连杆结构数字孪生体实现之降阶模型

连杆载荷识别ROM生成

将连杆试验中获得的应变片测试应变数据和利用True-Load识别出的真实载荷历程，导入ANSYS Twin Builder 的 Response Surface ROM模块中，基于Response Surface Method(RSM)理论，生成载荷识别ROM。

  Response Surface Method即响应面设计，其基本思想为选定多项式函数作为实际响应函数的近似形式，然后再通过一系列实验样本点来确定近似函数中的多项式系数。通过合理地选取实验样本点和迭代策略，来保证近似响应函数能够收敛于真实的响应函数。

图2 连杆载荷识别ROM

连杆应力/变形场Static ROM生成

在ANSYS Mechanical中插入 Static Structural，首先设置ACT插件StaticROM Pre，利用DOE试验建立多组试验载荷数据作为训练样本，求解并存储载荷数据、应力和变形结果、节点坐标等信息。将上述数据导入ANSYS Twin Builder中的Static ROM Builder模块，依据奇异值分解Singular Value Decomposition(SVD)方法压缩连杆3D模型训练数据，针对选定的训练数据，程序会自动给出满足精度的矩阵压缩阶数，并结合Response Surface Method (RSM)方法生成连杆应力/变形场Static ROM。

 其中DOE试验样本的生成采用拉丁超立方抽样法(Lath Hypercube Sampling Design)，该方法是一种从多元参数分布中近似随机抽样的方法，属于分层抽样技术。

图3 多组连杆应力/变形训练数据生成

图4 连杆训练数据压缩

图5 连杆Static ROM导出

连杆变形Static ROM精度检验本

连杆Static ROM生成后，在图6所示界面设置F1X，F1Y，F2X，F2Y的载荷输入值，查看连杆云图显示变形结果。同时将该组载荷数据加载到有限元模型并求解变形。两种方法计算出的最大变形结果（如下图6所示）非常接近，证明连杆变形Static ROM所计算结果具有良好的精度。

图6连杆变形Static ROM精度检验

小结

本文介绍了联合利用ANSYS Mechanical和ANSYS Twin Builder建立连杆载荷识别ROM和应力/变形场Static ROM的过程，包括利用DOE试验生成多组连杆训练数据，利用响应面法(RSM)生成载荷识别ROM，利用奇异值分解法(SVD)和响应面法(RSM)生成Static ROM等。实现了连杆三维有限元模型降阶为一维数学模型(ROM)，为建立连杆数字孪生体模型创建了基本的仿真计算数学模型。

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