所需要的设备试验能力、试验费用、试验时间将会成倍的增加。在实际设计中，不可能对每一种备选的结构设计方案都进行对应的试验来获取其极限静载荷试验。所以，通过有限元仿真的手段，对每一个备选的结构设计方案进行有限元仿真计算，来获取极限静载荷，是一个非常快速、有效，而且费用消耗低的方法。
目前通过有限元仿真手段来计算结构件极限静载荷的方法主要是弧长法。然而在采用弧长法进行有限元仿真时，需要设置的参数较多，如初始载荷比例、最大载荷比例、最大弧长比、最小弧长比和/或初始弧长等一系列参数。如果弧长法参数设置不合理，会得到不理想甚至错误的仿真结果。
发明内容
本发明实施例提供了一种载荷仿真装置，能够提高对仿真结构件载荷研究的准确度。
本发明实施例提供了一种载荷仿真装置，包括：
仿真刚性体、仿真弹性体、仿真载荷加载端和仿真结构件；所述仿真弹性体的一端表面与所述仿真刚性体贴合，所述仿真弹性体的另一端表面与所述仿真载荷加载端的一端表面贴合，所述仿真载荷加载端的另一端与所述仿真结构件的一端表面相接触，所述仿真弹性体的泊松比为零，所述仿真载荷加载端的材料为刚性材料；
所述仿真刚性体根据设定的行程参数发生位移从而产生对应的载荷，所述仿真弹性体和所述仿真载荷加载端沿与所述仿真刚性体的位移方向相同方向移动，使所述载荷通过所述仿真弹性体和所述仿真载荷加载端加载到所述仿真结构件上。
本发明实施例提供了一种载荷仿真装置，该载荷仿真装置包括仿真刚性体、仿真弹性体、仿真载荷加载端和仿真结构件；所述仿真弹性体的一端表面与所述仿真刚性体贴合，所述仿真弹性体的另一端表面与所述仿真载荷加载端的一端表面贴合，所述仿真载荷加载端的另一端与所述仿真结构件的一端表面相接触，所述仿真弹性体的泊松比为零，所述仿真载荷加载端的材料为刚性材料；所述仿真刚性体根据设定的行程参数发生位移从而产生对应的载荷，所述仿真弹性体和所述仿真载荷加载端沿与所述仿真刚性体的位移方向相同方向移动，使所述载荷通过所述仿真弹性体和所述仿真载荷加载端加载到所述仿真结构件上。利用上述技术方案，能够通过控制仿真刚性体的移动为仿真弹性体、仿真载荷加载端和仿真结构件施加载荷，以实现对仿真结构件的载荷情况的确定，如极限静载荷的确定。从而有效地降低采用弧长法时参数设置的工作量，降低仿真过程的出错概率，降低了对有限元仿真人员的能力要求，并且能够提高对仿真结构件载荷研究的准确度。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种载荷仿真装置的结构示意图；
图2示出了本发明实施例二确定极限静载荷的流程示意图；
图3示出了本发明实施例应变曲线图的示意图；
图4示出了本发明实施例二提供的载荷曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种载荷仿真装置的结构示意图，该载荷仿真装置可适用于为仿真结构件施加载荷的情况，具体地，该载荷仿真装置可适用于在仿真软件中，通过控制位移为仿真结构件施加载荷，以确定仿真结构件的载荷的情况，如确定仿真结构件极限静载荷。该载荷仿真装置在终端设备的仿真软件中设置。终端设备包括但不限于笔记本电脑、台式电脑和服务器等终端，仿真软件包括但不限于：ANSYS，Patran/Nastran，Abaqus，Hypermesh等。
目前，通过有限元仿真手段来计算仿真结构件极限静载荷的方法主要是弧长法。弧长法的基本思想是由弧长控制的、包含真实平衡路径的增量位移空间中，用牛顿-拉夫森迭代方法搜索满足里平衡方程的平衡路径。弧长所控制的增量位移空间曲面由附加的位移约束方程描述。
目前，比较成熟的弧长法有Crisfield弧长法、Riks/Ramm弧长法、修正的Riks/Ramm弧长法、Crisfield/Riks-Ramm弧长法、高级Crisfield弧长法等方法。针对不同的仿真需求可以选用不同的弧长法来求解。在上述众多的弧长法中，由于涉及的设置参数较多，包括初始载荷比例、最大载荷比例、最大/最小弧长比/初始弧长等一系列参数。有限元仿真人员需要对弧长法的各种算法有非常深入的熟悉和了解，并能够根据仿真的内容，设置合适的弧长法参数，才能够达到理想的仿真结果。否则，仿真过程会频繁报错，需要仿真人员不断地更改仿真参数设置，严重影响了仿真效率。而且，如果弧长法参数设置不合理，会得到不理想甚至错误的仿真结果。
为解决上述问题，本实施例采用“刚性面+弹性体+刚体载荷端”的结构，即“仿真刚性体、仿真弹性体和仿真载荷加载端”结构，来求解仿真结构件极限静载荷，本实施例可以采用固定步长载荷增量大小较为简单的步长控制方法。有效地降低了步长载荷参数设置的工作量，降低了仿真过程的出现错误的概率，同时能够有效地降低对有限元仿真人员的能力要求且有效地求解仿真结构件的极限静载荷。
以非线性有限元仿真软件MSC.Marc作为仿真计算软件，对本实施例进行说明。为有效演示载荷仿真装置，将载荷仿真装置中各部件进行展开。图中由左下角到右上角(该方向为X轴的正方向)，依次为仿真刚性体11→仿真弹性体12→仿真载荷加载端13→仿真结构件14→仿真支撑底座15。
如图1所示，本发明实施例一提供的一种载荷仿真装置，包括：
仿真刚性体11、仿真弹性体12、仿真载荷加载端13和仿真结构件14；仿真弹性体12的一端表面与仿真刚性体11贴合，仿真弹性体12的另一端表面与仿真载荷加载端13的一端表面贴合，仿真载荷加载端13的另一端与仿真结构件14的一端表面相接触，仿真弹性体12的泊松比为零，仿真载荷加载端13的材料为刚性材料；
仿真刚性体11根据设定的行程参数发生位移从而产生对应的载荷，仿真弹性体12和仿真载荷加载端13沿与仿真刚性体11的位移方向相同方向移动，使所述载荷通过仿真弹性体12和仿真载荷加载端13加载到仿真结构件14上。
在本实施例中，载荷仿真装置的工作原理是通过为仿真刚性体11设置行程参数，控制仿真刚性体11发送移动。仿真刚性体11发生移动时，为仿真弹性体12、仿真载荷加载端13和仿真结构件14施加载荷。通过限定仿真弹性体12和仿真载荷加载端13沿仿真刚性体11的位移方向相同方向移动，保证仿真弹性体12上所有节点的弹性应变一致，读取仿真弹性体12上任一节点的弹性应变作为整个仿真弹性体12的弹性应变；仿真载荷加载端13所有节点在仿真刚性体11移动方向上位移都一致，读取仿真载荷加载端13任意一节点的位移作为仿真载荷加载端13的位移。由于载荷仿真装置目的是更加准确快速的求解静载荷。仿真结构件14承载的载荷在某一步长增量时刻，其承担的载荷始终等于仿真弹性体12传导的载荷。所以可以直接将仿真弹性体12传导的载荷作为仿真结构件14承载的载荷值。通过分析仿真载荷加载端13的位移和仿真结构件14承载的载荷能够确定仿真结构件14的载荷随施加位移的变化的改变量。
本实施例的载荷仿真装置主要通过位移控制，确定仿真结构件14的载荷情况。其中，仿真刚性体11可以为位移控制的驱动装置，可以通过为其设置行程参数控制其移动。仿真刚性体11可以为几何平面，也可以为网格模型，此处不限定网格类型。仿真刚性体11材料属性为刚体，主要是实现载荷的进给加载，载荷的加载速度、加载距离，都可以通过该仿真刚性体11来控制。其中，行程参数可以包括：位移量和步长。
仿真弹性体12一端表面与仿真刚性体11全接触，另一端表面与仿真载荷加载端13全接触，仿真弹性体12的作用主要是将仿真刚性体11的载荷传导到仿真载荷加载端13上，其材料属性是纯弹性体(其泊松比为0)。仿真弹性体12的外形不作限定，可以为圆柱形或者长方形。需要注意的是，仿真弹性件12要与仿真刚性体11和仿真载荷加载端13全接触，即可以为平面接触，以实现载荷的有效传递。
当仿真弹性体12在传导载荷时，会发生拉伸或者压缩弹性变形。通过仿真弹性体12的弹性模量E、仿真弹性体12的横截面积A、弹性应变量δ及载荷公式，则可以算出此刻仿真弹性体12传导的载荷大小，其中，载荷公式为：
F＝E*A*δ (1)
其中，E表示仿真弹性体12的弹性模量、A表示仿真弹性体12的横截面积、δ表示仿真弹性体12节点的弹性应变量。
需要注意的是，仿真弹性体12的承载能力可以由弹性模量E和横截面积A共同决定，此处不限定弹性模量E和横截面积A的具体数值，其具体数值可以根据预估的仿真结构件14的承载能力确定。
由于在仿真过程中，在极限静载荷附近，仿真结构件14处于即将失稳的状态，其承载能力在该范围波动较大。如果仿真弹性体12的弹性模量较小，在仿真结构件14的承载的载荷突然增大或者突然减小的过程中，其弹性应变量δ的波动也较大，影响载荷的稳定加载。为取得较好的仿真结果，应适当提高仿真弹性体12的弹性模量，可以有效地传导载荷。同时弹性模量也不能过大，否则在载荷逐渐增加过程中，仿真弹性体12的弹性应变量δ的变化会非常小，很难有效地反映出在整个仿真过程中，载荷的变化过程。
仿真载荷加载端13一端表面与仿真弹性体12全接触，接收来自仿真弹性体12传导过来的载荷；仿真载荷加载端13另一端表面与仿真结构件14接触，将载荷加载到待求解的仿真结构件14上。仿真载荷加载端13材料属性为刚体，不产生任何的弹性或塑性变形。仿真载荷加载端13可以为几何平面，也可以为网格模型，此处不限定网格类型。需要注意的是，仿真载荷加载端13要始终保持与仿真结构件14的接触，实现载荷的有效传递。
该载荷仿真装置用于求解仿真结构件14的载荷情况，故仿真结构件在某一步长增量时刻，其所承担的载荷始终等于仿真弹性体12传导的载荷。可以将仿真弹性体12传导的载荷视为仿真结构件14承载的载荷。
需要注意的是，该载荷仿真装置中，如果载荷的加载方向为X轴方向(此处设为X轴方向仅为示意)，通过边界条件设置，限定住仿真弹性体12和仿真载荷加载端13所有的节点的围绕X轴、Y轴、Z轴的旋转自由度，以及沿Y轴、Z轴的平移自由度等5个自由度，只保留沿X轴方向的平移自由度。这样，仿真弹性体12上所有节点的弹性应变量δ都一致，读取仿真弹性体12任意一节点作为整个仿真弹性体12的弹性应变量δ；仿真载荷加载端13所有节点在X轴方向的位移量都一致，读取仿真载荷加载端13任意一节点作为仿真载荷加载端13在X轴方向的位移量。
在测得仿真结构件14的载荷情况时，可以通过设定仿真刚性体11的行程参数确定。此处不对行程参数的设定进行限定。如，为了能够更加准确测得仿真结构件14的载荷情况，如极限静载荷，可以增大行程参数中位移值，细化行测参数中步长。具体的增大量和细化量此处不作限定，本领域技术人员可以根据实际仿真结构件14的情况及经验确定具体取值。
此外，一般仿真结构件14在载荷施加过程，可分为如下三个阶段“弹性变形阶段”、“屈服阶段”和“失效阶段”。其中，极限静载荷出现在“屈服阶段”中。所以为节约仿真计算量，可以将整个仿真计算过程分为上述三个部分。其中“弹性变形阶段”和“失效阶段”可以步长划分粗糙一些，每步步长较大，而重点关注的“屈服阶段”则可以划分精细些，每步步长可以较短。
可以理解的是，本领域技术人员可以预估出现“屈服阶段”的位置，然后将该位置处的步长细化；也可以先为仿真刚性体11设置较大的步长，测得仿真结构件14载荷变化情况，然后预估出“屈服阶段”，将“屈服阶段”对应位置处的步长减小。
需要注意的是，本实施例中为了精确的对仿真结构件14进行试验，可以将仿真结构件14固定住，此处不对固定仿真结构件14的方式进行限定。如可以为仿真结构件14设置仿真支撑底座15，也可以通过限定仿真结构件14自由度的方式固定。其中，如何限定仿真结构件14的自由度不作限定，如可以限定两端节点沿Y轴、Z轴的平移自由度(假设X轴为载荷方向)。
本发明实施例一提供了一种载荷仿真装置，该载荷仿真装置包括：仿真刚性体、仿真弹性体、仿真载荷加载端和仿真结构件；所述仿真弹性体的一端表面与所述仿真刚性体贴合，所述仿真弹性体的另一端表面与所述仿真载荷加载端的一端表面贴合，所述仿真载荷加载端的另一端与所述仿真结构件的一端表面相接触，所述仿真弹性体的泊松比为零，所述仿真载荷加载端的材料为刚性材料；所述仿真刚性体根据设定的行程参数发生位移从而产生对应的载荷，所述仿真弹性体和所述仿真载荷加载端沿与所述仿真刚性体的位移方向相同方向移动，使所述载荷通过所述仿真弹性体和所述仿真载荷加载端加载到所述仿真结构件上，利用该装置能够通过控制仿真刚性体的移动为仿真弹性体、仿真载荷加载端和仿真结构件施加载荷，以实现对仿真结构件的载荷情况的确定，如极限静载荷的确定。从而有效地降低采用弧长法时参数设置的工作量，降低仿真过程的出错概率，降低了对有限元仿真人员的能力要求，并且能够提高对仿真结构件载荷研究的准确度。
进一步地，载荷仿真装置还包括：仿真支撑底座15；
仿真支撑底座15的一端表面与仿真结构件14的另一端表面相接触，仿真支撑底座15的材料为刚性材料，仿真支撑底座15的位置固定。
其中，仿真支撑底座15用于固定住仿真结构件14，故仿真支撑底座15的材料属性为刚体，一端表面与仿真结构件14接触。仿真支撑底座15可以为几何面，也可以为网格模型，此处不作限定。如果仿真支撑底座15为网格模型，网格类型也不作限定。
本实施例中，仿真支撑底座15位置固定的方式不作限定，如可以限定仿真支撑底座15所有节点的6个自由度，即X轴、Y轴、Z轴的旋转自由度，以及沿X轴、Y轴、Z轴的平移自由度。
实施例二
本实施例在上述实施例的基础上进行优化。在本实施例中将载荷仿真装置优化包括了：第一主控模块，所述第一主控模块包括：
参数设定单元，用于设定仿真刚性体11的行程参数并根据仿真结构件14的预估极限静载荷设定仿真弹性体12的承载参数；
获取单元，用于在仿真刚性体11根据所述行程参数移动完成后，获取仿真弹性体12的弹性应变量和仿真载荷加载端13的位移量；
曲线确定单元，用于根据所述弹性应变量、承载参数和位移量，确定仿真结构件14的极限静载荷。
在本实施例中，第一主控模块可以理解为载荷仿真装置中的控制器件，其能够控制载荷仿真装置工作，并对载荷仿真装置获得的结果进行处理分析。参数设定单元可以理解为载荷仿真装置中各部件设定初始参数或工作参数的单元。获取单元可以理解为载荷仿真装置中获取载荷仿真装置实验结果的单元。曲线确定单元可以理解为基于获取的实验结果进行处理分析的单元。
本实施例示出了基于载荷加载装置进行仿真结构件14载荷确定的方案。具体地，本实施例可以通过参数设定单元预先设定仿真刚性体11的行程参数，仿真刚性体11可以根据该行程参数进行移动，从而获取单元能够在仿真刚性体11移动完成后，获取仿真弹性体12的弹性应变量和仿真载荷加载端13的位移量。
获取到弹性应变量和位移量后，曲线确定单元可以根据弹性应变量、位移量和承载参数确定仿真结构件14的极限静载荷。此处不对如何确定仿真结构件14的极限静载荷的手段进行限定。如，可以根据弹性应变量和位移量绘制对应的曲线确定仿真结构件14的极限静载荷；还可以根据弹性应变量确定对应的载荷，然后根据确定出的载荷和位移量绘制对应的曲线确定仿真结构件14的极限静载荷。
其中，参数设定单元设定仿真刚性体11的行程参数和仿真弹性体12的承载参数的手段不作限定，可以根据仿真刚性体11和仿真弹性体12的具体使用情况确定。获取单元获取弹性应变量和位移量的具体手段也不作限定。
此外，参数设定单元还可以根据仿真结构件14的预估极限静载荷设定仿真弹性体12的承载参数。其中，承载参数可以为仿真弹性体12的弹性模量E和横截面积A。基于该承载参数能够确定仿真弹性体12对应的载荷，以对仿真结构件14进行分析。预估极限静载荷的确定手段不作限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行确定。如本领域技术人员可以根据经验值进行确定。
本发明实施例二提供的载荷仿真装置，通过在载荷仿真装置中优化包括第一控制模块能够更加快速准确的确定仿真结构件的极限静载荷，进一步降低了仿真人员的能力要求，提升了用户的使用体验。
进一步地，所述曲线确定单元，包括：
第一绘制子单元，用于根据所述弹性应变量和所述位移量，绘制应变量曲线图；
第一确定子单元，用于根据所述应变量曲线图和承载参数，确定仿真结构件14的极限静载荷。
在通过曲线确定单元确定仿真结构件14的极限静载荷的过程中，本实施例可以将曲线确定单元优化包括：第一绘制子单元和第一确定子单元。
第一绘制子单元可以理解为基于弹性应变量和位移量进行曲线绘制的子单元。第一确定子单元可以理解为根据应变量曲线图和承载参数确定极限静载荷的子单元。其中，应变量曲线图可以理解为基于弹性应变量和位移量绘制的曲线图。
具体地，在确定仿真弹性体12的弹性应变量和仿真载荷加载端13的位移量后，第一绘制子单元可以以位移量为自变量，弹性应变量为因变量，通过描点法绘制应变量曲线图。
绘制出应变量曲线图后，第一确定子单元可以根据应变量曲线图和承载参数进行极限静载荷的确定。此处不对第一确定子单元确定极限静载荷的手段进行限定。如第一确定子单元可以直接对该应变量曲线图进行分析，将分析结果结合承载参数确定仿真结构件14的极限静载荷；第一确定子单元也可以基于确定出的应变量曲线图不断进行应变量曲线图的修正，以得到更准确的结果。此处不对修正的次数及具体修正的手段进行限定。
进一步地，所述第一确定子单元，具体用于：
选取所述应变量曲线图中的最大弹性应变量；
根据所述最大弹性应变量和承载参数，确定仿真结构件14的极限静载荷。
在第一确定子单元确定仿真结构件14的极限静载荷时，可以直接对确定出的应变量曲线进行分析。
具体地，第一确定子单元可以基于确定出的应变量曲线图，选取应变量曲线图中弹性应变量的最大值。可以理解的是，该应变量曲线图是根据弹性应变量和位移量绘制的曲线图。如可以将位移量作为自变量，弹性应变量作为因变量。在确定最大弹性应变量时，直接选取应变量曲线图中函数最大值即可。
在选取出应变量曲线图中最大弹性应变量后，可以基于载荷公式，即表达式(1)确定出对应的载荷作为仿真结构件14的极限静载荷。
进一步地，所述第一确定子单元，具体用于：
根据所述应变量曲线图修正仿真刚性体11的行程参数，并获取修正后应变量曲线图；
根据所述修正后应变量曲线图和承载参数，确定所述仿真结构件14的极限静载荷。
在第一确定子单元确定仿真结构件14的极限静载荷时，可以基于确定出的应变量曲线图进行修正，以提高计算出的极限静载荷的准确度。
具体地，第一确定子单元可以根据应变量曲线图预估出仿真结构体14的“屈服阶段”，然后将“屈服阶段”对应的步长减小。第一确定子单元可以不断重复该步骤，以更加精确的确定出“屈服阶段”。此处不对修正仿真刚性体11的行程参数的次数进行限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行确定。
需要注意的是，步长的调整可以通过调整仿真刚性体11的行程参数实现。当调整仿真刚性体11的行程参数后，再次根据修正后的行程参数确定修正后的应变量曲线图。
示例性地，当初次设定仿真刚性体11的行程参数时，位移量可以设置为0-8mm，步长可以为0.08s一步。在根据确定出的应变量曲线图确定出仿真结构件14的“屈服阶段”出现在3.5-4.5mm处时，可以将0-3.5mm区间设置十步，即为0.35s一步；3.5-4.5mm区间设置八十步，即0.0125s一步；将4.5-8mm间设置十步，即0.35s一步，以实现步长的细化。
在得到修正后应变量曲线图后，第一确定子单元可以确定出修正后应变量曲线图中的最大弹性应变量，然后将确定出的修正后应变量曲线图中的最大弹性应变量和承载参数代入载荷公式，确定出对应的载荷值作为仿真结构件14的极限静载荷。
进一步地，所述曲线确定单元，包括：
仿真载荷确定子单元，用于根据所述弹性应变量和承载参数确定对应的仿真载荷；
第二绘制子单元，用于根据所述仿真载荷和位移量绘制载荷曲线图；
第二确定子单元，用于根据所述载荷曲线图，确定仿真结构件14的极限静载荷。
在曲线确定单元根据弹性应变量、承载参数和位移量，确定仿真结构件14的极限静载荷时，可以根据弹性应变量确定对应的载荷，然后根据确定出的载荷和位移量绘制对应的曲线确定仿真结构件14的极限静载荷。
具体地，曲线确定单元可以优化包括仿真载荷确定子单元、第二绘制子单元和第二确定子单元。
仿真载荷确定子单元可以理解为根据弹性应变量和承载参数确定仿真载荷的子单元。第二绘制子单元可以理解为根据仿真载荷和位移量绘制载荷曲线图的子单元。第二确定子单元可以理解为基于载荷曲线图确定极限静载荷的子单元。
仿真载荷可以理解为根据仿真弹性体12的弹性应变量和承载参数直接确定出的载荷。载荷曲线图可以理解为基于仿真载荷和位移量绘制的曲线图。载荷曲线图可以将仿真载荷作为因变量，位移量作为自变量。
仿真载荷确定子单元可以直接将弹性应变量和承载参数代入载荷公式确定出对应的仿真载荷。
第二绘制子单元可以根据确定出的仿真载荷和位移量，采用描点法绘制载荷曲线图。
第二确定子单元可以根据载荷曲线图确定出仿真结构件14的极限静载荷。此处不对第二确定子单元如何根据载荷曲线图确定仿真结构件14的极限静载荷的具体手段进行限定。如，第二确定子单元可以直接分析该载荷曲线图，确定出仿真结构件14的极限静载荷；也可以基于确定出的载荷曲线图不断进行载荷曲线图的修正，以得到更加准确的结果。此处不对修正的次数及具体修正的手段进行限定。
进一步地，所述第二确定子单元，具体用于：
根据所述载荷曲线图，修正仿真刚性体11的行程参数，并获取修正后载荷曲线图；
根据所述修正后载荷曲线图，确定仿真结构件14的极限静载荷。
在第二确定子单元确定仿真结构件14的极限静载荷时，可以基于确定出的载荷曲线图不断进行载荷曲线图的修正，以确定极限静载荷。
具体地，第二确定子单元可以根据载荷曲线图预估出仿真结构体14的“屈服阶段”，然后将“屈服阶段”对应的步长减小。第二确定子单元可以不断重复该步骤，以更加精确的确定出“屈服阶段”。此处不对修正仿真刚性体11的行程参数的次数进行限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行确定。
具体地修正手段可以参见第一确定子单元修正应变量曲线图的手段，此处不再赘述。
得到修正后载荷曲线图后，第二确定子单元可以选取修正后载荷曲线图中最大的仿真载荷值作为仿真结构件14的极限静载荷。
进一步地，所述第二确定子单元，具体用于：
选取所述载荷曲线图中最大仿真载荷作为仿真结构件14的极限静载荷。
在第二确定子单元确定仿真结构件14的极限静载荷时，可以直接对载荷曲线图进行分析。
具体地，在得到载荷曲线图后，第二确定子单元可以直接将载荷曲线中最大仿真载荷作为仿真结构件14的极限静载荷。
进一步地，载荷仿真装置，还包括：第二主控模块，所述第二主控模块用于：
设定仿真刚性体11的行程参数并根据仿真结构件14的预估极限静载荷设定仿真弹性体12的承载参数；
在仿真刚性体11根据所述行程参数移动完成后，获取仿真弹性体12的弹性应变量；
将所述弹性应变量和承载参数代入载荷公式确定仿真载荷；
选取所述仿真载荷的最大值作为仿真结构件14的极限静载荷。
其中，第二主控模块可以理解为载荷仿真装置中的另一控制器件，其能够控制载荷仿真装置工作，并对载荷仿真装置获得的结果进行与第一主控模块不同的处理，以直接得到仿真结构件14的极限静载荷。需要说明的是，第一主控模块和第二主控模块也可以为同一主控模块，第一和第二仅用于区分主控模块采用的不同的处理手段。
第二主控模块设定仿真刚性体11的行程参数和仿真弹性体12的承载参数的具体手段可以参见第一主控模块相应手段，此处不再赘述。
在仿真刚性体11根据行程参数移动后，第二主控模块可以仅获取仿真弹性体12的弹性应变量，然后获取的各弹性应变量和承载参数代入载荷公式，得到对应的仿真载荷。第二主控模块获取弹性应变量的具体手段可以参见第一主控模块获取弹性应变量的手段，此处不再赘述。
需要注意的是，确定仿真结构件14的极限静载荷的过程中，基于确定出的应变量曲线图和载荷曲线图能够确定仿真结构件14的载荷或弹性应变随位移的变化情况。
确定出仿真载荷后，第二主控模块可以直接选取仿真载荷的最大值作为仿真结构件14的极限静载荷。
以下对本发明实施例进行示例性描述：
图2示出了本发明实施例二确定极限静载荷的流程示意图，此处未详尽的操作可以参见实施例一和实施例二中相应内容，如图2所示，获取极限静载荷包括以下步骤：
S201、有限元模型建立，执行S202、S203和S204。
确定极限静载荷的过程中，可以首先根据仿真刚性体11、仿真弹性体12、仿真载荷加载端13和仿真结构件14的结构建立有限元模型。S202、S203和S204的执行顺序不作限定。
S202、仿真刚性体载荷行程设定。
本步骤即设定仿真刚性体11的行程参数。
S203、仿真弹性体单元属性设定及节点自由度限定。
本步骤即设定仿真弹性体12的材料属性和自由度。
S204、仿真载荷加载端单元属性设定及节点自由度限定。
本步骤即限定仿真载荷加载端材料属性和节点自由度。
S205、接触及其他边界条件的设定。
本步骤进行仿真刚性体11、仿真弹性体12和仿真载荷加载端13的接触方式和其他边界条件的设定。此处不限定其他边界条件，本领域技术人员可以根据实际情况进行确定。
S206、仿真计算，执行S207和S208。
基于上述设定的参数进行仿真计算，以得到仿真数据。如仿真弹性体11的弹性应变量和仿真载荷加载端13的位移量。
S207、获取仿真弹性体节点弹性应变量。
S208、获取仿真载荷加载端节点的位移量。
S207和S208的执行顺序不作限定。
S209、绘制载荷曲线图。
载荷曲线图即位移-载荷曲线。绘制载荷曲线图时，可以根据载荷公式确定出对应的载荷，从而进行载荷曲线图的绘制。
具体地，在某一步长时刻，仿真结构件14的载荷根据对应的弹性应变量和载荷公式确定。
在某一步长时刻，仿真结构件14的位移获取方式为：读取仿真载荷加载端13上任一节点的位移量作为该步长时刻的位移量。
将所有步长时刻得到的载荷和位移量对应绘制，则得到整个加载过程的位移-载荷曲线。
为得到仿真结构件14理想的位移-载荷曲线，按照可以如下方式调节：
由于一些仿真结构件14在接近极限静载荷时，存在较大的失稳突变性(包括几何失稳、材料失稳等)，仿真结构件14载荷承载能力的突然变化，且如果仿真弹性体12的刚度不够，会使得仿真弹性体12的弹性应变发生较为剧烈的变化，失去载荷传递的稳定性。所以根据仿真结构件14在极限静载荷附近的突变程度，可以适当提高仿真弹性体12的弹性模量或者横截面积，增加其刚度稳定性。
此外，仿真结构件14在接近极限静载荷时，可以适当细化步长，获取更为理想的位移D-载荷F曲线。
S210、求得仿真结构件的极限静载荷。
以下以具体载荷仿真装置进行示例说明：
载荷仿真装置中仿真刚性体11(可以为刚性面)为几何面；材料属性设置为刚体；与仿真弹性体12的接触模式设置为Touch模式；在X轴方向的进给速度为8mm/s。
仿真弹性体12：为六面体网格模型，其横截尺寸为40.6666*42mm；材料属性为纯弹性体(弹性模量E弹＝1000Gpa，泊松比为0)；上端与仿真刚性体11接触，下端与仿真载荷加载端13接触，接触模式都为Touch；限定所有节点围绕X轴、Y轴、Z轴的旋转、沿Y轴和Z轴的平移等5个自由度，只保留沿X轴的平移自由度。
仿真载荷加载端13：为六面体网格模型；材料属性为刚体；上端与仿真弹性体12接触，下端与仿真结构件14接触，接触模式为Touch；限定所有节点围绕X轴、Y轴、Z轴的旋转、沿Y轴和Z轴的平移等5个自由度，只保留沿X轴的平移自由度。
仿真结构件14：为加强筋+板结构，几何尺寸为600mm*980mm；四边形壳单元模型；材料模型为弹塑性体(弹性模量E结＝700Gpa，泊松比为0.3，屈服强度为400Mpa)；上端与仿真载荷加载端13接触，下端与仿真支撑底座15接触，接触模式为Touch；限定两端节点沿Y轴、Z轴的平移自由度。
仿真支撑底座15：六面体网格模型；材料属性为刚体；上端与仿真结构件14接触，接触模式为Touch；限定所有节点的6个自由度。
将整个仿真过程分为3个工矿Loadcase，表1为仿真工矿设置表，其时间分配和步数设置如表1所示：
表1仿真工矿设置表
参见表1，极限静载荷出现在Loadcase2中，所以对Loadcase2工况进行细化，可以有效地反映出在该过程中，载荷随着仿真载荷加载端13进给位移量的增加的变化过程。
待有限元仿真计算结束后，对结果文件进行处理过程中，随机选定仿真弹性体12上的任一节点的弹性应变量作为仿真弹性体12的弹性应变量。随机选定仿真载荷加载端13上任一节点的位移量作为仿真载荷加载端13的位移量。获取所有计算步的数据，绘制位移D-弹性应变δ曲线，即应变量曲线图，图3示出了本发明实施例应变曲线图的示意图。图3示出的应变量曲线图中，以仿真载荷加载端13的位移量作为自变量，仿真弹性体12的弹性应变量作为因变量。如图3所示，最大弹性应变量为0.023％。
根据载荷公式，将获得的弹性应变量、横截面积和弹性模量的值，换算为仿真弹性体12传导的载荷F。
FMAX＝E*A*δMAX＝1*1012N/m2*40.6666*42*10-6m2*2.3*10-4＝3.93*105N。
绘制载荷曲线图，图4示出了本发明实施例二提供的载荷曲线图。图4中以仿真载荷加载端13的位移量作为自变量，仿真弹性体12的载荷作为因变量。如图4所示，最大载荷FMAX为3.93*105N，此值则为该仿真结构件14的极限静载荷值。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种载荷仿真装置，其特征在于，包括：仿真刚性体、仿真弹性体、仿真载荷加载端和仿真结构件；所述仿真弹性体的一端表面与所述仿真刚性体贴合，所述仿真弹性体的另一端表面与所述仿真载荷加载端的一端表面贴合，所述仿真载荷加载端的另一端与所述仿真结构件的一端表面相接触，所述仿真弹性体的泊松比为零，所述仿真载荷加载端的材料为刚性材料；
所述仿真刚性体根据设定的行程参数发生位移从而产生对应的载荷，所述仿真弹性体和所述仿真载荷加载端沿与所述仿真刚性体的位移方向相同方向移动，使所述载荷通过所述仿真弹性体和所述仿真载荷加载端加载到所述仿真结构件上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：仿真支撑底座；
所述仿真支撑底座的一端表面与所述仿真结构件的另一端表面相接触，所述仿真支撑底座的材料为刚性材料，所述仿真支撑底座的位置固定。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：第一主控模块，所述第一主控模块包括：
参数设定单元，用于设定所述仿真刚性体的行程参数并根据所述仿真结构件的预估极限静载荷设定所述仿真弹性体的承载参数；
获取单元，用于在所述仿真刚性体根据所述行程参数移动完成后，获取所述仿真弹性体的弹性应变量和所述仿真载荷加载端的位移量；
曲线确定单元，用于根据所述弹性应变量、承载参数和位移量，确定所述仿真结构件的极限静载荷。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述曲线确定单元，包括：
第一绘制子单元，用于根据所述弹性应变量和所述位移量，绘制应变量曲线图；
第一确定子单元，用于根据所述应变量曲线图和承载参数，确定所述仿真结构件的极限静载荷。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一确定子单元，具体用于：
选取所述应变量曲线图中的最大弹性应变量；
根据所述最大弹性应变量和承载参数，确定所述仿真结构件的极限静载荷。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一确定子单元，具体用于：
根据所述应变量曲线图修正所述仿真刚性体的行程参数，并获取修正后应变量曲线图；
根据所述修正后应变量曲线图和承载参数，确定所述仿真结构件的极限静载荷。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述曲线确定单元，包括：
仿真载荷确定子单元，用于根据所述弹性应变量和承载参数确定对应的仿真载荷；
第二绘制子单元，用于根据所述仿真载荷和位移量绘制载荷曲线图；
第二确定子单元，用于根据所述载荷曲线图，确定所述仿真结构件的极限静载荷。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二确定子单元，具体用于：
根据所述载荷曲线图，修正所述仿真刚性体的行程参数，并获取修正后载荷曲线图；
根据所述修正后载荷曲线图，确定所述仿真结构件的极限静载荷。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二确定子单元，具体用于：
选取所述载荷曲线图中最大仿真载荷作为所述仿真结构件的极限静载荷。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：第二主控模块，所述第二主控模块用于：
设定所述仿真刚性体的行程参数并根据所述仿真结构件的预估极限静载荷设定所述仿真弹性体的承载参数；
在所述仿真刚性体根据所述行程参数移动完成后，获取所述仿真弹性体的弹性应变量；
将所述弹性应变量和承载参数代入载荷公式确定仿真载荷；
选取所述仿真载荷的最大值作为所述仿真结构件的极限静载荷。
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