CAE仿真的V&V验证工具

关键字:CAE 仿真 验证 V&V  发布时间:2014-2-10
所属领域:产品创新数字化 所属行业:机械 所属产品:SimV&Ver 外部链接:点击查看
国内企业仿真现状及需求
 
仿真精度如何保证?
  • 仿真结果如何判断是否准确?
  • 仿真结果和实验结果如何拟合?
  • 熟练和非熟练工程师仿真结果如何保持一致?
  •  
仿真时间如何缩短?
  • 设计周期短,能否实现自动仿真流程?
  • 设计变更频繁,能否定制出通用的仿真流程?
  • 仿真过程建立困难,能否保留和重用?
 
仿真成果如何交付?
  • 仿真部门如何交付更有效、更量化的成果?
  • 仿真成果如何被确认准确有效?
  • 仿真成果如何能够充分融入产品研发流程当中,成为标准化的环节?

 
基于VV&A流程的解决方案
CAE仿真VV&A流程的定义:
  • 仿真系统校核(Verification)——确定仿真模型准确地代表了产品的概念描述和技术要求的过程;
  • 仿真系统验证(Validation)——从仿真模型应用目的出发,确定其代表真实系统正确程度的过程;
  • 仿真系统验收(Accreditation)——是官方正式地接受一个仿真系统为专门的应用服务的过程。
在CAE仿真当中,三个步骤完成的工作为:
  • Verification——确认CAE模型的几何是否准确?工程假设是否正确?CAE设置,例如网格密度设置、材料设置、边界条件设置等是否正确?
  • Validation——用实验结果,或者可靠的参考数据,或之前获得的可类比的数据结果,来对仿真数据进行对比和修正。同时分析实验数据和仿真数据的数据合理性,并确认异常数据。
  • Accreditation——校核和验证完毕后,CAE模型及模板应该被正式发布给企业,被官方正式接受,并且作为标准工具纳入研发流程当中去。

国外CAE领域VV&A研究现状
 
CAE仿真的 校核、验证及发布VV&A流程已经被广泛采用:
  • 美国最权威的CAE组织NAFEMS每年专门组织对CAE模型VV&A的培训,
  • 美国机械工程师协会ASME每年举行CAE VV&A座谈会,并且成立了专门的VV&A委员会以举办相关的会议并发表论文,
  • CATPILLAR,GE等所有的制造企业中,CAE模型的VV&A被作为部门的标准流程,任何一个CAE模型和仿真过程,必须经过验证和发布后,才能进入企业的研发流程当中去。
 
 
企业研发VV&A需求
CAE结果与实验结果进行校验及修正
  • 仿真结果被输出,能够与实验结果自动比对,进行误差判断
  • 如果误差超过许可,则自动更新CAE模型的网格、边界条件、载荷等设置,重新计算,直到误差符合要求
校核完毕的CAE仿真过程被保存为分析模板
  • 校核后的仿真分析模板能够自动运行
  • 同一个CAE模板能够接受不同类型的CAD模型进行仿真
  • CAE模板同时也是标准的仿真知识培训工具
校核完毕的CAE模板能够作为仿真部门的成果在企业内部发布
  • CAE模板的准确性经过确认,可以被放心使用
  • 任何人调用同一模板,得到完全一致的结果
  • 模板可以被纳入研发流程中作为标准环节


SimV&Ver功能及优势
SimV&Ver是Anwise Technology联合了多家美国CAE集成技术公司,以及知名VV&A流程咨询公司,共同推出的一个用于CAE仿真模型验证的工具,它包含:
  • 一个利用VV&A流程,将CAE模型与实验结果进行比对,并自动修正CAE模型设置的模板;
  • 一个专业定制的界面,用户可以在SimV&Ver界面上设置初始的CAE参数设置,实验结果输入,以及与实验结果比较最终需要收敛的误差值;
  • 与多个CAE软件的直接接口,SimV&Ver可以调用ANSYS /ABAQUS /NASTRAN /ADAMS/DYNA等多个CAE工具进行相应的仿真计算;
  • 仿真模型和仿真模板发布功能,将验证后的模型及模板发布出来,作为部门或企业正式认可的、针对某一类结构、标准的仿真模板。
 

 
SimV&Ver功能
  • 仿真分析模板,能对仿真分析的参数进行设置
  • 与Matlab/Excel集成,实现CAE结果与实验结果的自动比对
  • 带控制回路的自动仿真流程模板,仿真结果超过误差许可则自动按照一定规则修改仿真参数设置
  • 模型修正遵循VV&A流程
  • 抽象建模,同一模板可接受同一类工程问题但不同拓扑的CAD设计
  • 底层集成ADAMS/ANSYS/ABAQUS/NASTRAN结构CAE软件
  • 误差达到允许范围内,验证后的仿真模板可作为成果发布
下图是VV&A流程验证模板的界面,流程模板中包含输入、输出、CAE参数设置模块、CAE工具调用模块、用户自定义模块、时钟、回路、条件判断等等功能。

 
客户价值及成功案例
客户价值
  • 通过应用SimV&Ver工具,仿真部门实现了仿真结果与实验结果的自动验模,仿真精度被确认;
  • 发布的仿真模板可自动运行,并可接受多种拓扑的设计模型,大大减少了重复工作,提高了仿真效率;
  • 仿真部门的成果被量化,且实现了脱离设计而独立工作;
  • 实现了仿真知识的固化和管理。
成功案例
John Deer挖掘机动臂CAE仿真验模
John Deer是美国最大的农用机械制造商,2010年,John Deer利用SimV&Ver流程,对其挖掘机的关键部件-动臂,进行了仿真模型与实验数据的校核。该流程完全实现了自动化,由初始的CAE设置,与实验数据平均误差在20%-30%,在自动运行了10轮后,平均误差缩小到了3%。SimV&Ver自动验模工具为John Deer节省了大量的人工VV&A验模时间,并获得了稳定、准确的CAE自动分析模板。

 
动车控制台CAE仿真验模
  • 项目背景描述
    • 某客户动车关键部件控制台(连接车体和设备舱),进行仿真分析,希望利用试验结果,确认控制台的网格设置,具备足够精度
  • 项目分析思路
    • 设置一个初始的全局网格和两个局部网格设置,利用试验结果,更新三个网格设置的取值,最终获得与试验结果误差在3%以内的网格设置
  • 项目最终结论
    • 最终全局网格选定为10mm,两个局部网格设置在4.86和4.374以内,就可以获得精度足够高的仿真结果,从而确定了控制台标准仿真模板的网格设置规则,可以向企业进行发布