[发明专利]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

说明书

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。

背景技术

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。

发明内容

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。