飞机驾驶舱面板结构模型的验证：工业案例研究
针对飞机驾驶舱面板结构模型进行验证，比较了预测和实验数据的差异。
结果表明验证过程的三个最新进展，成功地解决了实验室间研究提出的问题。
通过该研究得出结论，增强的验证过程可以在复杂结构的工业环境中实施，并且该模型很好地表示了使用数字图像进行的测量相关性。
驾驶舱面板结构模型的增强验证过程，用于在制造商现场进行地面测试。
该过程首次在工业环境中进行，同时，对全尺寸机身机头部分受到内部加压载荷的影响进行了分析。
这项研究结果表明，增强的验证过程在工业环境中得到成功实施，并为工程决策提供了有力支持。
1.方法
1.1预赛
采用图形用户界面 (GUI) 支持整个流程的实施。
双盲程序由不同团队实施，用于建模、进行实验和执行定量比较。
这种模拟和测量活动的隔离保证了它们的结果不相互影响。流程图中的粗黑线代表了采取的路线。补充图中描述了验证过程的各个阶段的子流程。
为验证飞机机身机头的有限元模型对加压载荷下的变形预测的准确性，选择测试其对机头部分紧靠左侧驾驶舱窗户后面和附近的预测结果。
验证过程旨在确定模型对相应物理实验的准确表示程度，即预测机身机头在飞行中受压载荷时的变形。
1.2建模与仿真
空中客车公司使用Abaqus FE商业代码求解和后处理非线性有限元模型。
该模型包含75,528个节点和78,872个元素，主要是三维壳元素。
图中显示了内部压力引起的位移预测，但未公开压力值。针对感兴趣区域，预测了高达两倍大气压的内部压力值产生的位移。
1.3物理测试
为了验证飞机机身机头有限元模型在加压载荷下变形预测准确性，使用了散斑图案和DIC系统进行实验。
散斑图案由白色底漆上的黑色斑点组成，而上半部分的图案则是使用印章压印而成的。使用了校准板进行校准，该板提供了DIC系统的内在和外在参数以及测量偏差场。
这些参数通过测量物体和校准目标之间的相对运动来获得，测量系统和物体之间的内部压力介于大气压力之间。
最终，使用数字图像相关技术对计算和测量的形状和位置进行定量比较，并生成测量偏差场。结果表明，该方法可以有效地验证有限元模型的准确性。
2.讨论
证明解决方案对验证计算固体模型在加压载荷下变形预测准确性的有效性，在实验室间研究中提出的问题上进行验证。
通过使用QR分解处理不规则形状的感兴趣区域来可靠地匹配测量和预测领域的要求。在评估任何历史测量数据用于验证过程之前，需要对其元数据进行仔细评估。
流程图和相关GUI是这个双盲过程的关键推动因素。但现有的测试物品适合进行实验，并需要使用作为验证过程主题的模型进行额外的模拟。
采用立体数字图像相关法进行飞机机身有限元模型的变形预测准确性验证。在飞机驾驶舱面板结构模型验证中，切比雪夫多项式不能用于不规则形状的感兴趣区域，因此使用了QR因式分解算法来重建数据。
采用专门编写的软件包THEON，在测量和模拟数据间进行了准确性评估，均方根分别为0.02和0.045mm。选择系数数量遵循CEN研讨会协议提供的指南，结果显示与测量偏差相同的数量级。
使用散斑图案和DIC系统比较模拟和实验数据，评估测量误差和数据重建准确性，验证了计算固体模型在加压载荷下变形预测的准确性。
通过计算不确定度和验证度量的方法，表明预测和实际测量具有极好的相似性，但随着负载的增加，可能存在一些误差。此外，从实验室到工业转化的关键一步，但还需要解决一些实际部署中的问题。
3. 结论
验证了计算固体力学模型在制造商现场的飞机机身地面测试中的可行性，并展示了这一验证过程的许多进展。这些进展包括适用性评估流程、不规则形状数据字段处理工具和验证指标等，进一步增强了验证过程的有效性。
结果表明，飞机驾驶舱的有限元模型能够很好地表示在一系列压力差下在驾驶舱窗户附近和后部进行的测量。
4.参考文献
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.
