[发明专利]一种有限元仿真实验效果测评方法

说明书

本发明公开了一种有限元仿真实验效果测评方法，包括：设定实验材料的限制参数和受力信息，对实验材料样品本身及其三维模型分别进行真实实验和有限元仿真实验，并分别获取实验数据；计算真实实验的实验数据和有限元仿真实验的实验数据的相似度；用两次实验获取的实验数据中的相同类型数据在同一坐标图中进行拟合，并对比同一坐标图中的拟合曲线；对两次实验的图像进行网格化，确定网格化对比结果；综合实验数据对比结果，确定有限元仿真效果。通过本发明，能够解决材料力学领域通过有限元仿真软件分析结果不易进行评测的问题，从而帮助人们直观了解有限元分析工具与真实实验的偏差程度，验证有限元仿真分析结果的可靠性。

技术领域

本发明涉及测量测试技术领域，尤其涉及一种有限元仿真实验效 果测评方法。

背景技术

无论在传统的机械加工行业，还是其他高端制造业中，所使用材 料元部件的各种力学性能参数，如：弹性极限、伸长率、弹性模量、 比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度等指标的获得 往往需要借助力学实验机。但是，这些实验的过程往往具有破坏性、 一次性、不可逆性的行为特点，这种情况下，如果测试样品价值较高，或者非标结构产品，实验的成本往往是非常难以接受的。因此，随着 计算机虚拟软件技术的飞速发展，对各种材料构件的相关性能实验进 行虚拟仿真分析的技术已经得到广泛应用，尤其在产品预研制、教学 培养等领域，人们往往采用ANSYS、ALGOR、ADAMS、Solidworks、Catia等门类繁多的有限元分析软件。这种利用“虚拟现实”技术来 替代现实实验的新技术行为是当今传统测试行业发展的重要阶段。但 是，人们在利用这些手段的同时，其可靠度和真实性往往无法直接验 证，人们对有限元仿真技术并没有完善的评估和量化机制。现实情况 是人们借助新技术对所使用的材料进行了仿真测试，但仍然会出现由 于虚拟技术的偏差造成最终产品或项目出现失效的情况。本方法就是基于材料力学实验设计高速视频采集分析、动态传感器采集技术的系 统平台，将传统的材料力学实验的动态过程可视化、数据化、直观化、 信息化，同时运用多种有限元分析软件对同样的产品模型进行虚拟仿 真，将仿真结果与现实力学实验进行全方位对比，分析有限元虚拟仿 真分析结果的真实性、可靠性，评测其准确度。

有限元分析技术往往借助于各种计算机软件工具，但是这些主流 软件大都由国外的公司所垄断，由于知识产权和国外技术封锁等问题， 我国研究者在使用中往往很难对底层模型和算法进行深入修正和调 整，使得许多分析仿真的结果与实际的差距程度值得商榷，因此如何 验证研究各种有限元分析方式的准确度就是成为迫切需要解决的问 题。

在现实力学实验领域，经过多年的积累，各种材料力学实验机有 了长足发展，现阶段其结构型式分为立式和卧式，立式一般用于吨位 较小的机器，超大吨位且行程较长的多为卧式，驱动方式也由传统的 液动逐步向电动发展，许多中小型实验机已经大量采用了伺服电机等 控制驱动方式，设备控制系统也更加精确，各种脉冲方式也均能满足要求。

其中一种现有技术的方案描述了运用Hypermesh软件，建立双中 间轴变速器壳体有限元分析模型，结合齿轮、轴承和齿轮轴对壳体强 度的影响，应用接触非线性有限元理论分析了壳体的强度，同时对有 限元分析结果进行了实验验证，对比了计算值与实验值的整体变化趋势，从而验证了有限元分析结果。但是该文章中直接运用网格划分进 行建模，没有用到三维建模软件，并且对有限元分析计算值与实验值 的比对仅提到了变化趋势一致，在拟合曲线中明显存在偏差，但是没 有进行量化，没有从根本上解决有限元分析准确度、可靠性评测问题。

现有技术的另一技术方案对新开发的某轿车转向节进行了有限 元分析，并通过实验验证分析了可靠性，从而建立一条合理可行的零 部件设计开发流程。但是该文章也没有对实体进行软件三维建模，有 限元分析采用传统网格化计算，实验验证仅提到无裂缝，没有对两种 结果进行量化比对，没能真正评测有限元分析结果的准确度。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种有限元 仿真实验效果测评方法。