[发明专利]用于校准数学模型的方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及元件设计，更准确地说，本发明涉及构筑元件模型的更精确和有效的方法。

发明背景

当前用于优化元件的设计的最佳方法是通过使用计算机辅助工程(“CAE”)。传统的CAE方法通常利用有限元分析(“FEA”)，而FEA又是以计算机部件的模型为基础的。

目前，CAE方法通常依赖于通过一个计算机仿真运行的理论数学模型。分析的结果只是与该模型一样准确。模型的精确度通常是一个工程师投入到创建这个模型的时间、精力和技术的一个函数。模型的精确度也依赖代码的精确度和原有的假设。

一旦该模型完成，通常必须将它校准到它表示的实际的具体设备，以便产生逼真的故障模式和耐久性预测。通过在一个实体模型上使用应变仪，校准通常依赖离散点收集的数据。校准所依赖的该“应变仪方法”的模型经常是不精确的。应变仪的尺寸、方向以及位置是导致不精确的主要原因。将应变仪安装在某一具有高的应力集中的表面(凹面、孔等)上有时是很困难的以及用来测量在某一环境(例如，高的应变梯度)诱发的应变有时是不切实际的。应变仪通常是指“点测量传感器”。应变仪网格线只测量在它的应用方向中和在它的位置上的变形元件。它只报告在由应变仪占有的区域上测量到的变形的平均值。由于应变仪测量在离散点上的应变，对应变仪位置的少量选择可能分布的不精确。基于具有奇数几何结构的三维部件的应变仪的外推法也能导致一个不精确的模型。另外，大部分的应变仪装置会占用工程师和技术员的宝贵的时间。

发明内容

因此，希望提供一种用来校准和验证数学模型的方法，该方法更快、更灵活、更精确、很少依靠技术员的技术以及比传统的方法更便宜。

通过提供一个用于精确地为元件制作模型的改进方法，本发明克服了在先技术方法的缺点。

在本发明的一个实施例中，公开了一个用于校准一个数学模型的方法。该方法使用一种能够对表面应变梯度提供全场光学指示的材料来覆盖一个元件。此后将一组负载施加于所述元件。一旦诱发出机械应变，就能察觉到该应变的梯度光学指示，因此获得一个模型应变结果图。然后将模型应变结果与实际的结果进行比较。因此，计算一组新的临界状态并用来生成实质上等于该实际的应变值的模型应变结果。

在本发明的另一个实施例中，利用该方法来优化元件设计。在如上校准了该数学模型后，当遇到应力时，通过该模型能运行用于一个特定的元件的多种设计来获得每一个设计性能精确的测量。基于这些结果，能够由用户或制造商选择一个满足特定需要的特定设计。

在本发明的另一个实施例中，公开了一个用于将实验数据映射到三维计算机模型的一个计算机系统。该计算机系统利用一个处理器和一个摄影机。该系统进一步利用一个用于接收基于实验结果的软件程序。然后软件程序将该数据从实际结果映射到一个三维的计算机模型上。

附图的简单说明

本发明的这些和其它方面从以下结合附图的说明将变得更为清晰，其中

图1是描述该方法的最佳实施例的流程图，该方法使用一个应变灵敏涂层来校准数学模型、以及通过使用校准的数学模型来优化元件设计。

图2是表示该方法的最佳实施例的缩写版本的流程图，该方法使用一个应变灵敏涂层来校准一个数学模型、以及通过使用校准的数学模型来优化元件设计。

图3示出了一个用来将实验结果映射到一个分析的计算机辅助制图(“CAD”)网络模型的系统。

最佳实施例的说明

现在参照附图，图1示出了一个用于校准一个数学模型和优化一个元件的设计的方法的最佳实施例。

参照图1，第一步骤10要求建立一个实际元件的原型以便进行分析。该元件的原型只受一个制造商的想象和需要的限制。换句话说，希望用于优化一个数学模型的以下的方法不受元件的大小和形状的限制。

步骤20涉及在步骤10的原型元件上运行实际应变试验，目的是开发一种全场的测量。当该元件遇到应力时，全场测量反映在连续的点上元件的测量。存在几个全场测量技术，包括但不限于：波纹的干涉测量法、几何波纹、SPATE、斑点法、全息干涉测量法、脆性和光弹性涂层和数字图像相关。这些技术在本领域是公知的。用于在该最佳实施例中执行这些实际应变测试的方法包括应变灵敏涂层(SSC)的使用。