复合材料结构仿真分析误差来源有哪些？
复合材料力学
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复合材料结构仿真分析中，有许多环节和因素都会引入计算误差，本节将简要介绍几类主要的误差来源。
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材料性能的离散
复合材料是由多种组分材料复合而成，组分材料及界面的性能直接影响复合材料本身的力学性能，从碳纤维和树脂原材料、预浸料到复合材料制品，每个环节都存在材料和工艺的不稳定性，体现到最终的试样或者产品性能上就会有较大的离散，以纵向模量为例，不同批次的试样，通常其离散系数在3%左右，而对于拉伸、压缩、剪切等强度值，其离散系数甚至会高于5%。对于复合材料结构仿真分析工程师而言，材料的力学性能是最基本的输入信息，是整个分析环节的根基，然而，这些数据往往不受仿真工程师来控制，与国家的工业水平、行业的制造水平息息相关。
2
模型的简化
有限元建模要根据自己的分析目标、计算机性能来确定模型的类型和规模，虽然现在软件和硬件都得到了长足的发展，求解能力和运算能力越来越强，但有限元分析中，模型的合理简化仍然是必不可少的。通常模型的简化包含几何模型的简化、连接/作用关系的简化、环境/边界条件的简化以及材料本构的简化等，此类模型的简化会在有限元分析中引入理想化误差。
以几何模型简化为例，一个有限元模型，并非越逼近真实结构计算效果就越好。几何越精细就意味着模型越复杂，网格规模越大，计算耗时且累计误差也会增大，导致最终效果反倒不佳。因此，在对组件、部件、全尺寸结构进行分析时，经常会把几何体简化为板、杆、梁、壳，在细节特征上，会忽略开孔、倒角、螺纹等几何特征。只有当关注点在细节位置时，才会保留局部细节真实的几何模型。另外，在复合材料静力学分析中，通常将单向板剪切模量G12和G13看作定常值，然而实际的剪切应力应变关系存在显著的非线性特征，只有当剪切应变水平较低时才可以近似看作线性关系）。
（A350飞机全尺寸模型）
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有限元理论的误差
有限元法理论上引入了连续介质及材料均匀性等假设，而真实的材料存在孔隙、分层、褶皱等缺陷，且材料参数随着空间位置的变化而变化，理想的宏观有限元分析中都忽略了这些因素的影响，只有在细观、微观尺度分析模型中可以通过引入缺陷以或建立梯度材料来表征非连续性和非均匀性。
另外，几何离散过程中，单元类型、单元尺寸都会引入离散化误差。例如，将一个无限自由度的连续体离散为一个有限自由度的连续体，变形受限，因此有限元法得到的结构刚度通常要高于真实结构刚度，增加单元数量，结构自由度增多，刚度预测误差会变小。离散化误差是有限元法固有的，只能通过改进有限元理论方法、提高单元质量以及适当增加网格密度来减小这方面的误差。
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数值求解误差
有限元法最终将偏微分方程转化为多元线性/非线性方程组，然后通过数值计算方法求解、逼近真实的解析值，在求解过程中必然会引入数值误差。隐式求解中的迭代算法、迭代步长或显式求解中的差分格式、增量步长以及浮点运算精度都会影响数值计算的结果。
数值计算精度越高，计算的误差就越小，但同时必然伴随更大的计算量，因此在工程实际问题分析中，需要综合权衡计算精度和计算效率之间的矛盾。
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边界条件的影响
当前的商业有限元软件越来越完善，以至于边界条件的施加在整个有限元建模过程中似乎成了不起眼、没有技术含量的一环。然而实际上，边界条件对计算结果的影响极大，也是出问题最多，最容易被忽视的环节。边界条件设置不当或简化失真，会严重影响结构的变形自由度和载荷传递路径。如复合材料层压板低速冲击分析中，如果简单的把四边固支，会造成四周边界约束过强，层压板弯曲变形受限，被冲击区及四周边缘均会形成较大的损伤区域，与真实试验结果有较大差异；复合材料V型缺口剪切试验中，载荷通过两侧夹具的加持传递到试样表面，有限元分析中如果单纯依靠简单的约束很难反应真实的受力环境，且无法表征夹具斜倒角根部挤压试样表面引起的应力集中，而损伤往往从这些位置出现，造成计算失效模式与试验结果不吻合，这种情况下，可以适当地将夹具引入有限元模型，在夹具上施加约束和载荷，夹具与试样之间通过接触关系完成载荷的传递。
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各类数值因子的影响
在复合材料结构仿真分析中会遇到许多数值因子，这些数值因子的选取同样会影响仿真分析的结果，如粘性系数、损伤判据因子、退化指数、质量缩放系数、非线性形状因子、率相关系数等，有些系数可以通过试验拟合近似确定，有些数值因子则具有很强的主观性，没有具体的经验值可供参考，需要经过大量的试验和计算分析来标定。
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