用于材料模型的基于稳定性的约束数值校准的系统和方法技术方案

计算机仿真系统被配置为向用户显示允许用户导入实验测试数据的图形用户界面，识别包括在材料模型校准期间将要校准的一个或多个参数的材料模型，执行迭代优化过程以校准材料模型，迭代优化过程使用优化算法，该优化算法在一个或多个预定应变范围上实施基于德鲁克的稳定性标准的约束以生成校准的材料模型，基于来自用户的输入，将校准的材料模型分配给仿真模型的组件，该组件的真实世界等同物由物理材料制成，并执行包括该组件的仿真，在仿真期间该仿真使用稳定的材料模型和稳定的参数集来仿真真实世界等同物的响应。

【技术实现步骤摘要】
用于材料模型的基于稳定性的约束数值校准的系统和方法
技术介绍
本公开总体上涉及仿真系统，并且更具体地，涉及用于在计算机仿真中对材料模型进行基于稳定性的约束数值校准的系统和方法。材料本构模型是试图在计算机仿真软件系统中复制真实材料的行为的数学模型。这种材料模型代表了仿真软件系统的重要方面。材料本构模型可用于仿真涉及材料的简单组件(例如，车辆底盘的组件)，或者更复杂的组装件(例如整个车辆底盘)。一些已知的系统使用从真实世界的测试获得的实验数据来生成用于特定材料的材料本构模型。真实材料通常在特定负载条件下在实验室中进行测试。在此类测试中，由真实材料制成的样本经受一种或多种变形模式，例如单轴变形，双轴变形，平面变形，简单剪切变形或体积变形，其中变形可能是拉伸或压缩。在这些测试条件下，真实材料的响应可被记录为一系列的应变和应力值对，代表实验应变-应力数据集。这种实验收集的数据集通常不会直接用于数值仿真中。相反，将选择特定的数学材料模型用于仿真，并且使用实验应变-应力数据集来校准数学材料模型的材料参数，以便近似地在数值上复制实验数据。一种常见的方法是从对数学本构响应的参数的初始猜测开始，并进行迭代以最小化仿真的响应和相应的实验数据之间的误差。一些系统可能使用数值优化算法来迭代地最小化模型与实验数据之间的误差。然而，这种已知的仿真软件系统可能生成不稳定的材料模型。例如，用于橡皮筋的材料模型对于该橡皮筋处于其自然长度的两倍的变形可能会成功地完成，但是该模型对于超过橡皮筋长度三倍的变形可能是不稳定的。当用户(例如工程师，科学家)在仿真软件系统中执行使用不稳定材料模型的组件仿真时，仿真可能不会成功(例如可能无法运行完成)。用户可能会想知道为什么仿真没有成功，这要求用户在潜在地发现不稳定的材料模型导致故障之前调查各种故障可能性。即使用户被告知材料模型不稳定，该信息也不一定会在更大的仿真中暗示材料模型，也不会提供解决方案，而只是提供可能导致故障的一个线索。需要一种用于为仿真软件系统提供稳定的材料本构模型的系统和方法。
技术实现思路
在一方面，提供了一种计算机仿真系统。该计算机仿真系统包括存储实验测试数据集的存储器。实验测试数据集包括在真实世界实验期间经受一种或多种变形模式的物理材料样品的实验获得的应力-应变数据。该计算机仿真系统还包括处理器，该处理器被配置为执行存储在存储器中的指令。当由处理器执行时，指令使处理器至少向用户显示被配置为允许用户导入实验测试数据集的图形用户界面。该指令还使处理器接收用于材料模型校准的测试数据集的标识。指令进一步使处理器识别材料模型。材料模型包括在材料模型校准期间将要校准的参数集中的一个或多个参数。参数集以初始参数值集开始。该指令还使处理器执行迭代优化过程以校准材料模型。迭代优化过程使用优化算法，该优化算法在一个或多个预定应变范围上实施基于德鲁克的稳定性标准的约束。指令进一步使处理器终止迭代优化过程。优化过程生成校准的材料模型。指令还使处理器基于来自用户的输入将校准的材料模型分配给仿真模型的组件。组件的真实世界等同物由物理材料制成。指令还使处理器执行包括组件的仿真。在仿真期间该仿真使用稳定的材料模型和稳定的参数集来仿真真实世界等同物的响应。在另一方面，提供了一种校准在计算机仿真中使用的材料模型的方法。该方法由具有存储器的处理器执行。该方法包括在存储器中存储实验测试数据集。实验测试数据集包括在真实世界实验期间经历一种或多种变形模式的物理材料样品的实验获得的应力-应变数据。该方法还包括向用户显示被配置为允许用户导入实验测试数据集的图形用户界面。该方法还包括接收用于材料模型校准的测试数据集的标识。该方法还包括识别材料模型。材料模型包括在材料模型校准期间将要校准的参数集中的一个或多个参数。参数集以初始参数值集开始。该方法还包括执行迭代优化过程以校准材料模型。迭代优化过程使用优化算法，该优化算法在一个或多个预定应变范围上实施基于德鲁克的稳定性标准的约束。该方法还包括终止迭代过程。迭代过程生成校准的材料模型。该方法还包括基于来自用户的输入将校准的材料模型分配给仿真模型的组件。该组件的真实世界等同物由物理材料制成。该方法还包括执行包括该组件的仿真。在仿真期间该仿真使用稳定的材料模型和稳定的参数集来仿真真实世界等同物的响应。在另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上体现有计算机可执行指令。当由至少一个处理器执行时，计算机可执行指令使处理器在存储器中存储实验测试数据集。实验测试数据集包括在真实世界实验期间经受一种或多种变形模式的物理材料样品的实验获得的应力-应变数据。计算机可执行指令还使处理器向用户显示图形用户界面，该图形用户界面被配置为允许用户导入实验测试数据集。该计算机可执行指令还使处理器接收用于材料模型校准的测试数据集的标识。该计算机可执行指令还使处理器识别材料模型。材料模型包括在材料模型校准期间将要校准的参数集中的一个或多个参数。参数集以初始参数值集开始。该计算机可执行指令还使处理器执行迭代优化过程以校准材料模型。迭代优化过程使用优化算法，该优化算法在一个或多个预定应变范围上实施基于德鲁克的稳定性标准的约束。该计算机可执行指令还使处理器终止迭代过程。迭代过程生成校准的材料模型。计算机可执行指令还使处理器基于来自用户的输入将校准的材料模型分配给仿真模型的组件。组件的真实世界等同物由物理材料制成。计算机可执行指令还使处理器执行包括该组件的仿真。在仿真期间该仿真使用稳定的材料模型和稳定的参数集来仿真真实世界等同物的响应。附图说明图1-8示出了本文描述的方法和系统的示例性实施例。图1是示例仿真系统的图，该示例仿真系统包括材料校准模块，该材料校准模块用于使用基于稳定性的约束数值校准来生成材料模型。图2是示出图1所示的材料校准模块的各个子模块的图。图3是用于使用基于稳定性的约束数值校准来生成材料模型的示例校准过程的流程图。图4是在没有稳定性约束的情况下在校准过程中由材料校准模块提供的图形用户界面的示例视图的图示。图5是图4所示的图形用户界面的另一示例视图的图示，其包括在无约束校准过程中由材料校准模块提供的稳定性指示器(indicator)面板。图6是在校准过程期间由材料校准模块提供的图形用户界面的示例视图的图示，其包括本文所述的稳定性约束考虑。图7示出了图6所示的示例在用户102已经执行了稳定性受约束的校准过程之后的图示。图8是图7所示的图形用户界面的另一示例视图的图示，其包括在稳定性受约束的校准过程之后的稳定性指示器面板。具体实施方式以下详细描述通过示例而非限制的方式示出了本公开的实施例。可以预期，本公开内容普遍应用于具有材料模型的计算机仿真。仿真系统提供了材料校准模块和相关方法，如本文所述，其确定了用于仿真特定真实世界材料的稳定材料模型。在材料模型校准期间，材料校准模块确定基础材料本构模型的参数值，以便将生成的(resulting)材料模型(“校准的材料模型”)配置为在某些应变范围上是稳定的。在配置期间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算机仿真系统，包括：/n存储器，其存储实验测试数据集，所述实验测试数据集包括在真实世界实验期间经受一种或多种变形模式的物理材料样品的实验获得的应力-应变数据；以及/n处理器，其被配置为执行存储在所述存储器中的指令，所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器至少：/n向用户显示被配置为允许所述用户导入所述实验测试数据集的图形用户界面；/n接收用于材料模型校准的测试数据集的标识；/n识别材料模型，所述材料模型包括在所述材料模型校准期间将要校准的参数集中的一个或多个参数，所述参数集以初始参数值集开始；/n执行迭代优化过程以校准所述材料模型，所述迭代优化过程使用优化算法，所述优化算法在一个或多个预定应变范围上实施基于德鲁克的稳定性标准的约束；/n终止所述迭代优化过程，所述优化过程生成校准的材料模型；/n基于来自所述用户的输入，将所述校准的材料模型分配给仿真模型的组件，所述组件的真实世界等同物由所述物理材料制成；以及/n执行包括所述组件的仿真，在所述仿真期间所述仿真使用稳定的材料模型和稳定的参数集来仿真所述真实世界等同物的响应。/n

【技术特征摘要】
20181228 US 16/2354241.一种计算机仿真系统，包括：
存储器，其存储实验测试数据集，所述实验测试数据集包括在真实世界实验期间经受一种或多种变形模式的物理材料样品的实验获得的应力-应变数据；以及
处理器，其被配置为执行存储在所述存储器中的指令，所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器至少：
向用户显示被配置为允许所述用户导入所述实验测试数据集的图形用户界面；
接收用于材料模型校准的测试数据集的标识；
识别材料模型，所述材料模型包括在所述材料模型校准期间将要校准的参数集中的一个或多个参数，所述参数集以初始参数值集开始；
执行迭代优化过程以校准所述材料模型，所述迭代优化过程使用优化算法，所述优化算法在一个或多个预定应变范围上实施基于德鲁克的稳定性标准的约束；
终止所述迭代优化过程，所述优化过程生成校准的材料模型；
基于来自所述用户的输入，将所述校准的材料模型分配给仿真模型的组件，所述组件的真实世界等同物由所述物理材料制成；以及
执行包括所述组件的仿真，在所述仿真期间所述仿真使用稳定的材料模型和稳定的参数集来仿真所述真实世界等同物的响应。


2.根据权利要求1所述的计算机仿真系统，其中，所述指令还使所述处理器：
在所述图形用户界面中显示稳定性校准窗格，所述稳定性校准窗格允许所述用户在所述迭代过程中启用或禁用稳定性约束违反确定。


3.根据权利要求1所述的计算机仿真系统，其中，所述指令还使所述处理器：
在所述图形用户界面中显示稳定性校准窗格，所述稳定性校准窗格允许所述用户识别在稳定性约束违反确定期间使用的范围，所述范围标识将要在其中针对稳定性来评估所述材料模型的值范围。


4.根据权利要求1所述的计算机仿真系统，其中，所述图形用户界面还允许所述用户选择所述实验测试数据集作为导入的数据的子集。


5.根据权利要求1所述的计算机仿真系统，其中，所述参数集在每次迭代时具有当前参数值集，其中，所述迭代优化过程的每次迭代包括：
用目标函数来评估所述材料模型在所述当前参数值集处的响应，从而生成材料模型响应与所述测试数据集之间的误差；
基于所述误差，计算用于所述材料模型的更新的参数值集；
确定具有更新的参数集的所述材料模型违反稳定性约束；
在确定稳定性约束违反后，将惩罚函数应用于所述目标函数以生成将要在下一次内部迭代使用的修改的目标函数；以及
当具有所述更新的参数集的所述材料模型不违反所述稳定性约束时，针对所述优化过程的当前迭代终止约束违反过程。


6.根据权利要求5所述的计算机仿真系统，其中，确定具有更新的参数集的所述材料模型违反稳定性约束包括：确定所述材料模型的材料刚度矩阵是正定的。


7.根据权利要求6所述的计算机仿真系统，其中，确定所述材料模型的材料刚度矩阵是正定的包括：使用西尔维斯特标准。


8.一种校准在计算机仿真中使用的材料模型的方法，所述方法由具有存储器的处理器执行，所述方法包括：
在所述存储器中存储实验测试数据集，所述实验测试数据集包括在真实世界实验期间经受一种或多种变形模式的物理材料样品的实验获得的应力-应变数据；
向用户显示被配置为允许所述用户导入所述实验测试数据集的图形用户界面；
接收用于材料模型校准的测试数据集的标识；
识别材料模型，所述材料模型包括在所述材料模型校准期间将要校准的参数集中的一个或多个参数，所述参数集以初始参数值集开始；
执行迭代优化过程以校准所述材料模型，所述迭代优化过程使用优化算法，所述优化算法在一个或多个预定应变范围上实施基于德鲁克的稳定性标准的约束；
终止所述迭代过程，所述迭代过程生成校准的材料模型；
基于来自所述用户的输入，将所述校准的材料模型分配给仿真模型的组件，所述组件的真实世界等同物由所述物理材料制成；以及
执行包括所述组件的仿真，在所述仿真期间所述仿真使用稳定的材料模型和稳定的参数集来仿真所述真实世界等同物的响应。


9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
在所述图形用户界面中显示稳定性校准窗格，所述稳定性校准窗格允许所述用户在所述迭代过程中启...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·科约卡鲁，J·C·沃勒维尔，T·O·达尔林普尔，
申请(专利权)人：达索仿真系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US