仿真技术新视角：探索效率、精度与质量的最佳实践

6月前浏览317

最近后台有位小伙伴反馈，说今年领导要求，仿真效率和仿真质量必须要提升，即在提升仿真效率的同时，需要同步确保仿真精度，问我有没有好的方法和经验传授。

当我看到这个问题的时候，我心里立即产生了“共振”，因为近几年我一直在做这块，并且做的可以，取得了一定的效果。很多小伙伴反馈得到了实惠，所以我想想也有必要结合自己的项目经验和仿真心得谈一谈这个话题。

其实做仿真的心里都有这么一个谱，那就是“会”仿真之后，怎么确保仿真精度和仿真质量？其实这是两个话题，仿真精度顾名思义就是仿真的结果与试验之间的差异，有人说1%，也有人说5%，也有人说10%，甚至有人说没有答案......

我们知道仿真是物理世界的虚拟再现，即仿真是模仿真实的世界，既然是模仿那就存在主观和客观的误差，主观就是将真实的世界转化成虚拟世界的真实程度，由于真实世界总是存在“公差”、“偏差”等之类的因素，如零件的厚度实际是存在正负偏差的，在满足装配精度和使用功能的前提下，兼顾成本情况下，这也是允许的，也是必然的，否则成本会太高，不适合实际工程。仿真由于没有充分考虑这些公差或偏差，仿真出的结果会比较理想化，但是在此情况下仿真结果和试验会存在一定偏差，这是正常的。如果仿真与试验完全吻合，曲线完全吻合，相反说明这个仿真可能“不是正常的”，这句话大家可以再理解其中的含义。

既然如此，通俗上讲的仿真精度就是在此情况下产生的，不同的工况精度当然会不一样，如模态精度通常5%以内，静力学精度通常在5-10%以内，动力学精度通常会确保曲线的趋势和峰值，以及峰值两侧的斜率基本一致，此时整体精度可达到10%甚至5%左右，此时仿真基本上可以再现试验现象和风险点，基本上达到了仿真精度的要求，如下所示：

表1某白车身模态对标分析结果

阶次	模态振型	CAE (Hz)	Test (Hz)	GAP (Hz)
1	火柴盒模态	27.43	27.01	1.55%
2	一阶扭转模态	29.46	29.33	0.44%
3	前端横摆模态	31.18	32.62	-4.41%
4	前端垂向模态	33.05	31.97	3.38%
5	一阶弯曲模态	37.05	37.13	-0.22%

对于仿真质量，包括仿真精度、仿真效率、仿真模型的通用性和标准化程度以及仿真经验的数据库等。也就是说仿真质量对整个仿真模型提出了更高的要求，对仿真工程师提出了新的高度和使命，这也是仿真工程师毕生努力的方向。

仿真效率是很多企业，特别是仿真领导所重点关注的一项重要内容。如正常一项锂电池包振动仿真，包括建模、分析和优化，大概需要5天时间，而在新时代情况下要求3天完成，此时就需要掌握高效的仿真方法和工具，否则很难实现。

图2 某模态轮胎超单元缩减结果

左图为非线性轮胎垂向模态21.484Hz，右图为缩减模态轮胎21.48Hz

如某一锂电池包整车振动仿真采用超单元方法后计算时间由4小时降至31分钟，即降幅达到87.32%左右，效率提升明显。

表2 某锂电池振动分析结果对比

如某一锂电池包整车柱碰仿真采用超单元方法后计算时间由76905s降至15017，即降幅达到80.47%，仿真效率超大幅度提升。

表3 某锂电池完整与超单元计算结果对比（16ms）

名称	完整模型	超单元模型	差值
单元数量/个	2373633	415356	-82.50%
最大柱碰力/kN	554.927	542.885	-2.17%
模组挤压力/kN	73.573	75.046	2.00%
边梁最大应力/MPa	364.215	364.357	0.04%
边梁最大位移/mm	99.182	99.012	-0.17%
计算时间/s	76905	15017	-80.47%