怎样区分试验与仿真的关系?
早在石器时代,远古人类想要吃饱和安全,就寻找角岩与燧石,经验告诉他们,这样的石头锋利、可以生火,这是由经验体系出发、受客观规律约束,在宏观自然界材料中选择对象的过程;今天,现代的大多数人类吃饱了,但都还感到不安全、不方便,要搞出各种器械,不巧的是,这回是想上天,自然界材料的结构、功能完全不能实现人们对于飞行器的构想,貌似一切都要从无到有,来把头脑中的想法实现,这是由认知体系出发,受客观规律约束,在制造工艺(宏观与微观)层面操作,改造世界的过程。
认知体系与客观规律一旦冲突,就会导致永动机之类的乌龙,轻则白忙活、经济损失,重则人员伤亡。为了避免这种事情,人们搞出了各种手段(模型),通过这些手段来进行产品或部件级的性能预示(实际),其中就包括试验与计算,而有限元仿真就属于后者。
说到这,问题一已经很明确了,即仿真与试验都是手段,都是模型,都是为了模拟真实状态,从而更好地服务于设计构想的实现,优化产品,做出来靠谱的真东西。既然都是模型,那么它们就可能都是错的(极少数情况),也可能都是对的(少数情况),更可能一个准了,一个严重跑偏(大多数情况,需要修模)。
试验模型要求专门场地、安全措施,重复起来麻烦,露天的话还要看天气给不给力,操作周期长,费用昂贵,那为什么还要做试验?因为试验最容易接近真实状态,只要试验的制定、操作过程是实际状态到模型状态(全等或缩比)的相似映射,而这个是比较容易实现的。
仿真模型输入参数多,建模环节多,无法确保计算精度,大规模模型仿真严重耗时,那做仿真图个什么呢?原来,综合来说,仿真耗资较小、过程安全、重复性好,得到的结果全域的,想看哪里的响应就看哪里的响应,不会受制于传感器位置与数目,便捷高效,能明显缩短对产品性能预示过程。
而两者的优势互补,就是构成问题一的答案:
试验与仿真是互补关系,需要利用试验提高仿真精度(修模,建立虚拟样机),再通过创建的虚拟样机(验证与确认后的仿真模型)减少物理样机试验次数或取而代之(降低成本)。
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