关于仿真的合理及准确性、试验的真实客观性,仿真or试验?
首先,应明确合理和准确这是两个不同概念,两者不能混为一谈,仿真在一定范围内可以做到合理,但没有任何一个仿真可以说就是百分之百准确的。
目前,很多从事设计或仿真的人员总是质疑仿真结果数据,甚至直接“不相信仿真”,那么既然有这种疑问,我也曾想过出现这种现象的原因是什么呢?仿真就这么不靠谱吗?我认为至少有如下几点值得探讨,
其一,仿真模型的建立是基于对实际问题的合理假设的前提之上的,正如世界上没有两片相同的树叶之道理,要想将仿真模型建立的和实际模型一样,是不切实际的想法。基于此,仿真中边界条件的设置、材料本构模型的设置、接触约束等各个前处理步骤都会产生误差。这是仿真误差的来源之一。
其二,常见的有限元仿真是基于拉格朗日的网格计算算法,材料依附于网格之上随网格的流动而发生变形。因此,网格设置的系数或致密也会影响计算结果的精确性,这方面衍生出了很多网格处理方面的论文,本质上有限元仿真本就是利用有限单元离散并积分来模拟真实世界的,这部分的系统误差不可避免。为此,我们可以说我的这个仿真结果非常精确,其误差仅有1%,或者0.1%等,但总是无法达到100%的,这是结果的准确性描述。
其三,我认为这也是最重要的,很多时候仿真结果的不准确性我们都归结于误差,我在想“误差”有这么倒霉吗?诚然,上述原因是误差的由来有理有据,但那些明显是不合理甚至是错误的结果你也归结与“误差”,我真是替“误差”叫冤。仿真模型的误差性分析首要是基于模型本身是正确的前提下的,模型本身边界、接触、约束设置的不合理和模型本身边界、接触、约束设置的简化是两码事。因此,我认为仿真模型的建立是建立在对所需模拟问题的合理、科学的假设下的,模型建立的准确性是保证模型仿真结果的准确性的必要条件。
其四,我认为仿真是一种研究、解决实际问题的科学手段,它有它的意义和价值,其与推崇通过试验手段解决问题的思想两者并不矛盾,相反,两者应当是互为补充的关系。试验条件的复杂性、试验过程的不可逆性、试验条件难以完全统一等客观因素同样使得试验结果存在误差。
其五,依据第四点,我认为做仿真之前,应当试验先行,应当了解实际试验中它的实现过程、方法与结果(如果结果可以通过试验完成的话),在此基础之上,将试验过程抽离出来建模物理模型,对其边界、接触、约束进行合理假设,最后通过验证性的试验证明以上仿真模型基于此种假设简化之下是合理的,那么这个仿真模型才可以说是准确的。所以,做仿真并不是建一个模型得出一堆花花绿绿的结果云图就完事的。其背后依托的仍然是科学的理论知识,诸如有限单元法、四大力学(学机械的应该都有被其支配的恐惧吧)、微积分原理等。如果我们将这一块做好,何尝别人还会说你的仿真结果都是扯淡呢?
综上,仿真与试验应是相辅相成的,试验做不到的可以通过仿真进行合理分析,仿真得出的结果也应当接受试验的检验。两者都是研究实际问题的一种科学手段。本人愚见,想要完美解决实际问题,将两者融会贯通才是正道,贬低其中之一都是偏方。