计算机辅助试验computer aided test

应用计算机进行产品的测试和评定，又称计算机模拟试验，简称计算试验。采用计算机进行产品测试，提高了测试的速度、精度及自动化水平。而且，通过与基础学科相结合的研究应用，促进了“计算力学”、“计算物理”等新学科的形成。在产品的测试评定中，计算机的应用改变了传统的单一实物试验的评定手段，出现了不要样机、不受环境限制、高速高效的计算试验。
试验过程 利用计算机的硬件和软件，在给定的条件下，对样机进行的数值计算或模拟仿真。在产品试验评定中，性能指标与强度指标是不可缺少的两个方面。传统的试验考核办法是对试制的样机进行室内外实验测定。例如采用电测、光测、应变涂层法等手段进行样机的强度测试；采用有关物理、几何的方法和手段进行样机性能测试。显然，用实物进行试验常常受到许多条件的限制，而且费用大，周期较长。而计算试验，每次的计算结果就代表一次“真实”的试验，可根据计算结果进行产品的评定。例如通过计算力学的方法对给定的样机结构建立有关几何、材料、约束和载荷特性的计算模型，然后利用在计算力学基础上发展起来的有限元法等应用软件，在计算机上快速得到反映此机具强度特征的内力和应力指标；反映刚度特性的位移参数；反映动力特性的固有频率和模态参数以及反映稳定性及可靠性的有关参数。同样，根据计算物理和计算力学等方法，可以建立反映机具性能特征的计算机软件。例如应用拖拉机悬挂犁机组动力性能计算程序就可快速地由计算机给出待测拖拉机悬挂犁机组的牵引性能、入土力矩、工作时的偏转力矩、犁侧板反力、悬挂犁支承轮反力等反映机组动力性能的指标。获得了这些强度和性能的参数和指标，即可对产品进行评定。
试验优点 计算试验和实物试验相比较有如下三方面优点：❶费用低。计算试验是一种不要样机实物的产品试验，因而可减少样机试制，试验条件和试验设备等方面的开支。以往在农机田间试验时，为了获得不同地区不同环境的试验数据，往往需要在千里之外建立多个试验点，完成一轮试验需要耗费许多人力物力。而采用计算试验手段，只需花费少量的计算费。
❷速度快。传统的实物试验需要较长的时间，比如农机田间试验受农业季节和气候条件的限制，完成试验往往延续几个季度或几年。而计算试验不受条件和环境限制，计算机运算速度快，完成一次计算试验仅需几分钟或几小时。
❸精度高。一般的实物试验常受试验环境的影响，试验结果的精度低。例如电子线路的试验易受相邻元件的干扰；风机叶片和飞行器的风洞实验常受洞壁和支架的干扰；农机具的田间试验也常常由于田间土壤、作物条件的差别及测量环境的限制而影响试验测定精度。采用计算试验只要提供的计算模型和边界条件正确，就能确保计算试验的精度。
试验条件 采用计算试验进行产品评定应具有三方面的基本条件：❶计算机系统。这是进行计算试验的基本设备。包括计算机硬件和系统软件。20世纪80年代是微型机发展和普及的阶段，它具有体积小，价格低，功能大，使用方便，维护简单等特点，特别适合农机试验站、工厂、科研单位用作产品计算试验和产品评定的计算设备。
❷应用软件。用于解决用户特定问题的专用程序或用于解决一大类问题的应用程序系统。其中属于计算力学领域的有限元结构分析程序是进行农机产品强度和结构特性评定的一种应用软件。由于有限元法是以剖分、插值和变分原理为基础的，因而具有广泛的适用性。80年代中国应用较广泛的有限元结构分析程序有适用于中大型计算机的SAP5,ADINA,ASKA,FEPS等；适用于微型机的MAS,SAP84,DDJ—W等。另外不少部门根据产品的使用和工作特点，建立了反映产品性能的数学模型，编制了性能评定程序。
❸数据信息。是进行计算试验和产品评定的基础。包括评定产品的材料特性数据，土壤作物特性数据，各类机具典型载荷工况数据等等。为了获取反映实际情况的可靠数据，需要进行数据采集和科学的数据处理，形成有代表性的、规范化的数据。逐渐形成较完备的数据库。
试验应用 模拟真实的试验。对农业机械而言，计算机模拟试验可用于性能试验，机组匹配试验，强度试验，疲劳和可靠性试验等。下面仅以计算机模拟割晒机强度试验为例，介绍计算试验的应用。
一种新型的稻麦两用的小型收割机，为了进一步扩大再生产和适应出口的需要，采用计算机模拟试验进行产品检测和改进。其过程如下：选用IBMPC/XJ微型计算机和MAS结构分析程序作为检测的工具。按MAS程序的使用手册规定，在微机上输入割晒机的结构尺寸；再输入反映割晒机正常工作和田间遇障时的载荷值。其中，正常工况载荷包括拖拉机作用在机架上的传动力，割刀对机架的作用力和机重等部分。遇障工况是模拟割晒机工作时，机架一端碰到石头、土埂的情况。然后启动计算机进行计算分析。大约20分钟后，计算机即输出割晒机在正常和遇障工况时的结构变形和应力分布。至此，相当于进行了一次割晒机的田间强度电测试验和室内刚度（变形）测定试验。
通过结果分析指出，原结构的应力不大，但分布不均匀，结构不尽合理。对此，在分析的基础上，把原来三层式的原结构改为二层式结构，并且安排不同截面尺寸材料，形成可供选择的三种方案。然后按以上方法，在计算机上输入改进结构的尺寸和材料等数据信息，并进行计算分析。大约1小时后，即由计算机输出反映新型结构的三种设计方案结果。这相当于试制了3台选材不同的新样机，然后分别进行一次田间强度电测试验和室内刚度试验。最后，在分析输出结果的基础上，选择其中一种方案作为改进的定型方案。这种二层式结构新方案与原结构相比，结构简单、合理，满足生产需要，节约钢材，生产效果好。