摘要:計算機仿真技術越來越受到企業的認可和重視，合理地建模是仿真分析成敗的關鍵，而驗證建模的合理性，試驗對標是行之有效的方法，文中通過對焊接結構、鑄造結構、大型裝配體等零部件的應力測試對標為研究對象，以Altair公司的HypeWorks軟件為平臺，來尋找可行的對標方法。
關鍵字：HyperWorks，膜單元，對標，應力測試
0 引言
在殘酷的市場競爭下，產品的質量與成本已成為企業生存發展的生命線。而計算機仿真技術的出現，可以在沒有生產出真實物理樣機前，通過計算機仿真技術模擬樣機的工作過程，避免了傳統的設計→試制→發現問題→改進設計→再試制的重復過程，使許多設計缺陷在初期的仿真過程中就得到發現和解決，同時采用計算機仿真技術可以在短時間內嘗試和比較多種設計方案, 減少修改的盲目性。這樣，不僅提高了產品的質量，還大幅降低了產品的成本。計算機仿真技術越來越受到企業的認可和重視。然而計算機仿真技術（包括有限元、邊界元等）是數值解法，分析時，不可避免地要做各種簡化和近似，而簡化和近似的合理性關系到計算結果的準確性。因此合理的建模是仿真分析成敗的關鍵。驗證建模的合理性主要通過經驗或者與試驗結果對標來判斷；對于大型復雜結構的初次有限元分析計算，試驗對標是唯一可行的方法。為了探討此問題，文中通過對一組典型結構的應力測試對標為研究對象，來尋找可行的對標方法。
1 研究思路
工程問題中的產品結構、樣式多種多樣，而仔細分析可以發現，材料的成型機理不外乎鑄造，鍛造，焊接等，因此，為了研究不同材料成型機理的仿真對標方法，文中通過對焊接結構、鑄造結構、大型裝配體等零部件的應力測試對標為研究對象，以Altair公司的HypeWorks軟件為平臺，找出這些典型結構正確可行的仿真建模方法，并由此固化同類產品的有限元模型建模方法。
通過借鑒相關文獻，擬定對標工作的研究思路流程如下圖所示：
對標工作的三個方面內容如下圖所示：
2.1 CAE分析結果精度的提高
在建立好CAE模型后，驗證已經畫好網格的模型的變形情況是否與實際相符，驗證模型各處的應力是否有過大的地方。
①變形情況分析
觀察變形動畫，注意連接處，運動關系處變形是否與實際相符。注意連接處是否出現單元的穿透，運動紊亂等。
②應力情況分析
觀察應力云圖。是否有應力梯度變化過大的區域，是否有違反基本力學常識的區域等。
2.2試驗測量結果精度的提高
在實際測量中，為了保證測試結果的有效性，必須對影響測試精度的各因素有所了解，并采取有針對性的措施來消除它們的影響。否則會因為產生較大誤差而失去意義。
2.2.1 溫度的影響
由于溫度變化會引起電阻應變計敏感柵阻值變化而產生附加應變。因此在測試過程中有溫度變化的情況，必須考慮溫度效應的影響。一般采用溫度補償法處理。
2.2.2 貼片角度誤差的影響
由于貼片全過程為手工操作。因此實際貼片軸線可能會和預計測量方向軸線有少量誤差，這就會引入測量誤差。
通過理論計算：貼片誤差不超過5度，測試誤差不會超過5%，而實際中，貼片誤差一般不會超過5度,這個誤差可以被實際工程測試接受，因此實際操作中只要保證在粘貼應變片時盡量保持一致即可。
2.2.3. 測量現場干擾的影響
在測量時示值發生抖動，大多由于電磁干擾所引起，如導線互感、漏電、靜電感應或者現場附近有電焊機等強磁場干擾等。如發現時要先予以排除。
3 典型結構仿真與應力測試
在工業車輛產品中選取典型結構，依據上文提到的對標流程從簡到繁對結構進行應力測試，試驗時，根據所測結構的特點，利用試驗臺或者實際整車，模擬部件真實受力情況進行測試，CAE分析則根據測試實際邊界條件進行仿真。
3.1 鑄造結構仿真與應力測試
通過對典型結構的應力測試，積累了大量的試驗數據。經過數據分析進一步地完善了分析邊界，簡化了分析方法，為產品正向設計做技術準備，取得了積極的效應。
4.1 膜單元輸出應力的應用
應變片測量的是應變片粘貼相應區域的沿應變片粘貼軸線方向的表面平均應變值。而后通過計算推出應力值，而CAE分析一般關注的是Von Mises應力：即基于剪切應變能的一種等效綜合應力。而這兩者沒有可比性。兩者的區別見表1，因此需要尋找一個可以比較的方法進行比較。
一方面當主應力方向明確時，使用應變片，應變片粘貼方向為已知主應力方向，選取與應變片粘貼位置面積等大小（根據應變片大小確定）的膜單元，用計算出的區域內的平均值進行對標；另一方面當主應力方向不明確時，使用應變花，利用應變花的特點計算出粘貼區域的von Mises值，并使用有限元分析輸出的區域平均應力進行對標。
4.2 具體操作實例
1.首先在結構表面建立一層薄膜單元，單元厚度設定為10-5mm。
3.這樣在后處理階段，粘帖應變片時，使用tensor工具，選取與粘帖位置大小相符的單元，可以得到指定方向的應力值；粘帖應變花時，可以直接讀取計算得到的表面應力。
經過多次試驗驗證，HyperWorks膜單元輸出的應力應變的特點及后處理方式的研究結果可滿足試驗對標需求，并且經試驗驗證，絕大多數測點滿足誤差要求（參照汽車行業執行10%以內的誤差要求）。
6 參考文獻
[1]熊詩波，黃長藝 《機械工程測試技術基礎》;[D].北京；機械工業出版社,2006
[2]Elmar Sdhrüfer 《電測技術(第八版)》[D].北京；電子工業出版社，2008
[3]Karl Hoffmann 《An Introduction to Measurements using Strain Gages》[D]；Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Darmstadt，19889
[4]繆華山 應變片貼片方位誤差及計算機輔助分析[J]. 浙江海洋學院學報;2001(2) 143-145
[5]李 鵬，黃 晴 測量中應變片的誤差分析[J]. 企業家天地;2008(6) 262-263.
關鍵字：HyperWorks，膜單元，對標，應力測試
0 引言
在殘酷的市場競爭下，產品的質量與成本已成為企業生存發展的生命線。而計算機仿真技術的出現，可以在沒有生產出真實物理樣機前，通過計算機仿真技術模擬樣機的工作過程，避免了傳統的設計→試制→發現問題→改進設計→再試制的重復過程，使許多設計缺陷在初期的仿真過程中就得到發現和解決，同時采用計算機仿真技術可以在短時間內嘗試和比較多種設計方案, 減少修改的盲目性。這樣，不僅提高了產品的質量，還大幅降低了產品的成本。計算機仿真技術越來越受到企業的認可和重視。然而計算機仿真技術（包括有限元、邊界元等）是數值解法，分析時，不可避免地要做各種簡化和近似，而簡化和近似的合理性關系到計算結果的準確性。因此合理的建模是仿真分析成敗的關鍵。驗證建模的合理性主要通過經驗或者與試驗結果對標來判斷；對于大型復雜結構的初次有限元分析計算，試驗對標是唯一可行的方法。為了探討此問題，文中通過對一組典型結構的應力測試對標為研究對象，來尋找可行的對標方法。
1 研究思路
工程問題中的產品結構、樣式多種多樣，而仔細分析可以發現，材料的成型機理不外乎鑄造，鍛造，焊接等，因此，為了研究不同材料成型機理的仿真對標方法，文中通過對焊接結構、鑄造結構、大型裝配體等零部件的應力測試對標為研究對象，以Altair公司的HypeWorks軟件為平臺，找出這些典型結構正確可行的仿真建模方法，并由此固化同類產品的有限元模型建模方法。
通過借鑒相關文獻，擬定對標工作的研究思路流程如下圖所示：
圖1 對標工作的研究思路流程
對標工作的三個方面內容如下圖所示：
圖2：對標工作的三個方面內容
2.1 CAE分析結果精度的提高
在建立好CAE模型后，驗證已經畫好網格的模型的變形情況是否與實際相符，驗證模型各處的應力是否有過大的地方。
①變形情況分析
觀察變形動畫，注意連接處，運動關系處變形是否與實際相符。注意連接處是否出現單元的穿透，運動紊亂等。
②應力情況分析
觀察應力云圖。是否有應力梯度變化過大的區域，是否有違反基本力學常識的區域等。
2.2試驗測量結果精度的提高
在實際測量中，為了保證測試結果的有效性，必須對影響測試精度的各因素有所了解，并采取有針對性的措施來消除它們的影響。否則會因為產生較大誤差而失去意義。
2.2.1 溫度的影響
由于溫度變化會引起電阻應變計敏感柵阻值變化而產生附加應變。因此在測試過程中有溫度變化的情況，必須考慮溫度效應的影響。一般采用溫度補償法處理。
2.2.2 貼片角度誤差的影響
由于貼片全過程為手工操作。因此實際貼片軸線可能會和預計測量方向軸線有少量誤差，這就會引入測量誤差。
通過理論計算：貼片誤差不超過5度，測試誤差不會超過5%，而實際中，貼片誤差一般不會超過5度,這個誤差可以被實際工程測試接受，因此實際操作中只要保證在粘貼應變片時盡量保持一致即可。
2.2.3. 測量現場干擾的影響
在測量時示值發生抖動，大多由于電磁干擾所引起，如導線互感、漏電、靜電感應或者現場附近有電焊機等強磁場干擾等。如發現時要先予以排除。
3 典型結構仿真與應力測試
在工業車輛產品中選取典型結構，依據上文提到的對標流程從簡到繁對結構進行應力測試，試驗時，根據所測結構的特點，利用試驗臺或者實際整車，模擬部件真實受力情況進行測試，CAE分析則根據測試實際邊界條件進行仿真。
3.1 鑄造結構仿真與應力測試
圖3 鑄造結構仿真與應力測試
圖4：焊接結構仿真與應力測試
圖5 大型裝配體仿真與應力測試
通過對典型結構的應力測試，積累了大量的試驗數據。經過數據分析進一步地完善了分析邊界，簡化了分析方法，為產品正向設計做技術準備，取得了積極的效應。
4.1 膜單元輸出應力的應用
應變片測量的是應變片粘貼相應區域的沿應變片粘貼軸線方向的表面平均應變值。而后通過計算推出應力值，而CAE分析一般關注的是Von Mises應力：即基于剪切應變能的一種等效綜合應力。而這兩者沒有可比性。兩者的區別見表1，因此需要尋找一個可以比較的方法進行比較。
表1 實驗結果和CAE分析結果的不同點
一方面當主應力方向明確時，使用應變片，應變片粘貼方向為已知主應力方向，選取與應變片粘貼位置面積等大小（根據應變片大小確定）的膜單元，用計算出的區域內的平均值進行對標；另一方面當主應力方向不明確時，使用應變花，利用應變花的特點計算出粘貼區域的von Mises值，并使用有限元分析輸出的區域平均應力進行對標。
4.2 具體操作實例
1.首先在結構表面建立一層薄膜單元，單元厚度設定為10-5mm。
圖6 建立表面膜單元
3.這樣在后處理階段，粘帖應變片時，使用tensor工具，選取與粘帖位置大小相符的單元，可以得到指定方向的應力值；粘帖應變花時，可以直接讀取計算得到的表面應力。
圖7 主應力方向明確時應力對標方法
圖8 主應力方向不明確時應力對標方法
經過多次試驗驗證，HyperWorks膜單元輸出的應力應變的特點及后處理方式的研究結果可滿足試驗對標需求，并且經試驗驗證，絕大多數測點滿足誤差要求（參照汽車行業執行10%以內的誤差要求）。
6 參考文獻
[1]熊詩波，黃長藝 《機械工程測試技術基礎》;[D].北京；機械工業出版社,2006
[2]Elmar Sdhrüfer 《電測技術(第八版)》[D].北京；電子工業出版社，2008
[3]Karl Hoffmann 《An Introduction to Measurements using Strain Gages》[D]；Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Darmstadt，19889
[4]繆華山 應變片貼片方位誤差及計算機輔助分析[J]. 浙江海洋學院學報;2001(2) 143-145
[5]李 鵬，黃 晴 測量中應變片的誤差分析[J]. 企業家天地;2008(6) 262-263.
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