一种用于各种大量力学计算结果的比较方法

摘要

本发明涉及一种力学计算结果验证技术，具体涉及一种用于各种大量力学计算结果的比较方法。该方法将各种结果转换为统一单位下的结果，并用曲线的形式进行比较。绘制曲线时，对每组结果使用一种颜色，并且将各组结果都按照一个可以比较的系数缩放到一个相同的比例尺下。用不同颜色代表不同组的结果曲线，在一起绘出多组相同缩放系数的结果曲线。本发明对计算结果的验证非常高效，可以立刻得到多组结果的宏观计算结果差异，可以立刻判断出计算结果是否一致。

说明书

技术领域

本发明涉及一种力学计算结果验证技术，具体涉及一种用于各种大量力学 计算结果的比较方法。

背景技术

以往国际上的各个力学计算程序开发时，在进行计算前均已知应该得到的 结果是多少。在完成程序开发后，将自己得到的结果与目标结果进行比较，以 确认程序的正确性。

这个工作一般都是用表格形式给出的，其中包括目标结果，以及实际计算 的结果。由此表格的比较以得到计算结果正确与否的结论。实际验证报告中还 会有误差分析等内容。对于力学计算结果内容各不相同，如有位移，其输出单 位是长度单位，如米；对于力，其单位可以是牛顿；还有应力等等。由于单位 制的原因，还由于不同程序的结果输出顺序不同，对计算一个题目的多个程序 计算结果的比较还要对不同程序的输出内容按照一个相同的顺序进行重新排 序，只有这样，才可以对结果进行有效的比较。

用表格形式给出的比较分析，不容易很快得到计算结果的一致与否，也不 易得到宏观的结果差距概念。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种用于各种大量力学计 算结果的比较方法，将用多个程序计算一个题目的各组结果转换为统一单位 下的结果，并用曲线的形式进行比较，得到多组结果的宏观计算结果差异， 实现计算结果的高效验证。

本发明的技术方案如下：一种用于各种大量力学计算结果的比较方法， 包括如下步骤：

（1）针对各个计算程序的计算内容，对计算结果的输出顺序进行统一；

（2）确定进行比较所要求的坐标方向和结果单位制，将各个计算程序的 计算结果向此坐标方向和单位制上进行转换，同时得到各计算结果中的每个 节点的变量个数ndc；

（3）对步骤（2）得到的各组转换过的结果进行分析，找出各组结果中 的最大值maxi，最小值mini，确定所有组中结果的最大取值范围rang，以 及各组结果中的最大节点个数Nmaxi，计算得到所有组中结果的最大点数Nd；

（4）在直角坐标系下，确定需要绘制的曲线的绘制范围，求出绘制结果 点的比例系数fact；

（5）在直角坐标系下，选定一个与每组结果对应的颜色绘制结果曲线， 对每个节点的结果按照垂直方向值考虑步骤（4）求出的比例系数fact进行 缩放处理，水平方向上用该节点的分量数k、该节点数Nj和节点的变量个数 ndc和步长dx计算具体位置，绘制曲线；一组的一种计算结果曲线绘制完成 后，再开始用另外一种设定的颜色，用同样的方法绘制另一组结果对应计算 结果曲线，实现各组曲线的差异比较。

进一步，如上所述的用于各种大量力学计算结果的比较方法，步骤（2） 中将绘曲线图坐标的水平方向设定为计算结果各节点的每个变量位置，将绘 图坐标的垂直方向设定为计算结果的大小；计算结果要在相同单位下表示， 如位移用米，力用牛顿，力矩用牛顿米，不是这些单位的计算结果要全部转 换到这些单位下

进一步，如上所述的用于各种大量力学计算结果的比较方法，步骤（3） 中所述的所有组中结果的最大取值范围rang=max（rangi），rangi是指各组 计算结果的取值范围，rangi=maxi-mini，其中，i代表组数；

所述的所有组中结果的最大点数Nd=max(Nmaxi)*ndc。

更进一步，如上所述的用于各种大量力学计算结果的比较方法，步骤（2） 中，对于位移的计算结果，所述的每个节点变量个数ndc的取值为3；对于 单元内力的计算结果，所述的每个节点变量个数ndc的取值为6。

更进一步，如上所述的用于各种大量力学计算结果的比较方法，步骤（4） 中所述的比例系数fact=（垂直绘制范围）/rang。

更进一步，如上所述的用于各种大量力学计算结果的比较方法，步骤（5） 中所述的步长dx=（水平绘制范围）/Nd。

更进一步，如上所述的用于各种大量力学计算结果的比较方法，步骤（5） 中每个节点的结果缩放到垂直方向的值y=(rj-mini)×fact，其中，rj为缩 放前该节点的计算值。

更进一步，如上所述的用于各种大量力学计算结果的比较方法，步骤（5） 中每个节点的结果水平方向的具体位置值x=(k+(Nj-1)×ndc)×dx，其中，k 的取值为1～ndc的整数。

本发明的有益效果如下：本发明所提供的方法对于多个计算结果的比较， 比较的内容不再是传统的数据表格，而是用不同颜色的曲线形式表示的不同 组的计算结果，将不同组的结果绘制在一起，由此，对结果的验证将非常高 效，可以立刻得到多组结果的宏观计算结果差异，可以立刻判断出计算结果 是否一致。此方法可以编制成计算机程序，使用将更加方便，不易出错。

附图说明

图1为本发明的整体处理流程示意图；

图2为本发明找出需要比较的结果范围求得绘制曲线范围的方法流程示意 图；

图3为用不同颜色绘制不同组的结果曲线方法流程示意图；

图4为一个4个程序单元内力计算结果的比较曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明涉及一种力学计算结果验证时的技术方法。在实际工程中很多计算 程序的开发成果的验证，都要进行大量的验证题目的计算。对计算结果的比较 验证可以有各种方法，目前验证结果都是用表格形式给出，表格中包括预计应 该得到的结果，或称标准结果，和实际计算得到的结果，用这两个结果分析新 研制程序的正确性，另外验证时还会包括对结果和误差的分析。

本发明是在对各种管道计算的工作过程深入研究后，从力学专业的视点出 发，按照计算结果的抽象的大小进行比较，不再直接对各种计算结果的实际物 理意义进行比较，只将针对同一题目使用不同程序计算的各组结果转换为统一 单位下的结果，并用曲线的形式进行比较。绘制曲线时，对每组结果使用一种 颜色，并且将各组结果都按照一个可以比较的系数缩放到一个相同的比例尺下。 用不同颜色代表不同组的结果曲线，在一起绘出多组相同缩放系数的结果曲线。

本发明的技术方案以绘图范围为确定长度，如单位1。把计算结果均转换为 该范围内的点，尤其是对于动态计算得到的振型，因其结果都是根据各自的要 求，归一化为不同的结果，有的按质量规一，有的按刚度归一。对振型的比较 有些困难，因为振型结果都是相对变形，各个点的变形只是一个相对变形，没 有具体的大小。为此本发明将各个振型结果按照单位1归一化，因此不同的计 算结果就有了可比性。

对于其他各种不同比较结果内容，需要向一个确定的单位制转换，以用相 同的单位制进行比较。还有对不同的计算内容，还要确定每个节点结果的变量 个数。

本发明用于多组计算结果的分析判别，首先要得到多组计算结果，再确定 一绘图范围，以把不同组结果在此范围内用曲线绘制出来，例如绘图范围在（0， 0）到（1，1），或其它任何范围值。

在开始计算前要有个正确的规划，以使得计算结果有个一致的输出顺序。 然后再读取所有组结果中的需要比较的内容，找出内容中的结果范围，即结果 中的最大值和最小值。接下来求出该值最大范围，并用最大范围求出各节点结 果在绘图区域内的缩放系数。在得到最大、最小值的同时也得到所有组中最多 的结果点数。

这里将得到四个重要数据，它们首先是此类结果中一个节点的变量个数 ndc，然后是最多节点数和最大范围，以及由最大范围求出的一个唯一的缩放系 数。然后由确定的绘图范围，例如从（0，0）到（1.0，1.0）的矩形区间上绘 制曲线图。绘图时可以把水平方向按点号考虑，把计算结果在垂直方向上考虑， 这样得到的每个节点各个变量的位置用直接线连接起来，就得到了一组所有计 算结果曲线。然后对另外组的结果用不同颜色来表示，用同样方法绘制结果曲 线。不同程序中的结果差别立刻就可以看到。

如图1所示，本方法的具体实施步骤如下：

步骤一

首先对所有计算程序的计算内容作顺序的统一性要求。例如使用统一的模 型输入顺序，以得到可以比较的相同顺序的计算结果。

步骤二

确定一个标准的输出单位制（如位移用米，力用牛顿，力矩用牛顿米），和 统一的输出坐标方向,以及该计算内容一个节点的变量个数ndc，对于位移的计 算结果，ndc的取值为3；对于单元内力的计算结果，ndc的取值为6。然后把 各计算程序中的对应计算结果都向确定的标准单位制和坐标方向上转换。这样 就将得到一系列的，统一的可比较计算结果。绘曲线图坐标的水平方向设定为 计算结果各节点的每个变量位置，将绘图坐标的垂直方向设定为计算结果的大 小。

步骤三

对步骤二得到的各组转换过的结果分析处理，如图2所示，找出各个程序 计算结果中的最大maxi和最小值mini,求出每个程序的结果的取值范围 rangi=maxi-mini，并针对每组计算结果找出最大节点数Nmaxi。其中，i代表 组数。

求出所有组中的结果最大取值范围rang=max(rangi)，得到所有结果组中最 大的点数Nd=max(Nmaxi)*ndc。这里要注意的是这些节点包括每个分量的点数， 如对于节点位移，一个点可以取3个自由度，那么，此处说的最大点数将是节 点数乘以3。对于振型位移ndc=3，对于内力ndc=6，这与计算结果的类型和计 算者主要关心的内容有关。

步骤四

在直角坐标上，确定需要绘制的曲线范围，例如规定将在屏幕上下左右范 围各为1的区间内绘制曲线。由此可以求出绘制结果点的比例系数 fact=1.0/rang。如将水平屏幕尺寸也定为了1，可对水平坐标确定每个点对应 的步长dx=1.0/Nd。

步骤五

接下来，再在直角坐标系下，选定一个与每组结果对应的颜色绘制结果曲 线，如图3所示，对每个节点各个变量的结果按照垂直方向值考虑步骤四求出 的fact进行缩放处理，此组中各个结果，例如j点结果，rj为缩放前该节点的 计算值，rj缩放到垂直方向上的值y=(rj-mini)×fact；水平方向上用该节点的 分量数k、该节点数Nj和每个节点的变量个数ndc和步长dx计算具体位置，水 平方向上的值x=(k+(Nj-1)×ndc)×dx，其中，k的取值为1～ndc的整数，按照（x,y） 绘制曲线。一组的一种计算结果绘制曲线完成后，再开始用另外一种设定的颜 色，用同样的方法绘制另一组结果对应计算结果曲线。

将所有组该类计算结果，全部用不同的颜色绘制完成后，由这些曲线可以 清楚地看到这些计算结果的比较和差异情况。图4表现了一个实际的用4个程 序分别计算单元内力的计算结果的比较曲线例子。

本发明的比较内容不再是传统的数据表格，而是用不同颜色的曲线形式表 示的不同组的计算结果，将不同组的结果绘制在一起，由此，对结果的验证将 非常高效，可以立刻得到多组结果的宏观计算结果差异，可以立刻判断出计算 结果是否一致。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本 发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利 要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。