CAE仿真结果准确性怎么判定
目前CAE仿真已经广泛应用在各个行业，CAE仿真结果的准确性判定是一个复杂且关键的过程，涉及多个方面。需要综合运用多种方法进行交叉验证和评估：
一、 验证与确认
这是判定准确性的基石：
验证：我们是否正确地构建了模型？
目的：
检查数学模型（方程、算法）的求解过程是否正确，软件实现是否有误。 方法：
网格收敛性研究：这是最基础也是最重要的步骤！
系统地加密网格（包括单元尺寸、边界层网格、局部加密等），观察关键结果（如最大应力/位移、流量、温度等）是否趋于稳定或达到可接受的收敛水平。结果随网格加密变化很大，说明结果不可信。 单元测试：
检查单个单元或简单组合在不同载荷下的行为是否符合预期（如常应力、常应变）。 能量/质量守恒检查：
在流体动力学或显式动力学中，检查计算域内总能量或质量是否守恒（考虑流入流出边界），误差应在合理范围内。 求解器验证（
选择专业的仿真软件）：使用具有精确解析解或基准解的简单问题来测试软件求解器。例如：悬臂梁的弯曲、二维层流管道流动、一维热传导等。比较仿真结果与理论解/基准解的差异。 确认：模型是否准确地模拟了现实使用工况？
目的：
评估计算模型及其结果在多大程度上能够准确地预测实际物理系统的行为。 与实验数据对比
可靠的实验测试数据：
尽可能在可控条件下进行物理实验，测量关键参数（如位移、应变、应力、压力、速度、温度、固有频率、模态振型、变形模式、失效载荷等）。 测量点匹配：
确保仿真中提取结果的点/区域与实验中传感器的位置精确对应。 工况一致性：
仿真输入的载荷、边界条件、材料属性、环境条件等必须与实验设置严格一致。 量化误差：
计算仿真结果与实验测量值之间的差异（如百分比误差、均方根误差、相关系数等）。需要定义可接受的误差范围（这取决于工程应用的风险和精度要求）。 趋势一致性：
不仅看绝对值，更要看参数变化时（如载荷增加、速度变化）仿真和实验结果的趋势是否一致。 替代方法（当实验困难或昂贵时）：
与更高精度模型对比：
比如将简化模型的结果与更详细、更复杂的模型（如3D模型 vs 2D模型、全模型 vs 子模型）进行对比。 与公认的基准案例对比：
使用行业内广泛接受的标准测试案例结果进行对比。 与经验公式/行业规范对比：
将结果与成熟的理论公式、经验图表或行业设计规范（如压力容器设计标准、建筑结构规范）的计算结果进行对比，看是否在合理范围内。 专家评审：
依赖领域专家的经验判断结果的合理性（例如，应力分布模式是否合理？变形趋势是否符合预期？流动分离位置是否可信？）。这有一定主观性，但非常宝贵。
二、 模型输入参数的敏感性与不确定性分析
敏感性分析：
系统地改变关键输入参数（如材料属性、摩擦系数、边界条件、载荷大小/分布、几何细节、网格参数），观察这些变化对关键输出结果的影响程度。高度敏感的参数需要更精确的输入数据，并且是潜在的主要误差来源。 不确定性量化：
考虑输入参数本身的不确定性（如材料性能的分散性、载荷的随机性、几何制造公差），通过概率方法（如蒙特卡洛模拟）评估这些不确定性如何传递并影响输出结果的不确定性范围。结果应表述为一个范围（如±X%）而非单一值。
三、 模型内在一致性与物理合理性检查
是否符合基本物理定律？
检查结果是否违背了常识或基本物理原理： 1)能量是否守恒？ 2)动量是否守恒？ 3)变形是否连续？ 4)应力奇异点是否合理（通常由几何尖角或载荷集中点引起，需要谨慎解读）？ 5)流体是否从高压流向低压？ 6)温度分布是否符合热力学第二定律？
结果分布模式是否合理？
应力/应变/温度/压力/速度场的分布是否符合预期？例如：
1)对称结构在对称载荷下，结果是否对称？
2)应力集中是否发生在预期的几何不连续处？
3)流体流动路径是否符合流道形状？
4)温度梯度方向是否符合热源/冷源位置？
量级是否合理？
关键结果的数值大小是否在预期的数量级范围内？例如，计算出的金属结构应力是几个MPa还是几百GPa？后者显然不合理。
四、 软件使用与建模过程的可靠性
模型简化是否合理？
忽略的细节是否对关心的结果影响很小？简化假设是否明确且合理？ 单元类型与阶次选择是否合适？
例如，弯曲问题是否使用了足够阶次的单元或考虑了剪切锁定的问题？ 材料模型是否准确？
选择的材料本构模型（线弹性、弹塑性、超弹性、蠕变、粘弹性、非牛顿流体等）是否能真实反映材料在实际工况下的行为？材料参数是否准确（来源可靠、测试条件匹配）？ 边界条件与载荷施加是否准确？
这是非常常见的误差来源。
1)约束是否真实反映了实际固定情况？（过约束/欠约束）
2)载荷的大小、方向、分布是否准确？（特别是复杂的接触力、压力分布）
3)接触定义是否正确？（接触对选择、摩擦系数、接触算法设置）
4)对于瞬态问题，初始条件是否合理？
求解设置是否合理？
如求解器类型选择、收敛容差设置、时间步长（显式动力学）、迭代次数等是否足够保证求解精度和稳定性？
总 结：判定准确性的流程建议
网格收敛性研究：
确认结果对网格密度不敏感。 模型检查：
仔细检查几何、材料属性、载荷、边界条件、接触设置等输入是否正确无误，物理上是否合理。 内在一致性检查：
观察结果云图、动画、关键点数据，是否符合物理直觉和基本定律。 验证：
通过解析解或基准案例验证求解器和建模方法。 敏感性分析：
识别关键输入参数，了解其对结果的影响。 确认：尽可能进行实验对比。
如果实验不可行，则寻求与高精度模型、基准案例、经验公式或专家判断进行对比。 不确定性评估（若需要）：
量化关键输入的不确定性对结果的影响。 记录与报告：
清晰记录所有步骤、假设、对比结果、发现的差异及原因、最终结论。
总的来说，判定CAE仿真结果的准确性是一个需要严谨态度、系统方法和丰富经验的过程。核心在于通过验证确保模型求解正确，通过确认（特别是实验对比）确保模型反映现实，并结合敏感性分析、内在合理性检查和不确定性评估，综合判断结果的可信度和适用范围。
