有限元分析(FEA)中的验证与验证188bet手机下载188金博体188金博体育

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1.1介绍

有限元法（FEM）是一种数值方法，用于求解给定结构或系统的数学模型，这些结构或系统非常复杂，通常不可能使用解析解技术，可以使用有限元法来求解。因此，有限元法可以说是一种使用变分原理的变分公式法最小势能，其中未知感兴趣量由连续分段多项式函数近似。这些感兴趣量根据所选系统的不同而不同，因为有限元法可以并被用于各种不同的领域，如结构力学、流体力学、声学、电子力学等在结构力学领域，主要关注的领域是系统中的位移和应力。

重要的是要理解，FEM仅给出问题的近似解，是获得偏微分方程变分公式的真实结果的数值方法。基于有限元的数值方法本身具有许多与区域离散化相关的假设和不确定性，mathem自动形状功能、求解程序等。FEM作为主要工具的广泛使用导致了产品工程生命周期，其中从构思、设计开发到产品优化的每一步都是虚拟完成的，在某些情况下甚至没有原型测试。

这全虚拟产品开发与分析方法导致一种情况，在应用负载条件时的错误解释或错误可能会在整个工程生命周期中被排除，导致错误在每个阶段累积，导致灾难性的结果。美联社-褶皱的错误和不确定性有限元法(FEM)可能来自以下主要来源,1)固有的错误来自于在有限元理论和假设2)错误和不确定性,系统内置当我们寻求的物理模型转移到计算模型。这些错误和不确定性的常见列表如下所述;

  • 误差和不确定性。
    • 网格细化程度和单元类型的选择。
    • 从主要解变量中平均和计算应力和应变。
    • 在计算机上重建几何域的不确定性。
    • 模型的加载和边界条件的近似和不确定性。
    • 为问题选择正确的解算器类型（如特征值问题的解算器）产生的错误。

由于该过程中存在大量的误差源和不确定度，因此有必要建立一套规则和准则框架，通过应用该框架，我们可以确保有限元方法在精度、可靠性和重复性所要求的参数范围内执行。这些规则框架作为验证和验证程序，通过这些程序，我们可以一致地衡量我们的模型的准确性，并清楚地识别错误和不确定性的来源，并逐步改进以实现更高的解决方案的准确性。在每个开发和解决问题的FEA项目中都需要验证和验证，以提供所开发的计算模型在所需参数内执行的信心。该模型提供的解决方案是足够精确的，并且该模型解决了开发它所要解决的问题。

验证过程包括检查设计、软件代码以及研究计算模型是否准确地代表物理系统。验证更多的是一个动态过程，确定计算模拟是否与物理现象一致，它检查数值模拟和实验结果之间的差异。验证提供关于计算模型是否正确和准确求解的信息，而验证提供关于数学模型与实验测试准确关联程度的证据。

除了复杂的离散函数，偏微分方程表示物理系统，CFD和FEA都使用复杂的矩阵和PDE求解算法来求解物理系统。这使得在模型构建过程中必须单独地、增量地执行验证和确认活动，以确保流程的可靠性。为了避免虚假的结果和数据污染发出虚假信号，在验证评估之前进行验证过程是很重要的。如果验证过程失败，模型构建过程应进一步停止，直到验证建立。如果验证过程成功，验证过程可以进一步进行，与现场服务和实验试验进行比较。

验证和验证的标准和指南的简史

188金博体188金博体育随着NASA结构分析代码的发布，有限元分析得到了广泛的应用。FEA的早期使用者来自航空航天和核工程背景。美国核学会于1987年发布了第一个验证指南核电站科学和工程计算机程序验证和验证指南行业．

关于这个主题的第一本书是帕特里克·罗奇博士在1998年写的，书名是计算科学与工程中的验证与验证，这本书的更新版出现在2009年。

1998年，美国航空航天研究所计算流体力学标准委员会发布了第一份标准文件计算流体动力学模拟的验证和确认指南．美国国防部通过国防建模与仿真办公室发布的国防部建模和仿真，验证，验证和认可文件在2003年。

美国机械工程师协会（ASME）V和V标准委员会发布了计算固体力学验证和确认指南（ASME V和V-10-2006）．

2008年，美国国家航空航天局模型和模拟标准首次开发了一套指导方针，为验证和验证工作提供了一个数值分数。

美国机械工程师协会V和V标准委员会V和V-20在2016年提供了更新计算流体力学和热传递的验证和确认标准．

1.3验证和确认:-过程和程序

图(1．1)显示了快节奏工业产品开发组中的典型产品设计周期。产品与环境在施加荷载、边界条件和环境大气方面相互作用。这些因素构成了计算模型构建过程的输入。计算模型为我们提供了产品在不同使用条件下的预测和解决方案。

重要的是要注意,从现实世界到生成计算模型包括一个迭代的过程,所有的假设,近似及其对质量的影响的计算模型对生成最优迭代计算模型代表了物质世界。

图1.1:Sargent圆上的变化，显示了典型快节奏设计组中的验证和确认程序

计算模型和物理世界之间的验证过程也涉及到一个迭代过程，在此过程中，用载荷和边界条件的值进行实验，并将解与物理世界的输出进行比较。根据过程中得到的反馈信息，对计算模型进行了改进。

过程表示的圆形强调了计算模型，特别是验证和确认程序在本质上是迭代的，需要不断努力对其进行优化。

图中蓝色、红色及绿色区域(1．3)强调过程中的迭代验证和验证活动。标准和行业指南清楚地提到了不同级别的代码和解决方案验证和验证的不同性质。绿色突出显示的区域属于进行实验的实验室领域，同样重要的是，测试实验室完美地理解验证和验证的过程和程序。

代码验证旨在确保没有编程错误或bug，并确保软件在实现数值算法或求解器构造方面提供准确性。比较软件的代码验证和计算验证问题，主要区别在于计算验证

图1.2：验证和确认过程

涉及在数值模拟中量化离散化误差。代码验证在过程中处于上游，通过将数值结果与解析解进行比较来完成。

图1.3：根据ASME 10.1标准的验证和确认指南

1.4验证和确认指南

第一步是对代码或软件进行验证，以确认软件是否按照预期工作。代码验证背后的理念是识别并消除在实施数值算法时或由于任何编程错误而产生的任何错误。代码验证主要是响应代码开发人员和软件（如Abaqus、LS Dyna等）的可靠性，提供了示例问题手册、基准手册，以展示对其实现的程序和算法的验证。

计算验证的下一步是量化计算机模拟中由于网格离散、不恰当的收敛准则、材料特性的近似和模型生成等因素造成的误差。计算验证提供了由于上述因素导致的解的误差估计。经验告诉我们，网格离散化的不足是造成计算验证错误的主要原因和最大因素。

材料模型、元素和数值算法的验证过程通常是FEA和CFD软件帮助手册的一部分。然而，当涉及到建立计算模型的有效性时，一个人正在寻求解决，验证程序必须由分析师或工程小组开发。

以下验证指南由Sandia国家实验室[Oberkampf等人]由从事风洞项目的实验人员制定，但这些指南适用于计算力学的所有问题。

准则1:验证实验应由FEA小组和实验工程师共同设计。实验的理想设计应确保验证域位于应用程序域内。

准则2:设计的实验应涉及系统的全部物理特性，包括加载和边界条件。

原则3:实验和计算模型的解应该完全相互独立。

原则4:实验和验证过程应从系统级解决方案到组件级开始。

原则5:应注意操作员偏差或过程偏差不会影响溶液或验证过程。

FEA的验证和确认

1.5.1有限元模型验证过程

在汽车产品开发出现问题时，可对无声块和衬套、扭力杆衬套、球面轴承等部件进行验证。图-压力(1．4)显示已进行计算的橡胶-金属粘合部件。Hill[11]，Horton[12]和已证明，在径向载荷下，衬套的刚度可通过以下公式得出：，

图1.4：无声衬套的几何尺寸

转换的PNM文件

图1.5：无声衬套的几何结构

G=剪切模量=0．117E0．034xh， Hs =材料的硬度。将图(1．4),

Krs= 8170．23N/毫米,(1.3)

适用于硬度为55的天然橡胶化合物。轴瓦的有限元模型

见图(1．9)，有限元分析得到的刚度为8844.45 N/mm。验证和验证经常建议，解决方案比较的差异小于10%是收敛值的可靠基础。

对于具有非线性材料和非线性几何条件的FEA，必须执行多个步骤，以确保材料模型和边界条件提供可靠的解决方案。

  • 单元元素测试：如图所示的单元元素测试(1．7)显示一个单位立方体元素。输入和输出应力-应变图与输入进行比较。这提供了一个一阶验证，验证材料是否
转换的PNM文件

图1.6：无声衬套的变形形状

属性足以提供合理的输出。分析师本人可以执行该验证程序。

  • 实验鉴定测试: FEA现在用于特性测试，如拉力测试或压缩测试。这提供了一个检查是否可以从FEA中回滚原始输入材料数据的检查点。这是一个难度适中的测试，如图(1．8）.这些困难的原因是由于摩擦和非精确边界条件等无法量化的特性。
  • 与全尺寸实验的比较：在这些验证步骤中，将零件和组件产品加载到试验台上，并应用工作负载和边界条件。将有限元分析结果与这些实验进行了比较。当程序验证有限元模型以及荷载状态和边界条件时，该步骤提供了最稳健的验证结果。身材(1．9)显示了在多步骤分析中执行的扭矩杆衬套和验证程序。

经验表明，从第1步到第3步的验证过程最好是线性进行，因为它逐步完善了材料模型、载荷和边界条件。直接跳到第3步以更快地完成验证过程会增加未解决错误的时间，这些错误会对解决方案的质量产生累积影响。

图1.7:单元立方体单元素测试

图1.8：压缩试验的有限元分析

1.5.2有限元模型的验证过程

图(1．7)显示了验证衬套模型的实验测试装置。选取径向加载作为主要变形方式，并对载荷与位移的结果进行了比较。之前进行的验证过程建立了有限元模型的准确性，当前的验证分析适用于多个千牛顿的载荷。实验结果与有限元分析结果吻合较好。人物(1.10)及

图1.9:静音衬套的实验测试和验证有限元分析

(1.11)显示验证设置和解决方案的轮胎模型和发动机悬置。轮胎模拟的复杂性是由于轮胎几何形状的性质，以及多种橡胶化合物、织物和钢带的存在。这使得建立仿真的有效性势在必行。

图1.10:轮胎模型的实验测试和验证有限元分析

图1.11：乘用车发动机悬置的实验测试和验证FEA

1.6摘要

本文试图提供有关计算固体力学中验证和确认过程的信息。我们回顾了验证和确认过程的采用历史以及它们在计算力学过程和工具中的集成。从1987年第一个指南以在特定的应用领域，今天我们正处于一个过程已经标准化的阶段，所有主要行业都已经找到了采用的途径。

验证和验证现在是计算力学过程的一个组成部分，以增加完整性和可靠性的解决方案。验证主要是在软件级别进行的，目的是评估代码是否有能力为问题提供正确的解决方案，而验证则确定解决方案的准确性。美国机械工程师协会(ASME)、核学会(Nuclear Society)和美国航空航天局(NAFEMS)正在努力使这一过程更加标准化，并具有目的性。

不确定性量化还没有包括在当前的回顾，这篇文章的下一次更新将包括在分析中的不确定性量化步骤。

1.7参考资料

  1. 美国核协会，《核工业科学和工程计算机程序验证和确认指南》，1987年。
  2. 罗奇，P.J .，美国核学会，计算科学与工程的验证和验证，Hermosa出版，1998。
  3. 美国航空航天研究所，AIAA计算流体力学模拟验证指南（G-077-1998），1998年。
  4. 美国国防部，国防部建模与仿真（M-S）验证、确认和认可，华盛顿特区国防建模与仿真办公室。
  5. 美国机械工程师学会，计算固体力学的验证和验证指南，2006。
  6. Thacker, B. H.， Doebling S. W.， Anderson M. C.， Pepin J. E.， Rodrigues E. A.，模型验证和验证的概念，洛斯阿拉莫斯国家实验室，2004。
  7. 《模型和模拟标准》，美国国家航空航天局，NASA-STD-70092008。
  8. Oberkampf，W.L.和Roy，C.J.，计算模拟中的验证和确认，剑桥大学出版社，2009年。
  9. 陈志强，陈志强，陈志强，2001，用有限元法分析橡胶元件的非线性动力学行为，论文第44期，流体力学会议。
  10. 陈志刚，陈志刚，填充弹性体的弹性和阻尼建模，隆德大学。
  11. ABAQUS Inc.， ABAQUS:理论和参考手册，ABAQUS Inc.， RI, 02。
  12. 有限长度橡胶衬套装置的径向挠度。Int。j·英格。科学。,1975, 13.
  13. 在径向载荷作用下橡胶衬套的刚度。橡胶化学。科技,2000,73。
  14. 林德利，P. B.工程设计与天然橡胶，马来西亚橡胶生产商研究协会，Brickendonbury，英国。, 1992年。
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