技术干货

技术干货:DIC与有限元数据交互和逐点比对操作的系列教学(3)

本文为DIC与有限元数据交互和逐点比对操作的系列教学的最后一篇,主要展示了如何精确量化DIC实验测量结果与Abaqus有限元仿真预测之间差异的操作流程。其技术核心在于统一实验与仿真的坐标系系统,并在同一平台下执行精准的网格映射与数据运算,最终实现全场误差的可视化。

整体流程可总结为以下几个关键阶段:

第一步:在DIC系统中建立参考坐标系

完成DIC分析:对实验数据进行计算,得到试件表面的位移、应变等场分布。

创建坐标系:使用DIC软件中的“数据-坐标工具”或类似功能。

选择“三个点”的方式来定义坐标系:第一个点指定为坐标原点,第二个点定义 X轴方向,第三个点定义 Y轴方向。

1、DIC系统中建立坐标参考系.png

将此坐标系保存并应用于DIC数据。此举确保了DIC数据拥有一个明确且可复现的参考基准。

第二步:在Abaqus中创建对标模型

建模对齐:在Abaqus中创建模型时,关键是要使其几何原点与DIC中定义的坐标系原点对齐。在这里,出于演示目的仅保持原点对齐;在真实的试验与仿真结果差异对比时,请严格确保试样尺寸和位置完全一致。

进行常规建模操作,如不熟悉可参照该系列教学第一期文章第二部分。技术干货:DIC与有限元数据交互和逐点比对操作的系列教学(1)

2、在abaqus中创建坐标模型.png

简化仿真:由于实验载荷条件可能复杂(如异形加载),为演示起见,可在Abaqus中施加简化的边界条件(如约束XY平面内移动)和载荷(如一个简单的压力)。

运行分析:完成网格划分后,创建并提交作业进行计算,获得ODB结果文件。

3.jpg

创建匹配坐标系:在Abaqus/Visualization模块中,使用“工具”下的“创建坐标系”功能,按照与DIC中完全相同的方法建立一个完全一致的坐标系,并将其应用于结果数据。也可以将DIC数据导入有限元,在有限元可视化工具下,对齐实验与有限元网格数据的空间坐标。DIC网格数据导入有限元的方法可参照第二期内容(技术干货:DIC与有限元数据交互和逐点比对操作的系列教学(2)

第三步:数据格式转换与准备

转换ODB文件:运行转换程序,将Abaqus的ODB结果文件转换为VIC-3D可读取的VTP文件序列。(该步骤具体过程已在该系列教学第一期内详细叙述:技术干货:DIC与有限元数据交互和逐点比对操作的系列教学(1))。

查看DIC数据:在VIC-3D的Iris工作区内查看该文件。此处选择变形文件DIC-ABAQUS_1。在等高线选项卡中选择exx,屏幕中显示主应变云图。在有限元中选择E11以保持一致。

4.jpg

以同样的方式导入DIC结果。在工作区添加序列2。可以看到,上面为有限元结果,下面为DIC结果。由于图形为平面,Z轴方向不产生值。

第四步:执行差异分析计算

运行专用差值程序:使用VIC-3D内嵌的Python环境执行转换命令。输入格式为:python [文件名称].py。

根据程序提示:依次选择VIC-3D数据文件与VTP文件,此处选择的文件需与第三步中导入的文件一致。

5.jpg

指定输出路径:设置差值结果的保存位置。程序会自动完成全场的减法运算。

第五步:可视化与解读差异云图

导入差值结果:在VIC-3D的工作区中,导入上一步生成的差值结果文件。

查看误差分布:将差值序列(如“序列3”)与原始的DIC序列和Abaqus序列一同加载。

通过切换变量,可以观察到三个场:

· 下层:DIC实验测量场。

· 上层:Abaqus仿真预测场。

· 差值场:DIC数据减去Abaqus数据所得的误差分布云图。

6.jpg

分析结果:差值云图直观地显示了误差的大小与空间分布。正值区域表示实验值大于仿真值,负值区域则相反。这为校准仿真模型提供了最直接的定量依据。

7.jpg

通过以上步骤,我们成功地搭建了一座连接物理实验与虚拟仿真的桥梁,使得精确的模型验证与改进成为可能。


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