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数字孪生体是现有或将有的物理实体对象的数字模型，通过实测、仿真和数据分析来实时感知、诊断、预测物理实体对象的状态，通过优化和指令来调控物理实体对象的行为，通过相关数字模型间的相互学习来进化自身，同时改进利益相关方在物理实体对象生命周期内的决策。
通过数字孪生体模型，可以实现全面监控系统的关键参数，分析系统在非常规条件下的各种性能，如恶劣工作环境、存在加工误差、冲击载荷工况等。利用数字孪生体模型进行虚拟化测试，缩短了测试和分析的时间，降低了测试和分析的成本，并可以根据虚拟化测试结果优化试验参数。因此建立机械产品关键零部件（如连杆）的数字孪生体模型，就具有十分重要的意义。
图1为实现连杆数字孪生体模型的技术路线，主要分为载荷识别、模型降阶和数字孪生体模型部署三部分。本文主要介绍了利用ANSYS Twin Builder和ANSYS Deployer软件建立连杆数字孪生体模型并部署。在ANSYS Twin Builder中，集成了连杆载荷识别ROM和应力/变形场的Static ROM两个降阶模型，运行调试后编译生成twin模型，并输出twin文件。在ANSYS Deployer中，建立连杆数字孪生体模型并编译输出的twin文件和输入应变csv文件，生成用于实时计算的可执行SDK文件夹。
图1 连杆数字孪生体模型建立流程图
连杆数字孪生模型生成
在ANSYS Twin Builder中，将载荷识别ROM输出端和应力/变形场Static ROM输入端进行连接，并设置载荷识别ROM输入端接口，及应力/变形场Static ROM输出端接口，最终连杆降阶模型集成如下图2所示。输入连杆应变片贴片位置的测试应变数据后，通过该模型计算，可快速得到连杆整个模型的应力/变形结果。然后在ANSYS Twin Builder环境中，对该模型进行编译生成twin文件，并输出twin文件，如图3所示。
图2 连杆降阶模型的集成
图3 连杆降阶模型生成twin文件
可执行SDK文件夹生成及运行
将输出的twin文件和应变数据csv文件导入 ANSYS Deployer中，实际采集的测试应变csv文件块（文件数据格式如图5所示）的输出端与twin文件模型输入端对应连接，建立连杆数字孪生体模型如下图4所示。经调试求解成功后，利用其Export Python App生成可执行的SDK文件夹，文件夹中包含的主要内容如下图6所示。该文件夹通过命令行执行，可完全脱离有限元仿真环境，并获得连杆现实场景中应力和变形分析计算的实时响应，如图7和图8所示。
图4 建立连杆数字孪生体模型
图5 应变数据csv文件数据格式
图6 可执行SDK文件夹生成
图7 运行中的SDK文件夹
图8 可执行SDK文件夹运行输出的连杆应力结果
小结
本文介绍了连杆数字孪生体模型的生成过程，以及在操作系统平台上的部署方法：在ANSYS Twin Builder中集成连杆的降阶模型，编译后生成twin文件的过程；在ANSYS Deployer中生成可执行SDK文件夹，及SDK文件夹的执行过程。最终获得的连杆数字孪生体模型完全脱离有限元仿真环境，在不同操作系统平台上进行部署后，就可以根据连杆的实测应变，进行应力与变形分析的快速计算，从而实现了连杆结构数字孪生体的建立和应用。
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