目标设备的仿真方法、装置、生成系统和存储介质

技术领域

本公开涉及工业设计技术领域，特别是一种目标设备的仿真方法、装置、生成系统和存储介质。

背景技术

随着机械化进程的不断深入，驾驶室安全问题不断得到重视。驾驶室安全性能足、材料利用率高，是其结构的重要性能指标。仿真人员通过有限元软件，对工程机械驾驶室保护结构建立数字化模型，分别进行侧向加载、垂向加载和纵向加载，并在静力状态下进行仿真计算分析。通过仿真计算得到的数据，如位移-载荷曲线、位移-能量曲线，与标准规定的性能要求进行对比，若不满足要求需进行保护结构优化设计，并再次进行仿真分析，直至达到标准要求。

发明内容

发明人发现，对驾驶室保护结构进行仿真计算时，所采用的静力计算，易受到材料、结构、减震器、多步加载等因素的影响，导致计算收敛困难，影响计算效率。

本公开的一个目的在于提高仿真的收敛效率。

根据本公开的一些实施例的一个方面，提出一种目标设备的仿真方法，包括：在目标设备的有限元模型的目标方向设置拉压单元，其中，拉压单元的第一端与有限元模型相连接，拉压单元的压缩刚度大于等于第一阈值，拉伸刚度小于等于第二阈值，第一阈值远大于第二阈值，目标方向包括侧向、纵向和垂直方向中的一项或多项；根据针对目标方向的位移预估值，对有限元模型的目标方向执行位移加载和卸载操作；根据加载量和预设评估阈值，确定目标设备的评估结果，其中，加载量包括加载的压力或能量中的至少一项。

在一些实施例中，根据针对目标方向的位移预估值，对有限元模型的目标方向执行位移加载包括：对位于第一位置的拉压单元的第二端加载强制位移直至达到位移预估值，其中，第二端为第一端的对端；卸载操作包括：对拉压单元施加与位移预估值等值反向的位移，以便有限元模型恢复弹性形变，且第二端恢复第一位置。

在一些实施例中，根据针对目标方向的位移预估值，对有限元模型的目标方向执行位移加载和卸载操作包括：对有限元模型的第一目标方向执行位移加载直至达到第一目标方向对应的位移预估值，执行第一卸载操作；对第一卸载操作后的有限元模型的第二目标方向执行位移加载直至达到第二目标方向对应的位移预估值，执行第二卸载操作；和对第二卸载操作后的有限元模型的第三目标方向执行位移加载，直至达到第三目标方向对应的位移预估值，其中，第一目标方向、第二目标方向和第三目标方向分别为侧向、纵向和垂直方向中的一项，且第一目标方向、第二目标方向和第三目标方向中的任意两项均不同。

在一些实施例中，该方法还包括：根据目标设备的结构和材料进行有限元建模，获取目标设备的有限元模型；和确定目标方向的位移预估值。

在一些实施例中，根据加载量和预设评估阈值，确定目标设备的评估结果包括：将加载量的最大值与目标方向的对应的评估阈值比较；若加载量的最大值大于等于评估阈值，则目标方向的安全性能达标；若加载量的最大值小于评估阈值，则目标方向的安全性能不达标。

在一些实施例中，加载量的最大值大于等于评估阈值包括：加载的压力的最大值大于等于评估压力阈值，且加载的能量的最大值大于等于评估能量阈值；加载量的最大值小于评估阈值包括以下至少一项：加载的压力的最大值小于评估压力阈值，或加载的能量的最大值小于评估能量阈值。

在一些实施例中，根据加载量和预设评估阈值，确定目标设备的评估结果包括：在加载的能量的最大值大于等于评估能量阈值、加载的侧向压力大于等于侧向压力阈值、加载的垂直方向压力大于等于垂直方向压力阈值和加载的纵向压力大于等于纵向压力阈值的情况下，确定目标设备的安全性能达标；在加载的能量的最大值小于评估能量阈值、加载的侧向压力小于侧向压力阈值、加载的垂直方向压力小于垂直方向压力阈值，或加载的纵向压力小于纵向压力阈值中任意一项成立的情况下，确定目标设备的安全性能未达标。

在一些实施例中，确定目标方向的位移预估值包括：根据有限元模型，通过准静态单向位移加载，预估目标方向上的加载的压力或能量中的至少一种大于等于对应阈值时的位移值，作为位移预估值。

在一些实施例中，拉压单元的初始长度不小于第三阈值。

在一些实施例中，该方法还包括：增加拉压单元的初始长度以降低误差。

在一些实施例中，该方法还包括：在评估结果为安全性能不达标的情况下，提示修改目标设备的设计或重新设计目标设备；和针对修改或重新设计的目标设备，执行在目标设备的有限元模型的目标方向设置拉压单元，直至目标设备的评估结果为安全性能达标。

根据本公开的一些实施例的一个方面，提出一种目标设备的仿真装置，包括：拉压单元设置模块，被配置为在目标设备的有限元模型的目标方向设置拉压单元，其中，拉压单元的第一端与有限元模型相连接，拉压单元的压缩刚度大于等于第一阈值，拉伸刚度小于等于第二阈值，第一阈值远大于第二阈值，目标方向包括侧向、纵向和垂直方向中的一项或多项；加载和卸载操作模块，被配置为根据针对目标方向的位移预估值，对有限元模型的目标方向执行位移加载和卸载操作；和评估模块，被配置为根据加载量和预设评估阈值，确定目标设备的评估结果，其中，加载量包括加载的压力或能量中的至少一项。

在一些实施例中，加载和卸载操作模块，被配置为：对有限元模型的第一目标方向执行位移加载直至达到第一目标方向对应的位移预估值，执行第一卸载操作；对第一卸载操作后的有限元模型的第二目标方向执行位移加载直至达到第二目标方向对应的位移预估值，执行第二卸载操作；和对第二卸载操作后的有限元模型的第三目标方向执行位移加载，直至达到第三目标方向对应的位移预估值，其中，第一目标方向、第二目标方向和第三目标方向分别为侧向、纵向和垂直方向中的一项，且第一目标方向、第二目标方向和第三目标方向中的任意两项均不同。

在一些实施例中，该装置还包括：模型获取模块，被配置为根据目标设备的结构和材料进行有限元建模，获取目标设备的有限元模型；和预估位移获取模块，被配置为确定目标方向的位移预估值。

在一些实施例中，该装置还包括：提示模块，被配置为在评估结果为安全性能不达标的情况下，提示修改目标设备的设计或重新设计目标设备；设计模块，被配置为设计和修改目标设备。

根据本公开的一些实施例的一个方面，提出一种目标设备的仿真装置，包括：存储器；以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器的指令执行上文中任意一种目标设备的仿真方法。

根据本公开的一些实施例的一个方面，提出一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上文中任意一种目标设备的仿真方法的步骤。

根据本公开的一些实施例的一个方面，提出一种目标设备的生成系统，包括：仿真装置，被配置为执行上文中任意一种目标设备的仿真方法，并在评估结果为安全性能不达标的情况下，提示修改目标设备的设计或重新设计目标设备；和设计装置，被配置为向仿真装置提供目标设备的设计方案，并根据仿真装置的提示信息修改或重新设计目标设备，直至仿真装置确定评估结果为安全性能达标。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本公开的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1为本公开的目标设备的仿真方法的一些实施例的流程图。

图2A为本公开的目标设备的仿真方法中加载、卸载流程的一些实施例的流程图。

图2B为本公开的目标设备的仿真方法中拉压单元的一些实施例的示意图。

图2C为本公开的目标设备的仿真方法中以驾驶室为例的目标方向示意图。

图2D为本公开的目标设备的仿真方法中拉压单元加载、卸载的一个阶段的示意图。

图2E为本公开的目标设备的仿真方法中拉压单元加载、卸载的另一个阶段的示意图。

图2F为本公开的目标设备的仿真方法中拉压单元加载、卸载的又一个阶段的示意图。

图3A为本公开的目标设备的仿真方法的另一些实施例的流程图。

图3B为本公开的目标设备的仿真方法中误差的一些实施例的示意图。

图3C为本公开的目标设备的仿真方法中一个示例的目标设备的示意图。

图3D为本公开的目标设备的仿真方法中一个示例的目标方向的示意图。

图4为本公开的目标设备的仿真装置的一些实施例的示意图。

图5为本公开的目标设备的仿真装置的另一些实施例的示意图。

图6为本公开的目标设备的仿真装置的又一些实施例的示意图。

图7为本公开的目标设备的仿真系统的一些实施例的示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。

相关技术中在仿真分析时，可以选择隐式求解或显式求解，其中隐式求解适用于静态非线性问题，不考虑结构的动力学响应，但每一增量步的仿真都需要收敛；而显式求解适用于动态非线性问题，没有收敛要求。

由于驾驶室防滚翻能力的仿真中，驾驶室存在弹性形变和塑性形变，前一步的塑性形变会影响下一步的初始状态，但塑性形变大小是未知的；同时，显式求解方法基于动力学方程，故进行显示求解时，结构的动力学响应必然会被计算并且影响计算结果。因此采用显式求解的方式进行驾驶室防滚翻能力的仿真，其卸载操作变得困难。虽然隐式求解不考虑结构的动力学响应的特点使得其适合处理驾驶室防滚翻能力的仿真的问题，但由于材料、减震器、接触、大变形等诸多非线性因素的影响，收敛十分困难，大大增加了耗时。

针对上述问题，本公开提出一种目标设备的仿真方法、装置、生成系统和存储介质，解决仿真耗时长的问题。

本公开的目标设备的仿真方法的一些实施例的流程图如图1所示。在一些实施例中，目标设备可以为驾驶室或驾驶室的防翻滚结构。

在步骤130中，在目标设备的有限元模型的目标方向设置拉压单元。在一些实施例中，拉压单元为变刚度的单轴拉压单元，仅提供轴向的平动自由度，仅需设置轴向的参数。拉压单元的第一端与有限元模型相连接。拉压单元的压缩刚度大于等于第一阈值，拉伸刚度小于等于第二阈值，第一阈值远大于第二阈值。在一些实施例中，上述第一阈值可以为1000000N/mm，第二阈值可以为0.01N/mm，从而使拉压单元具备极难被压缩、容易被拉伸且可以无限拉伸的属性。

在一些实施例中，目标设备的有限元模型可以根据目标模型的结构、材料等相关参数通过建模生成，从而能够使得仿真结果符合目标设备真实性能。

在一些实施例中，目标方向包括侧向、纵向和垂直方向中的一项或多项。在一些实施例中，可以在侧向、纵向和垂直方向中进行选择，将待进行性能仿真的方向作为目标方向。在一些实施例中，可以分别将侧向、纵向、垂直方向作为目标方向，分别设置单轴拉压单元，分别进行对应方向的性能仿真。在一些实施例中，上述性能可以为安全保护性能，如在受到压力情况下保持形态的性能，或在可以允许的形变下能够承受的压力、能量的性能。

在步骤140中，根据针对目标方向的位移预估值，对有限元模型的目标方向执行位移加载和卸载操作。

在一些实施例中，可以分别以原始的有限元模型为基础，预估侧向、垂直方向、纵向的加载力及能量达到要求时对应的位移值，作为位移预估值，从而将能够以受力能力满足要求为目标进行仿真，提高了仿真效率。

在一些实施例中，在目标方向有多个的情况下，可以逐个方向进行位移的加载和卸载，将前一个方向的有限元模型的塑性形变累积。在一些实施例中，可以不对最后一个目标方向执行卸载操作，从而降低运算量，提高仿真效率。

在步骤150中，根据加载量和预设评估阈值，确定目标设备的评估结果，其中，加载量包括加载的压力或能量中的至少一项。

在一些实施例中，可以将加载量的最大值与目标方向的对应的评估阈值比较；若加载量的最大值大于等于评估阈值，则目标方向的安全性能达标；若加载量的最大值小于评估阈值，则目标方向的安全性能不达标。通过这样的方法，能够直接获得评估结果，降低人为操作的工作量，提高仿真效率。

在一些实施例中，加载量的最大值大于等于评估阈值可以为：加载的压力的最大值大于等于评估压力阈值，且加载的能量的最大值大于等于评估能量阈值，从而在压力和能量两个维度确保目标设备达到性能要求。

在一些实施例中，加载量的最大值小于评估阈值可以为：加载的压力的最大值小于评估压力阈值，或加载的能量的最大值小于评估能量阈值，从而在压力和能量两个维度确保目标设备达到性能要求。

在一些实施例中，可以根据每个目标方向的评估结果判断对应方向上是否达标，也可以综合各个方向的评估结果，判断目标设备整体是否达标。在一些实施例中，在每个目标方向上的评估结果均为达标的情况下，目标设备的设计达标，从而提高设计方案的可靠度。

在一些实施例中，可以累积加载的能量，在加载的能量的最大值大于等于评估能量阈值、加载的侧向压力大于等于侧向压力阈值、加载的垂直方向压力大于等于垂直方向压力阈值和加载的纵向压力大于等于纵向压力阈值的情况下，确定目标设备的安全性能达标；在加载的能量的最大值小于评估能量阈值、加载的侧向压力小于侧向压力阈值、加载的垂直方向压力小于垂直方向压力阈值，或加载的纵向压力小于纵向压力阈值中任意一项成立的情况下，确定目标设备的安全性能未达标。

通过上文所示实施例中的方法，在目标设备的有限元模型的基础上设置了难以压缩、容易拉伸的拉压单元，通过对拉压单元的位移加载、卸载操作，使得无需预知目标设备的塑性形变，通过显式求解发进行分析计算得以实施，避免了采用隐式求解法时模型复杂、难以收敛的问题，降低了仿真的运算量，提高了仿真的效率，进而提高能够满足评估需求的目标设备的设计效率。

在一些实施例中，上述步骤140中加载、卸载流程的一些实施例的流程图如图2A所示。

在一些实施例中，加载、卸载仿真采用显式求解算法，或使用显式求解器实现。在一些实施例中，拉压单元可以如图2B中所示，方点所示的一端为拉压单元的第一端，与目标设备的有限元模型连接，在一些实施例中，可以与目标设备的侧壁连接；箭头所示的一端为拉压单元的第二端，远离目标设备，远离的方向为目标方向。在一些实施例中，以目标设备为驾驶室为例，目标方向可以为侧向11、垂直方向12或纵向13中的至少一种，驾驶室的底部为固定工装底板21，如图2C所示。

当前实施例中，第一目标方向、第二目标方向和第三目标方向分别为侧向、纵向和垂直方向中的一项，且第一目标方向、第二目标方向和第三目标方向中的任意两项均不同。在一些实施例中，第一、第二、第三目标方向的设定可以根据相关仿真规定设置，例如，先侧向加载，随后垂直方向加载，最后纵向加载。

在步骤241中，对有限元模型的第一目标方向(如侧向)执行位移加载，直至达到第一目标方向对应的位移预估值，进而执行第一卸载操作。

在一些实施例中，加载操作可以包括：对位于第一位置的拉压单元的第二端加载强制位移直至达到位移预估值，以便对目标设备与第一端连接的位置施加强制位移。第二端为第一端的对端。

如图2D中所示，拉压单元的第一端位于图中位置2，第二端位于第一位置1，目标设备与拉压单元连接的位置位于图中位置2，有限元模型的底部O固定，初始状态如图2D中虚线所示。当对拉压单元的第二端加载位移时，由于拉压单元的压缩刚度大，因此被拉压单元被压缩的距离可以忽略，第二端从位置1变更为位置3，1→3与位移预估值相同。目标设备与第一端连接的位置发生强制位移，到达位置4，仿真数据中目标设备的形态O2所示到达以O4所示状态。收集本过程中为克服目标设备的反作用力所加载的压力、能量。至此本次加载过程结束。

在一些实施例中，卸载操作可以包括：对拉压单元施加与位移预估值等值反向的位移，以便目标设备恢复弹性形变，且第二端恢复第一位置。如图2E中所示，在加载完成后，目标设备与拉压单元的第一端连接的位置位于图中位置4，第二端位于图中位置3。开始卸载操作后，目标设备与拉压单元的第一端连接的位置从位置4到达位置6，目标设备从O4恢复为O6，其弹性形变恢复。此时拉压单元的第二端位于位置5。由于目标设备存在塑性形变，3→5之间的距离小于位移预估值长度(1→3之间的距离)，如图2F所示，拉压单元会在卸载过程的强制位移作用下继续改变位置，直至从位置5恢复第一位置1。由于拉压单元的拉伸刚度很小，因此继续的拉伸操作造成的拉伸单元的第二端的位置变化可以忽略。至此本次卸载过程结束。

在步骤242中，对上述步骤241中执行第一卸载操作后的有限元模型的第二目标方向执行位移加载，直至达到第二目标方向对应的位移预估值，执行第二卸载操作。

在一些实施例中，加载、卸载的操作方式与步骤241中相似。

在步骤243中，对第二卸载操作后的有限元模型的第三目标方向执行位移加载，直至达到第三目标方向对应的位移预估值。在一些实施例中，加载的操作方式与步骤241中相似。此时由于不需要下一个方向的仿真，因此可以省略卸载操作。

通过上文所示实施例中的方式，每次卸载操作中无需考虑目标设备的弹性形变或塑性形变量，在每次卸载操作后，施加压力的位置明确且恢复初始位置，解决了无法实现稳定卸载、难以进行后续加载的问题，使得采用显式求解法进行仿真的方式能够顺利实施，避免了难以收敛影响仿真效率，提高了仿真的效率；避免了收敛操作对于模型的依赖性造成的影响，便于对于不同类型、参数的目标设备进行仿真，有利于推广应用。

本公开的目标设备的仿真方法的另一些实施例的流程图如图3A所示。

在步骤310中，根据目标设备的结构和材料进行有限元建模，获取目标设备的有限元模型。在一些实施例中，可以对目标设备的结构(例如驾驶室防滚翻保护结构)所用材料进行材料试验或查阅相关资料，获取材料非线性力学性能参数，进而对目标设备进行有限元建模，并将获取的材料非线性力学性能参数赋予相应的结构部件。

在步骤320中，将建好的有限元模型，在动力学计算模式下，进行准静态单向位移加载，预估侧向、垂直方向、纵向的加载力及能量达到要求时对应的位移值，作为位移预估值，以便以位移预估值作为仿真的截止条件，使仿真的目标形变程度可控。

在一些实施例中，还可以确定目标方向的加载顺序，以便在后续步骤中确定每次操作的目标方向。

在一些实施例中，可以分别以无形变的有限元模型为基础，执行单向加载操作，无需执行卸载操作。在一些实施例中，设置初始的加载量(如500mm)，对有限元模型的每个方向执行单向加载操作，当能量或加载压力中的任意一项未达到指标要求(即达到初始的加载量时加载的能量或加载压力仍旧小于对应的指标)，则判定为不合格，测试不继续，需要修改设计方案；当每个方向的加载压力，以及总的加载能量均能够达到指标要求时，通过加载力、加载能量的曲线确定加载力、加载能量刚刚达标时，每个方向的位移值(例如略大于加载力、加载能量等于对应指标时的数值，如大于10～50mm)，即作为对应方向上的位移预估值。

在步骤330中，在目标设备的有限元模型的目标方向设置拉压单元。在一些实施例中，拉压单元为变刚度的单轴拉压单元，其第一端与有限元模型相连接。拉压单元的压缩刚度大于等于第一阈值，拉伸刚度小于等于第二阈值，第一阈值远大于第二阈值。

在一些实施例中，单轴拉压单元的压缩刚度为1000000N/mm，表示该单轴拉压单元需要1000000N的压力，才可以压缩1mm；拉伸刚度为0.01N/mm，表示该单轴拉压单元在1N的拉力作用下，可以被拉伸100mm。即该单轴拉压单元近似为可被无限拉伸，但难以被压缩。

在步骤340中，根据针对目标方向的位移预估值，对有限元模型的目标方向执行位移加载和卸载操作。

在一些实施例中，以目标设备为驾驶室为例，加载过程包括：在动力学计算模式下，拉压单元从AB位置开始，对位置A(相对远离驾驶室的一端)施加强制位移(比如100mm)，拉压单元压缩，位置B带动驾驶室发生变形，最终到达EF处(位置F与位置B的水平距离略小于100mm)，此时拉压单元受压，压力很大但压缩量极小。卸载过程包括：从EF开始，对位置E施加与加载方向等值相反的强制位移，驾驶室的弹性形变逐渐恢复，到CD位置时，驾驶室的弹性形变完全恢复，塑性变形无法恢复，故驾驶室停留在位置D，拉压单元位于位置C的一端在强制位移的作用下继续运动，拉压单元被拉伸，最后位于DG，其位置G与位置A的位置相同，此时单轴拉压杆受拉，拉伸量很大但拉力极小。

在步骤350中，根据加载量和预设评估阈值，确定目标设备的评估结果，其中，加载量包括加载的压力或能量中的至少一项。

在步骤360中，判断评估结果是否为通过。若评估结果为通过，则目标设备达标，设计结束。若评估结果为不通过，则执行步骤370。

在步骤370中，修改当前的目标设备的设计，或重新设计目标设备。在一些实施例中，可以根据加载量与预设评估阈值的差异量确定是否可以通过修改当前设计的方式处理，若差异量过大，则可以重新设计。

通过这样的方法，能够对目标设备进行有针对性的建模，提高有限元模型与目标设备的匹配度，提高仿真结果的参考价值；无需花费时间解决静态计算不收敛的问题，极大提高了仿真计算效率。且该方法不局限于某一个设备，不受材料、结构、减震器、多步加载等因素的影响，具有很强的通用性，适用于工程机械不同型号产品的驾驶室防滚翻设计；能够根据仿真结果及时进行设计修改，并再次仿真，从而提高了最终设计方案的可靠度和设计效率。

在一些实施例中，由于在加载后目标设备已经发生了塑性变形，图3B为加载方向俯视示意图，其中，点2的位置与固定点O位置重叠。从图3B可以发现，此时在进行同方向的下一次加载时，加载方向会发生偏转，偏转角如图3B中所示∠α、∠β，会带来一些误差。在塑性形变相同时，若拉压单元的长度大，则偏转角会相对较小，如图3B中左、右两幅图所示，两图中位置2、6之间的距离相同，左侧偏转角∠α明显大于右侧偏转角∠β。因此，设置拉压单元的初始长度不小于第三阈值，从而控制偏转角带来的误差，在一些实施例中，第三阈值大于等于15000mm。在一些实施例中，还可以通过增加拉压单元的初始长度来降低误差。

通过这样的方法，能够控制、降低设置拉压单元带来的误差，确保仿真的可靠度。

本例以一种土方机械驾驶室为例进行详细说明，驾驶室如图3C中所示，图中1为驾驶室，2为固定工装。

(1)该驾驶室结构材料为Q235，通过材料试验获取材料塑性特性数据。

(2)对该驾驶室进行有限元建模，将(1)中获取的材料塑性特性数据赋予有限元模型。

(3)对工装底板进行全约束，并对该驾驶室有限元模型分三次进行单向位移加载，分别加载侧向、垂直方向、纵向，如图3D中所示。加载距离均为500mm的动态加载。能量及加载力达到要求的位移值见表1。

表1单向加载位移值

(4)更改(2)中所建立的有限元模型，采用本公开中的加载方式，引入单轴拉压单元，三向加载示意图如图2C中所示。拉压单元参数设置见表2。三向加载能量及加载力达到要求的位移值见表3。

表2.单轴拉压单元参数

表3三向加载位移值

(5)该驾驶室防滚翻性能要求及有限元计算结果见表4。通过对比发现该驾驶室各项指标均高于目标值，故安全性能符合要求。且利用本公开的加载方式进行加载计算，未发现计算不收敛情况，计算结果良好。

表4防滚翻性能

通过该例可以看出，本公开的目标设备的仿真方法的误差在可接受范围内，能够对目标设备进行可靠的分析，同时提高了仿真效率。

本公开的目标设备的仿真装置41的一些实施例的示意图如图4所示。

拉压单元设置模块413能够在目标设备的有限元模型的目标方向设置拉压单元。在一些实施例中，拉压单元为变刚度的单轴拉压单元，仅提供轴向的平动自由度，仅需设置轴向的参数。拉压单元的第一端与有限元模型相连接。拉压单元的压缩刚度大于等于第一阈值，拉伸刚度小于等于第二阈值，第一阈值远大于第二阈值。

加载和卸载操作模块414能够根据针对目标方向的位移预估值，对有限元模型的目标方向执行位移加载和卸载操作。在一些实施例中，加载和卸载操作模块414的加载、卸载操作可以如图2A对应的实施例中所示。

评估模块415能够根据加载量和预设评估阈值，确定目标设备的评估结果，其中，加载量包括加载的压力或能量中的至少一项。

这样的装置在目标设备的有限元模型的基础上设置了难以压缩、容易拉伸的拉压单元，通过对拉压单元的位移加载、卸载操作，使得无需预知目标设备的塑性形变，使得通过显式求解发进行分析计算得以实施，避免了采用隐式求解法时模型复杂、难以收敛的问题，降低了仿真的运算量，提高了仿真的效率，从而提高能够满足评估需求的目标设备的设计效率。

在一些实施例中，如图4所示，目标设备的仿真装置41还包括模型获取模块411和预估位移获取模块412。

模型获取模块411能够根据目标设备的结构和材料进行有限元建模，获取目标设备的有限元模型。在一些实施例中，可以对目标设备的结构(例如驾驶室防滚翻保护结构)所用材料进行材料试验或查阅相关资料，获取材料非线性力学性能参数，进而对目标设备进行有限元建模，并将获取的材料非线性力学性能参数赋予相应的结构部件。

预估位移获取模块412能够将建好的有限元模型，在动力学计算模式下，进行准静态单向位移加载，预估侧向、垂直方向、纵向的加载力及能量达到要求时对应的位移值，作为位移预估值，以便以位移预估值作为仿真的截止条件，使仿真的目标形变程度可控。在一些实施例中，还可以确定目标方向的加载顺序，以便在后续步骤中确定每次操作的目标方向。

进一步的触发拉压单元设置模块413执行对应操作。

这样的装置能够对目标设备进行有针对性的建模，提高了有限元模型与目标设备的匹配度，提高了仿真结果的参考价值。

在一些实施例中，如图4所示，目标设备的仿真装置41还包括提示模块416和设计模块417。

提示模块416能够判断评估结果是否为达标。若评估结果为达标，则目标设备达标，设计结束；如果评估结果为不达标，则提示需需要修改当前的目标设备的设计，或重新设计目标设备。

设计模块417能够设计和修改目标设备。进一步的，设计模块417修改或重新设计的目标设备，能够作为生成或更新有限元模型的基础，经拉压单元设置模块413、加载和卸载操作模块414和评估模块415重新进行仿真和评估。在一些实施例中，设计模块417的设计结果可以发送给模型获取模块411重新生成有限元模型，或在之前的有限元模型上进行更新，进而重新进行仿真。

这样的仿真装置能够根据仿真评估结果进行设计修改，进而对修改后的方案进一步仿真评估，从而提高最终得到的设计方案的可靠性，提高目标设备的设计效率。

本公开目标设备的仿真装置的一个实施例的结构示意图如图5所示。目标设备的仿真装置包括存储器501和处理器502。其中：存储器501可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质。存储器用于存储上文中目标设备的仿真方法的对应实施例中的指令。处理器502耦接至存储器501，可以作为一个或多个集成电路来实施，例如微处理器或微控制器。该处理器502用于执行存储器中存储的指令，能够提高仿真的效率，进而有助于提高能够满足评估需求的目标设备的设计效率。

在一个实施例中，还可以如图6所示，目标设备的仿真装置600包括存储器601和处理器602。处理器602通过BUS总线603耦合至存储器601。该目标设备的仿真装置600还可以通过存储接口604连接至外部存储装置605以便调用外部数据，还可以通过网络接口606连接至网络或者另外一台计算机系统(未标出)。此处不再进行详细介绍。

在该实施例中，通过存储器存储数据指令，再通过处理器处理上述指令，能够提高仿真的效率，进而有助于提高能够满足评估需求的目标设备的设计效率。

在另一个实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现目标设备的仿真方法对应实施例中的方法的步骤。本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开的目标设备的仿真系统70的一些实施例的示意图如图7所示。

目标设备的仿真系统70中包括仿真装置71和设计装置72。

仿真装置71能够采用上文中所提到的方法，对目标设备的有限元模型进行仿真，获得评估结果，并在评估结果为安全性能不达标的情况下，提示修改目标设备的设计或重新设计目标设备。在一些实施例中，仿真装置71可以为上文中提到的目标设备的仿真装置，包括模型获取模块411、预估位移获取模块412、拉压单元设置模块413、加载和卸载操作模块414、评估模块415和提示模块416，或具备能够执行上述模块功能的能力。

设计装置72能够向仿真装置提供目标设备的设计方案，并根据仿真装置的提示信息修改或重新设计目标设备，直至仿真装置确定评估结果为安全性能达标。

这样的仿真系统中，降低了仿真的运算量，提高了仿真的效率；能够根据仿真结果及时进行设计修改，并再次仿真，从而提高了最终设计方案的可靠度，提高了能够满足评估需求的目标设备的设计效率。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

可能以许多方式来实现本公开的方法以及装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本公开技术方案的精神，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。