当仿真与试验结果不一致怎么办？

临床医师

当仿真与试验结果不一致怎么办？
原文地址：https://www.zhihu.com/question/582727097

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要是聊这个，我可来劲了！
在我读博的时候，有一次照着韩国某大学发表的一篇结构模拟文章进行多孔材料合成。
材料是合成出来了，表征也都对的上，可就在性能测试的时候，发现我们的水吸附量是0.67 g/g, 而韩国仿真模拟的那篇文章，水吸附量是1.33 g/g。
这个结果差的实在太多，我又不明白哪里出了错，于是在和导师商量之后，我给韩国那个组发了邮件。
邮件石沉大海，半个多月没有回复。
后来导师给他们发邮件，可能是碍于导师在这个领域的声望吧，他们回复了，大概意思就是「模拟采用的都是ideal condition, 材料的内孔是完美的且绝对干净的，所以吸附量才这么大。而且，材料合成的时候，不同的合成条件也会对孔的大小产生影响。」
我当时还觉得挺有道理，于是在新一轮的合成中，严格控制温度和试剂pH，最后提纯环节，反反复复洗了很多遍，又测了孔体积、孔面积，确保一切都和那篇模拟文章差不多之后，我又进行了一轮水的吸附实验。
吸附量仍然小于0.7 g/g。
于是，导师又给他们发邮件，还很大方的附上了我们的几个实验结果（我的导师对待学术很较真，而且为了和那篇文章的仿真结果做对比，我们前前后后搞了两个多月的实验），并在邮件的结尾提出，希望可以安排一次线上讨论。
（导师怀疑他们的模拟模型有问题，或者是仿真程序有缺陷，但又不能明说，只能希望借着讨论更多的了解一下他们的模拟方法）
你们猜韩国那个组是怎么回复的？
他们说，搞错了，他们的文章不是在研究水的吸附，而是乙醇的吸附，那个1.33 g/g是乙醇的吸附量！！！
可这明显是乱说的。
首先，他们已经发表的文章里面，从头到尾没有提到过乙醇。他们在准备论文的时候，怎么能整个组完全把水和乙醇搞混呢？
其次，他们在文章方法介绍那个章节，用来计算分子间相互作用的参数，分明是水分子，而不是乙醇分子啊！
他们这封邮件是单独发给导师的，导师转发给我，
我看了之后，无语凝噎，
有一种被二傻子当作二傻子糊弄的感觉。
我问导师接下来怎么办，导师不屑地一笑：「就按照咱们的实验结果继续做！」
后来我们这篇文章也如期发表了，在文章里，我还特意引用了韩国组的那篇论文，并且强调他们的仿真方法「questionable」。
现在回想起来，如果当初他们就一口咬定，实验和模拟之间有较大差距是正常的，我都不会那么气愤，
关键是他们后边的那封辩解邮件，太低级，太无力，太苍白了。
现在，我在查询文献的时候，遇到模拟仿真类的数据，一般情况下我会着重看一下数据趋势，而不是数据数值。然后，在多找一些实验类的数据结合着看。
像从前那种，完全信任仿真数据，傻傻地按照上面的指示做实验，
我是再也不会了。



批判性的对待模拟和实验之间的差距：趋势为主，数值为辅。

最后，我在和大家分享一句，读博时候学院的一位老教授（现在已经退休了）和我说过的话：
「蒙特卡洛模拟就像赌博掷色子，你也不知道准不准，下次先给我看实验数据！」


<hr/>希望这篇回答能与您共鸣
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我是 @韩博Spurs
一个热爱历史和体育的工科男博士
这里有我的想法，感谢您的关注！
师兄发sci，让我来主笔，说他一作我二作或共同一作，值得吗？为什么博士生讨厌做横向?怎么知道一名本科生有没有科研潜力？如何告诉导师我自己把文章投出去了？怎么样才叫科研能力强？你在搞科研都有什么好的习惯？为什么导师不愿意和自己深入交流？博士生们每天科研时间是多久？科研上最忌讳的事情有哪些？今天给导师发了退学申请邮件，研究生才读了半年就坚持不下去了，是不是很失败?如果课题组取消每周组会，对研究生的学术生涯会有什么影响？男博士读博期间结婚对科研影响大吗？为什么好多研究生都不愿意继续读博士了？实验室师兄不愿意带刚进组的师弟/师妹，最好的解决方法是什么？读博会改变人的性格吗？你的科研能力从什么时候开始突飞猛进的？导师对于你的科研生涯有多重要？材料博士211，本科二本，第一学历疑似被歧视，我该怎么办？要不要给导师送特产？你的导师都问过你哪些深刻的问题？为什么有的科研人员要搞学术造假？可以把科研压力转移给导师吗？研究生导师讨厌什么样的学生 ？为什么有些高中和大学成绩很优秀的人，读研读博期间科研成果产出较慢？导师开组会对自己的科研有帮助吗？

大力水手

仿真与实验结果不一致，可能是仿真错了，也可能是实验错了，还有可能都错了；
即使仿真与实验结果一致，也可能是仿真和实验都错了。
再完美的仿真数据，如果较真，那肯定是千疮百孔，处处有问题；
再好的实验数据，如果深究也到处是误差，任何实验都经不起较真。
如果仿真和实验数据趋势一致，产品失效的位置也一致，只是具体数值差异，那大概率仿真和实验在大方向上都没问题，只需要认真检查一下具体细节；
如果仿真和实验数据趋势都是反的，那肯定有一方错误明显。
下面我们一起看看试验和仿真分析中可能存在的一些问题。
实验可能存在哪些问题？

对于成熟的实验，只要严格按照实验规范来做，随便找个试验员来做都没问题；
但如果是创新性实验，就需要经验丰富、理论功底扎实的实验员来设计试验，否则很难保证实验的正确性。
低级错误

• 传感器很久没校准过
  
• 贴传感器时坐标系搞错了
  
• 传感器装反了
  
• 试样装反了
  
• 试样尺寸与图纸完全不一样
  
• 试样表面有明显划痕，疲劳寿命显著低于预期
  
• 试样安装时螺栓没拧紧，导致异常振动
  

高级错误

• 传感器精度不够，不足以度量实验数据
  
• 实验本身一致性差，比如疲劳实验做三个产品数据可能差一个数量级
  
• 数据采集和处理过程中每一步都存在误差
  

仿真可能存在哪些问题？

建模问题

• 模型尺寸和实验样件不一致
  
• 连接关系处理不当，比如没考虑螺栓预紧力可能会影响模态频率，把接触连接简化成共节点会增加结构局部刚度
  
• 材料本构使用不当，比如直接使用线弹性本构模拟橡胶材料来模拟汽车悬置橡胶无法模拟橡胶件大变形，PCB板翘曲仿真中焊球使用线弹性材料本构无法模拟大翘曲，使用各向同性材料本构无法模拟木材的各向异性特性
  
• 网格尺寸不对，重点关注区域网格太粗，无法捕捉准确的应力梯度；厚度方向只有一层网格无法捕捉厚度方向的应力梯度；倒角位置应力较大，但只划分了一层网格，无法捕捉准确的应力梯度
  
• 频响分析中没设置阻尼，导致共振频率点响应峰值过高
  
• 壳单元和实体单元如何连接？共节点连接会存在自由度不匹配问题，绑定接触和刚性单元连接相对更合理
  

边界条件问题

• 过约束/欠约束：比如空调随机振动实验时，空调直接放在实验台上，不做固定；仿真模型中必须固定空调底部安装点，否则无法计算，属于过约束，会导致螺栓安装点应力大于实验状态
  
• 集中力/均布载荷：同样的载荷简化成集中力或均布载荷，根据圣维南原理，只要合力大小和方向一致，只影响加载位置附近区域，不影响远端结果
  
• 弹簧自由度问题：实际弹性在六个自由度方向都有相应刚度，但只有拉压方向有准确的刚度数据，其他方向只能设置经验值，会导致结果存在误差
  
• 振动仿真模型中，接触面如何处理？
  
  
  
  • 接触面简化成绑定接触会增加刚度从而导致模态频率增大；
    
  • 不创建任何连接会导致刚度偏小从而导致模态频率降低；
    
  • 在两个在之间设置弹簧连接，需要调试弹簧刚度；
    
  • 先做接触非线性分析，再做预紧模态分析相对最准确，但也最费计算资源
    
  
  

算法问题

• 线性问题还是非线性问题：若用线性算法模拟非线性问题，会导致结果偏大
  
• 静力学问题还是动力学问题：若用静力学算法模拟存在共振的动力学问题，会导致结果偏小
  
• 用显式算法还是隐式算法：隐式算法精度相对高，但存在收敛性问题；显式算法精度相对低，但好收敛
  
• 大变形还是小变形：如果用小变形分析模拟大变形问题，得到的结果会偏小；在计算资源足够的情况下，尽量开启大变形
  

如果仿真技术路线成熟，也仔细检查过模型中可能存在的建模问题、边界条件问题以及算法问题，都没有发现问题，那么请相信自己的仿真结果，肯定是实验错了   
码字不易，点个赞吧，更多有限元相关硬核分享，请点击头像，查看我的主页 @熊库辛

长长的路

我所在的方向，大部分仿真，都是在自欺欺人，包括一些博士论文以及top期刊的水文，尤其是国内学者发的一些水文。
即便如此，仿真仍然是最重要的生产力工具，因为理论模型太难，细致全面的试验➕仿真类论文占据了行业顶刊的一大半。
由于试验成本比较高，其作用主要是用来验证仿真，然后用仿真开展一系列机理探讨以及影响因素分析，或者拟合一些工程模型。
纯实验论文的确也比较难写，需要有很深厚的基础功底。加上仿真后，各种酷炫云图曲线图会让别人读起来感觉很高大上，而且由于加上仿真后论文链条会变长，反而写起来更加容易。
说回主题。
我进入这个领域初期，只觉得仿真漂亮的论文真牛，和实验在多个维度的吻合都很好，一看作者大多是国内大佬实验室出来的论文，一篇接着一篇。深感自己还需要加强仿真学习，早日修成正果。
在我学习仿真两年有余后，我对这个领域也有了更深刻的认识。两年的仿真让我有很大的挫败感，也明白了很多道理。
最大的收获就是，仿真真是充满科技与狠活，谁胆大谁发top。真要打假，我这个方向我能打一堆。
截止目前，我还没有发过与仿真相关的论文，实在写不下去。唯一一次投的仿真论文，审稿专家一致认为与实验结果偏差太大，reject。
科研做通透了就会意识到，仿真与实验结果对不上并不是阻碍课题进展以及论文发表的关键，在编故事、讲故事面前真的不值一提，只要idea有了，把框架搭起来，里面的元素最终总会填满。
有的人掌握科技与狠活，可能只花了几天，有的人整天苦于对不上、不断学习改进，可能花了几年都对不上，前者论文发的哗啦啦，后者看的直眼红，但总有一天也会发现科技与狠活的存在，为了毕业、留校或者其他，被迫无奈，做出妥协。
过来人奉劝，不要过于纠结自己的结果对不上，不要过于迷信别人的论文能对上，也不要过于追求所有的仿真参数有理可循，有时候，科技与狠活还是需要适当用一用，科研没有那么神圣和纯粹，毕竟一切为了更好的生存与发展，落后就会挨打我是真的体会的很深刻。

继续前进

你急不急？
不急就调调实验和仿真的参数，总会碰上一组结果两边很像
急且不怕老板打你的话，可以加一句：“由于仿真环境无法完全模拟实验环境，所以仿真结果和实验结果存在正负x的误差，该误差属于测量误差，与本论文讨论的技术原理无关。”[手动狗头]

同花顺

以实验为准绳，改仿真数据，反正也不会有人重复你的仿真；
以仿真为准绳，改实验数据，反正也不会有人重复你的实验；
以直觉为准绳，改仿真和实验数据，反正也不会有人关心你做的是什么东西。