ASME V&V指南的实务应用
理论：V&V流程
概述
公司要引入V&V。ASME标准有好几个，不知道从哪里入手。
固体计算看V&V 10，流体和传热看V&V 20，医疗器械看V&V 40，但内部流程是共通的。先确定计算要判断什么、需要多高精度。然后确认软件是否正确求解方程（代码验证），以及自己模型的网格离散误差有多大（解验证）。再与试验比较，把差值和所有不确定度放在一起判断（模型确认）。与其读标准，不如把一个例子从头到尾走一遍最容易理解。
解验证（GCI）
模型确认判断
$S$ 为仿真值，$D$ 为试验值。认为模型本身误差 $\delta_{model}$ 位于差值 $E$ 加减确认不确定度范围（约95%时为 $u_{val}$ 的2倍）之内。该范围落在精度要求之内，就可以说模型对该目的是合理的。
ASME V&V标准的诞生
美国机械工程师学会（ASME）认为需要表明计算结果可信度的通用程序，于2006年发布了固体力学的V&V 10，2009年发布了流体与传热的V&V 20。背景是核能和航空航天领域越来越多地用计算代替试验。2018年又发布了用于医疗器械审评中计算模型的V&V 40，与美国食品药品监督管理局（FDA）的审评思路相衔接。各标准对象不同，但“分别估计误差和不确定度，对照目的进行判断”的思想是共通的。
算例：验证支架应变
在金属支架应力集中处应变片位置，把有限元应变与试验比较。精度要求为试验平均值的5%。
| 步骤 | 内容 | 结果 |
|---|---|---|
| 解验证 | 三级网格（比2）：812 / 842 / 850 µε | 阶数1.91，外推852.9，GCI 0.43%（±3.6 µε） |
| 试验数据 | 5个试样：861, 838, 874, 852, 846 µε；应变片1% | 平均854.2，标准差13.9，u_D 10.6 µε |
| 输入不确定度 | 弹性模量2%，载荷1% | u_input 19.0 µε |
| 比较 | E = S − D | −4.2 µε（−0.5%） |
| 确认不确定度 | u_val | 21.8 µε；95%范围±43.6 µε |
| 模型误差范围 | E ± 2u_val | −5.6%～+4.6% |
差值只有−0.5%，却不能说满足了5%的精度要求？
这正是V&V的关键。即使差值很小，不确定度范围±5.1%意味着模型本身误差只能说在−5.6%到+4.6%之间——下限稍稍超过了5%。拆开看不确定度：弹性模量离散占76%，试验离散23%，网格误差仅1%。所以再加密网格毫无意义，实测试样弹性模量最有效。另外，如果只用粗网格比较，差值会是−4.9%，把离散误差误当成了模型误差。
实务步骤
- 把计算要判断的事项、关心的量和精度要求写成文档。
- 进行代码验证（已知解、构造解）以及自身模型的解验证（三级网格）。
- 与计算一起制定试验计划，记录试验离散和测量不确定度。
- 传播输入（物性、载荷、尺寸）不确定度，汇总确认不确定度。
- 把差值和不确定度范围与精度要求比较，不够时减小最大分量。
“吻合只是巧合”
某分析团队因为粗网格结果与试验相差2%，就报告模型合理。后来加密网格，计算值变化了8%，与试验相差6%。粗网格的离散误差与材料模型误差方向相反、相互抵消，恰好吻合。不先做解验证把离散误差减小，模型确认的差值里就混着两种误差。V&V的顺序是有意义的。
常见错误
错误与对策
| 错误 | 后果 | 对策 |
|---|---|---|
| 只凭差值判断合否 | 忽略不确定度而过度自信 | 用E ± 2u_val判断 |
| 省略解验证 | 漏掉误差相互抵消 | 先估计网格误差 |
| 只试验一个试样 | 不知道离散 | 多个试样取统计 |
| 改善次要分量 | 范围不缩小 | 减小最大分量 |
| 事后确定精度要求 | 判断标准随意 | 计算前形成文档 |
我想了解相关内容。
各标准参考ASME V&V 10、ASME V&V 20和ASME V&V 40，方法参考GCI和确认度量，组织运用参考仿真治理和模型审查清单。
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