飛機駕駛艙面闆結構模型的驗證：工業案例研究
針對飛機駕駛艙面闆結構模型進行驗證，比較了預測和實驗資料的差異。
結果表明驗證過程的三個最新進展，成功地解決了實驗室間研究提出的問題。
通過該研究得出結論，增強的驗證過程可以在複雜結構的工業環境中實施，并且該模型很好地表示了使用數字圖像進行的測量相關性。
駕駛艙面闆結構模型的增強驗證過程，用于在制造商現場進行地面測試。
該過程首次在工業環境中進行，同時，對全尺寸機身機頭部分受到内部加壓載荷的影響進行了分析。
這項研究結果表明，增強的驗證過程在工業環境中得到成功實施，并為工程決策提供了有力支援。
1.方法
1.1預賽
采用圖形使用者界面 (GUI) 支援整個流程的實施。
雙盲程式由不同團隊實施，用于模組化、進行實驗和執行定量比較。
這種模拟和測量活動的隔離保證了它們的結果不互相影響。流程圖中的粗黑線代表了采取的路線。補充圖中描述了驗證過程的各個階段的子流程。
為驗證飛機機身機頭的有限元模型對加壓載荷下的變形預測的準确性，選擇測試其對機頭部分緊靠左側駕駛艙窗戶後面和附近的預測結果。
驗證過程旨在确定模型對相應實體實驗的準确表示程度，即預測機身機頭在飛行中受壓載荷時的變形。
1.2模組化與仿真
空中客車公司使用Abaqus FE商業代碼求解和後處理非線性有限元模型。
該模型包含75,528個節點和78,872個元素，主要是三維殼元素。
圖中顯示了内部壓力引起的位移預測，但未公開壓力值。針對感興趣區域，預測了高達兩倍大氣壓的内部壓力值産生的位移。
1.3實體測試
為了驗證飛機機身機頭有限元模型在加壓載荷下變形預測準确性，使用了散斑圖案和DIC系統進行實驗。
散斑圖案由白色底漆上的黑色斑點組成，而上半部分的圖案則是使用印章壓印而成的。使用了校準闆進行校準，該闆提供了DIC系統的内在和外在參數以及測量偏差場。
這些參數通過測量物體和校準目标之間的相對運動來獲得，測量系統和物體之間的内部壓力介于大氣壓力之間。
最終，使用數字圖像相關技術對計算和測量的形狀和位置進行定量比較，并生成測量偏差場。結果表明，該方法可以有效地驗證有限元模型的準确性。
2.讨論
證明解決方案對驗證計算固體模型在加壓載荷下變形預測準确性的有效性，在實驗室間研究中提出的問題上進行驗證。
通過使用QR分解處理不規則形狀的感興趣區域來可靠地比對測量和預測領域的要求。在評估任何曆史測量資料用于驗證過程之前，需要對其中繼資料進行仔細評估。
流程圖和相關GUI是這個雙盲過程的關鍵推動因素。但現有的測試物品适合進行實驗，并需要使用作為驗證過程主題的模型進行額外的模拟。
采用立體數字圖像相關法進行飛機機身有限元模型的變形預測準确性驗證。在飛機駕駛艙面闆結構模型驗證中，切比雪夫多項式不能用于不規則形狀的感興趣區域，是以使用了QR因式分解算法來重建資料。
采用專門編寫的軟體包THEON，在測量和模拟資料間進行了準确性評估，均方根分别為0.02和0.045mm。選擇系數數量遵循CEN研讨會協定提供的指南，結果顯示與測量偏差相同的數量級。
使用散斑圖案和DIC系統比較模拟和實驗資料，評估測量誤差和資料重建準确性，驗證了計算固體模型在加壓載荷下變形預測的準确性。
通過計算不确定度和驗證度量的方法，表明預測和實際測量具有極好的相似性，但随着負載的增加，可能存在一些誤差。此外，從實驗室到工業轉化的關鍵一步，但還需要解決一些實際部署中的問題。
3. 結論
驗證了計算固體力學模型在制造商現場的飛機機身地面測試中的可行性，并展示了這一驗證過程的許多進展。這些進展包括适用性評估流程、不規則形狀資料字段處理工具和驗證名額等，進一步增強了驗證過程的有效性。
結果表明，飛機駕駛艙的有限元模型能夠很好地表示在一系列壓力差下在駕駛艙窗戶附近和後部進行的測量。
4.參考文獻
1. Standard for verification and validation in computational solid mechanics, ASME V&V 10-2019. New York, NY: American Society of Mechanical Engineers, 2020.
2. Guide for verification and validation in computational solid mechanics, ASME V&V 10-2006. New York, NY: American Society of Mechanical Engineers, 2006.
