虚拟应变片关联技术

在产品开发中，仿真与测试数据的对标是验证 FE 模型准确性的关键环节。应变片是最常用的测试手段之一，而 DesignLife 的虚拟应变片功能使我们能够在仿真中提取与物理应变片相同位置、相同方向的应变数据，实现仿真与测试的精确对标。

虚拟应变片功能体现了 DesignLife 的两个强大特性：一是能够处理多轴载荷的组合效应，二是可以在用户定义的坐标系中恢复应变。在本节中，我们将使用虚拟应变片将 FE 模型结果与实测应变片数据进行关联对比。

示例文件准备

文件位于 \demo\designlife\12_VirtualStrainGauge\ 目录下：

• trailing_arm.op2 — FE 模型与结果

• wheel_force.rsp — 载荷时间历程

• measured_strain.rsp — 实测应变数据

创建分析流程

研究对象是一个冲压焊接结构件，承受三个力和三个力矩。物理测试中在感兴趣区域安装了单轴应变片。我们需要在 FE 模型相同位置定义虚拟应变片。

步骤1　拖放 trailing_arm.op2 创建 FE Input glyph，勾选 Display。

步骤2　拖放 wheel_force.rsp 创建 Time Series Input glyph，勾选 Display。

步骤3　从 DesignLife 面板添加 Virtual Strain Gauge glyph，连接输入端口。从 Display 面板添加 XY Display glyph 连接到蓝色输出端口。

定义虚拟应变片

步骤1　最大化 FEInput1，使用 Shift+左键缩放、Ctrl+左键旋转查看模型。保持 FEInput1 选中状态，点击虚拟应变片定义按钮。

步骤2　在 Strain Gauges 表单中点击 Add 打开 Gauge Configuration 表单。应变片可定义为单轴或花片（Tee、Delta、Rectangular），此处选择 Single 以模拟物理应变片。

步骤3　设置 Location 为 Element Centroid，选择 Entity ID 选项卡，输入单元 ID 2374（对应物理应变片安装位置）。在 Orientation 下选择 XYZ Vector 选项卡，设 X=1, Y=0, Z=0（沿全局 X 轴方向，与物理应变片方向一致）。

也可以使用 2 Nodes 选项沿任意两节点连线设置方向，或使用角度偏移滑块旋转应变片。完成后点击 OK 和 Close 返回。

步骤4　（可选）在 FE Input 属性的 FE Display > Model Parameters 中设 Marker Size = 20，增大应变片标记可见度。

保存虚拟应变片

使用虚拟应变片对话框的 Export 功能可将定义保存为 .asg 文本文件供日后复用。注意，虚拟应变片通过单元 ID 标识，对其他 FE 模型无意义。

配置 Virtual Strain Gauge Glyph

材料映射

步骤1　右键 VirtualStrainGauge1 选择 Edit Material Mapping（点击 Yes）。选择 Carbon Steel SAE1035_169_CON 拖到 Default Material 上，点击 OK。

载荷映射

FE 模型的载荷工况为 1000 N（非单位载荷），而实测载荷以牛顿为单位，因此需要设置 Divider = 1000 以保持单位一致。

步骤1　右键选择 Edit Load Mapping，取消 Auto-Configure，将每个通道的 Divider 改为 1000，点击 OK。

属性设置

步骤1　右键选择 Properties，确保 StrainGaugeEngine_OutputType = Strain（输出应变而非应力，因物理应变片测量应变）。

运行与关联对比

步骤1　运行流程，XY Display glyph 将显示虚拟应变片结果（微应变 vs 时间）。

步骤2　拖放 measured_strain.rsp 创建 TSInput2 glyph，连接到 XY Display 的第二个蓝色输入端口。将显示数量设为 2，重新运行。

两条时间历程从宏观来看相似，最大和最小应变分别在 375 和 -170 微应变左右。放大到 5200-5800 秒区间可以看到更细节的对比。

步骤3　使用 Overlay 按钮将两条曲线叠加显示。可以看到应变相位正确——两条曲线同相增减。如果相位一致，说明我们正确建模了载荷、极性和约束。

步骤4　使用 Cross-plot（交叉图）按钮将显示转换为散点图：横轴为虚拟应变，纵轴为实测应变。如果完全线性相关则呈一条直线，缺乏关联性则表现为随机散点。

✅ 掌握了虚拟应变片的定义和配置方法

✅ 学会了仿真与测试数据的应变片对标技术

✅ 了解了时域对比、叠加图和交叉图三种关联分析方法