ANSYS随机振动分析在电子行业的应用

作者：阮健， RUAN Jian

作者单位：国营第七一三厂(同方电子科技有限公司),江西九江,332007

刊名：

中国制造业信息化

英文刊名：Manufacturing Information Engineering of China

年，卷(期)：2011,40(23)

参考文献(1条)

1.刘阳.熊望娥.申维娜基于ANSYS的某航天光学指向摆镜系统的随机振动分析[期刊论文]-机械设计与制造 2010(04)本文链接：https://www.360docs.net/doc/6e9884519.html,/Periodical_jxsjyzzgc201123029.aspx

ANSYS随机振动理论

§4.5随机振动(PSD)分析步骤 PSD分析包括如下六个步骤： 1．建造模型； 2．求得模态解； 3．扩展模态； 4．获得谱解； 5．合并模态； 6．观察结果。以上六步中，前两步跟单点响应谱分析一样，后四步将在下面作详细讲解。ANSYS/Professional产品中不能进行随机振动分析。如果选用GUI交互方法进行分析，模态分析选择对话框（MODOPT命令）中包含有是否进行模态扩展选项（MXPAND命令），将其设置为YES就可以进行下面的：扩展模态。这样，第二步（求得模态解）和第三步（扩展模态）就合并到一个步骤中进行计算。 §4.4.9建造模型该步与其它分析类型建立模型的过程相似，即定义工作名、分析的标题、单元类型、单元实常数、材料性质、模型几何形状等。注意以下两点： ·只有线性行为在谱分析中才是有效的。任何非线性单元均作为线性处理。如果含有接触单元，那么它们的刚度始终是初始刚度，不再改变； ·必须定义材料弹性模量（EX）（或其他形式的刚度）和密度（DENS）。材料的任何非线性将被忽略，但允许材料特性是线性的、各向同性或各向异性以及随温度变化或不随温度变化。 §4.5.0获得模态解结构的模态解（固有频率和振型）是计算谱解所必须的。模态分析的具体过程在《模态分析》中已经阐述过，这里还需注意以下几点： ·使用Block Lanczos法（缺省）、子空间法或缩减法提取模态。非对称法、阻尼法、QR阻尼法以及PowerDynamics法对下一步谱分析是无效的；

·所提取的模态数目应足以表征在感兴趣的频率范围内结构所具有的响应； ·如果使用GUI交互式方法进行分析，模态分析设置[MODOPT]对话框的扩展模态选项置为NO状态，那么模态计算时将不进行模态扩展，但是可以选择地扩展模态（参看MXPAND命令的SIGNIF输入项的用法）。否则，将扩展模态选项置为YES状态。 ·材料相关阻尼必须在模态分析中进行指定； ·必须在施加激励谱的位置添加自由度约束； ·求解结束后退出SOLUTION处理器。 §4.5.1扩展模态无论选用子空间法、Block Lanczos法还是缩减法，都必须进行模态扩展。关于模态扩展，《动力学分析指南—模态分析》部分“扩展模态”一节有详细讲述。另外还需注意以下几点： ·只有扩展后的模态才能在以后的模态合并过程中进行模态合并操作； ·如果对谱所产生的应力感兴趣，这时必须进行应力计算。在缺省情况下，模态扩展过程是不包含应力计算的，这同时意味着谱分析将不包含应力结果数据。 ·模态扩展可以作为一个独立的求解过程，也可以放在模态分析阶段； ·在模态扩展结束之后，应执行FINISH命令退出求解器（SOLUTION）。正如《动力学分析指南—模态分析》部分中讲述的那样，在进行模态分析时执行MXPAND命令就可以将模态求解和模态扩展合并成一步（GUI交互方法和批处理方法）。 §4.5.2获得谱解功率谱密度谱求解时，系统数据库必须包含模态分析结果数据，以及模态求解获得的下列文件：Jobname.MODE、Jobname.ESAV、Jobname.EMAT、Jobname.FULL （仅子空间法和Block Lanczos法有）和Jobname.RST。 1.进入求解器(/SOLU命令) Command: /SOLU GUI: Main Menu > Solution

利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析.

利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析 ANSYS随机振动分析功能可以获得结构随机振动响应过程的各种统计参数（如：均值、均方根和平均频率等），根据各种随机疲劳寿命预测理论就可以成功地预测结构的随机疲劳寿命。本文介绍了ANSYS随机振动分析功能，以及利用该功能，按照Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法进行ANSYS随机疲劳计算的具体过程。１．随机疲劳现象普遍存在在工程应用中，汽车、飞行器、船舶以及其它各种机械或零部件，大多是在随机载荷作用下工作，当它们承受的应力水平较高，工作达到一定时间后，经常会突然发生随机疲劳破坏，往往造成灾难性的后果。因此，预测结构或零部件的随机疲劳寿命是非常有必要的。 2．ANSYS随机振动分析功能介绍 ANSYS随机振动分析功能十分强大，主要表现在以下方面： 1.具有位移、速度、加速度、力和压力等PSD类型； 2.能够考虑a阻尼、阻尼、恒定阻尼比和频率相关阻尼比；

3.能够定义基础和节点PSD激励； 4.能够考虑多个PSD激励之间的相关程度：共谱值、二次谱值、空间关系和波传播关系等； 5.能够得到位移、应力、应变和力的三种结果数据： 1σ 位移解，1σ速度解和1σ加速度解； 3．利用ANSYS随机振动分析功能进行疲劳分析的一般原理在工程界，疲劳计算广泛采用名义应力法，即以S-N 曲线为依据进行寿命估算的方法，可以直接得到总寿命。下面围绕该方法举例说明ANSYS随机疲劳分析的一般原理。当应力历程是随机过程时，疲劳计算相对比较复杂。但已经有许多种分析方法，这里仅介绍一种比较简单的方法，即Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法（应力区间如图1所示）：应力区间发生的时间 -1σ ~+1σ68.3%的时间 -2σ ~+2σ27.1%的时间

ANSYS动力学分析

第5章动力学分析结构动力学研究的是结构在随时间变化载荷下的响应问题，它与静力分析的主要区别是动力分析需要考虑惯性力以及运动阻力的影响。动力分析主要包括以下5个部分：模态分析：用于计算结构的固有频率和模态。谐波分析（谐响应分析）：用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。瞬态动力分析：用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可涉及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。谱分析：是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD输入（随机振动）引起的应力和应变。显式动力分析：ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。本章重点介绍前三种。【本章重点】 ?区分各种动力学问题； ?各种动力学问题ANSYS分析步骤与特点。 5.1 动力学分析的过程与步骤模态分析与谐波分析两者密切相关，求解简谐力作用下的响应时要用到结构的模态和振型。瞬态动力分析可以通过施加载荷步模拟各种何载，进而求解结构响应。三者具体分析过程与步骤有明显区别。 5.1.1 模态分析 1.模态分析应用用模态分析可以确定一个结构的固有频率利振型，固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参数。如果要进行模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析，固有频率和振型也是必要的。可以对有预应力的结构进行模态分析，例如旋转的涡轮叶片。另一个有用的分析功能是循环对称结构模态分析，该功能允许通过仅对循环对称结构的一部分进行建模，而分析产生整个结构的振型。 ANSYS产品家族的模态分析是线性分析，任何非线性特性，如塑性和接触(间隙)单元，即使定义也将被忽略。可选的模态提取方法有6种，即Block Lanczos(默认)、Subspace、Power Dynamics、Reduced、Unsymmetric、Damped及QR Damped，后两种方法允许结构中包含阻尼。 2.模态分析的步骤

ANSYS-随机振动分析功能实现随机疲劳分析

4.能够考虑多个PSD激励之间的相关程度：共谱值、二次谱值、空间关系和波传播关系等； 5.能够得到位移、应力、应变和力的三种结果数据： 1σ 位移解，1σ速度解和1σ加速度解； 3．利用ANSYS随机振动分析功能进行疲劳分析的一般原理在工程界，疲劳计算广泛采用名义应力法，即以S-N曲线为依据进行寿命估算的方法，可以直接得到总寿命。下面围绕该方法举例说明ANSYS随机疲劳分析的一般原理。当应力历程是随机过程时，疲劳计算相对比较复杂。但已经有许多种分析方法，这里仅介绍一种比较简单的方法，即 Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法（应力区间如图1所示）：应力区间发生的时间 68.3%的时 -1σ ~+1σArray间 27.1%的时 -2σ ~+2σ 间 4.33%的时 -3σ ~+3σ 间 99.73% 大于3σ的应力仅仅发生在0.27%的时间内，假定其不造成

任何损伤。在利用Miner定律进行疲劳计算时，将应力处理成上述3个水平，总体损伤的计算公式就可以写成：其中：：等于或低于1σ水平的实际循环数目（0.6831 ）；：等于或低于2σ水平的实际循环数目（0.271 ）；：等于或低于3σ水平的实际循环数目（0.0433 ）； , , ：根据疲劳曲线查得的1σ、2σ和3σ应力水平分别对应许可循环的次数。综上所述，针对Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法的ANSYS随机疲劳分析的一般过程是： (1) 计算感兴趣的应力分量的统计平均频率(应力速度/应力)； (2) 基于期望(工作)寿命和统计平均频率，计算1 ，2 和3 、和；水平下的循环次数 (3) 基于S-N曲线查表得到、和； (4) 计算疲劳寿命使用系数。显然，根据其他随机疲劳分析方法和ANSYS随机振动分析结果，我们还可以进行许多类似的疲劳分析计算。

ANSYS谱分析的概念步骤及关键点

ANSYS谱分析的概念、步骤及关键点谱是谱值和频率的关系曲线，反映了时间-历程载荷的强度和频率之间的关系。响应谱代表系统对一个时间-历程载荷函数的响应，是一个响应和频率的关系曲线。谱分析是一种将模态分析结果和已知谱联系起来的计算结构响应的分析方法，主要用于确定结构对随机载荷或随时间变化载荷的动力响应。谱分析可分为时间-历程分析和频域的谱分析。时间-历程谱分析主要应用瞬态动力学分析。谱分析可以代替费时的时间-历程分析，主要用于确定结构对随机载荷或时间变化载荷（地震、风载、海洋波浪、喷气发动机推力、火箭发动机振动等）的动力响应情况。谱分析的主要应用包括核电站（建筑和部件），机载电子设备（飞机/导弹），宇宙飞船部件、飞机构件，任何承受地震或其他不规则载荷的结构或构件，建筑框架和桥梁等。功率谱密度（Power Spectrum Density）：是结构在随机动态载荷激励下响应的统计结果，是一条功率谱密度值-频率值的关系曲线，其中PSD可以是位移PSD、速度PSD、加速度PSD、力PSD等形式。数学上，PSD-频率关系曲线下面的面积就是方差，即响应标准偏差的平方值。 ANSYS谱分析分为3种类型： *响应谱分析（SPRS OR MPRS） ANSYS响应谱分为单点响应谱和多点响应谱，前者指在模型的一个点集（不局限于一个点）定义一条响应谱；后者指在模型的多个点集定义多条响应谱。 * 动力设计分析（DDAM）动力分析设计是一种用于分析船舶装备抗震性的技术 *随机振动分析（PSD）随机振动分析主要用于确定结构在具有随机性质的载荷作用下的响应。与响应谱分析类似，随机振动分析也可以是单点的或多点的。。在单点随机振动分析时，要求在结构的一个点集上指定一个PSD；在多点随机振动分析时，则要求在模型的不同点集上指定不同的PSD。一单点响应谱分析基本步骤（1）建立模型（2）求得模态解（3）求得谱解（4）扩展模态（5）合并模态（6）观察结果 1.模型的建立 *只允许线性行为，任何非线性特性均作为线性处理，即非线性行为无效； *一定要定义弹性模量EX和密度DENS

随机振动分析实例

ANSYS 动力分析(18) - 随机振动分析- 实例(1) 2010-09-26 07:41:23| 分类：ANSYS 动力分析| 标签：随机振动实例模型飞机机翼psd|举报|字号订阅 PSD 实例：模型飞机机翼的随机振动说明：确定由于施加在机翼根部的Y 向加速度PSD，在模型飞机机翼中造成的位移和应力。假设机翼在Z=0 处固支。操作指南 1. 清除数据库并读入文件wing. inp 以创建几何模型和网格。

2. 定义材料属性：弹性模量= 38000 psi 泊松比= 0.3 密度= 1.033E-3/12 lbf-sec2/in4 = 8.6083E-5 3. 施加边界条件。提示：选择在areas 上施加位移约束，拾取Z=0 处所有的Areas，约束所有自由度。

4. 定义新分析为Model，使用Block Lanczos 方法，抽取和扩展前15 个自然模态。然后求解Current LS。 5. 查看模态形状，如图为前 4 阶振型。

6. 使用所显示的 PSD 谱，执行 PSD Spectrum 分析。首先定义分析类型为 Spectrum 分析类型为 PSD，使用全部模态，计算单元应力：注意激活“Calculate elem stresses”选项。 7. 在基础上施加指定的 PSD 谱 (注意：确保 PSD 的单位是 G2/Hz)。

施加 Y 向激励 (方法是：在基础节点上施加单位 Y 向位移)。设置常阻尼比 0.02：

设置有关参数–重力加速度值注意：响应谱类型选择 Accel (g**2/Hz)，否则后面的 PSD 谱应该输入实际加速度值：定义 PSD 谱表格：

ANSYS随机振动理论

§4、5随机振动(PSD)分析步骤 PSD分析包括如下六个步骤： 1．建造模型； 2．求得模态解； 3．扩展模态； 4．获得谱解； 5．合并模态； 6．观察结果。以上六步中，前两步跟单点响应谱分析一样，后四步将在下面作详细讲解。ANSYS/Professional产品中不能进行随机振动分析。如果选用GUI交互方法进行分析，模态分析选择对话框（MODOPT命令）中包含有就是否进行模态扩展选项（MXPAND命令），将其设置为YES就可以进行下面得：扩展模态。这样，第二步（求得模态解）与第三步（扩展模态）就合并到一个步骤中进行计算。 §4、4、9建造模型该步与其它分析类型建立模型得过程相似，即定义工作名、分析得标题、单元类型、单元实常数、材料性质、模型几何形状等。注意以下两点： ·只有线性行为在谱分析中才就是有效得。任何非线性单元均作为线性处理。如果含有接触单元，那么它们得刚度始终就是初始刚度，不再改变； ·必须定义材料弹性模量（EX）（或其她形式得刚度）与密度（DENS）。材料得任何非线性将被忽略，但允许材料特性就是线性得、各向同性或各向异性以及随温度变化或不随温度变化。 §4、5、0获得模态解结构得模态解（固有频率与振型）就是计算谱解所必须得。模态分析得具体过程在《模态分析》中已经阐述过，这里还需注意以下几点： ·使用Block Lanczos法（缺省）、子空间法或缩减法提取模态。非对称法、阻尼法、QR阻尼法以及PowerDynamics法对下一步谱分析就是无效得；

·所提取得模态数目应足以表征在感兴趣得频率范围内结构所具有得响应； ·如果使用GUI交互式方法进行分析，模态分析设置[MODOPT]对话框得扩展模态选项置为NO状态，那么模态计算时将不进行模态扩展，但就是可以选择地扩展模态（参瞧MXPAND命令得SIGNIF输入项得用法）。否则，将扩展模态选项置为YES状态。 ·材料相关阻尼必须在模态分析中进行指定； ·必须在施加激励谱得位置添加自由度约束； ·求解结束后退出SOLUTION处理器。 §4、5、1扩展模态无论选用子空间法、Block Lanczos法还就是缩减法，都必须进行模态扩展。关于模态扩展，《动力学分析指南—模态分析》部分“扩展模态”一节有详细讲述。另外还需注意以下几点： ·只有扩展后得模态才能在以后得模态合并过程中进行模态合并操作； ·如果对谱所产生得应力感兴趣，这时必须进行应力计算。在缺省情况下，模态扩展过程就是不包含应力计算得，这同时意味着谱分析将不包含应力结果数据。 ·模态扩展可以作为一个独立得求解过程，也可以放在模态分析阶段； ·在模态扩展结束之后，应执行FINISH命令退出求解器（SOLUTION）。正如《动力学分析指南—模态分析》部分中讲述得那样，在进行模态分析时执行MXPAND命令就可以将模态求解与模态扩展合并成一步（GUI交互方法与批处理方法）。 §4、5、2获得谱解功率谱密度谱求解时，系统数据库必须包含模态分析结果数据，以及模态求解获得得下列文件：Jobname、MODE、Jobname、ESAV、Jobname、EMAT、Jobname、FULL（仅子空间法与Block Lanczos法有）与Jobname、RST。 1、进入求解器(/SOLU命令) Command: /SOLU GUI: Main Menu > Solution

workbench随机振动实例

第N章随机振动案例下面介绍对一个任意模型加载中国军用标准中振动试验标准所规定的功率密度谱来演示ANSYS WOKBENCH 14.0 机械设模块动力学分析中随机振动分析模块的基本操作过程。 1.5.1案例介绍本案例主要参考了GJB150.16-1986：《中华人民共和国国家军用标准--军用设备环境试验方法--振动试验》。其部分内容如下： “本标准规定了军用设备振动试验方法，是制订军用设备技术条件或产品标准等技术文件的相应部分的基础和选则依据”。根据标准第2.3.1条规定，“作为固紧货物的设备通过陆地、海上或空中运输时都将遇到这种环境。陆上运输环境比海上或空中更为严重，而且所有海上或空中运输的前后都将包括陆上运输，因此以陆上运输来作为基本运输环境。陆上运输环境包括公路运输和铁路运输，而公路运输比铁路运输更为严重因此以公路运输来作为运输环境。公路运输的环境是一种宽带振动，它是由于车体的支撑、结构与路面平度的综合作用产生的。设备的运输一般是指从制造厂到用户以及用户之间所经受的典型环境。这些运输科分为两个阶段，公路运输和野战任务运输野战任务运输通常是由双轮拖车，2.5~10T的卡车，半拖车和（或）履带车来完成，典型举例是500KM。路面条件差，在战斗环境下将经历恶劣的路面和原始地形”。由于野战运输环境下的功率密度谱的振动更强，故笔者选用了标准中规定了第一类设备在“基本运输环境”中第98，99页“双轮拖车环境”的功率密度谱。本次通过使用军用标准中激励相对较强的功率密度谱进行分析，可以体现较为严格的环境从而更完整的展示结构在随机振动激励下的各种响应情况。 1.5.2启动Workbench并建立分析项目 (1) 打开ANSYS WORKBENCH 14.0，并双击Toolbox（工具箱）→Analysis System（分析系统）→Model（模态分析），如图-1所示。（2）单击Random Vibration（随机震动）模块，按住鼠标并将其拖动到项目管理区分析项目A6 Solution（分析）中。如图-2所示。这样模态分析结果会作为随机振动分析的条件，两个分析数据也会互相连接共用。操作完毕后会如图-3所示。

ansys分析随机振动

Random Vibration Analysis with ANSYS and Verification By Ye Zhou May 2002

Table of Contents 1I NTRODUCTION TO R ANDOM V IBRATION (3) 1.1Failure Modes in Random Vibration (3) 1.2Random Vibration Input Curve and Units (3) 1.3Normal Distribution Curve (4) 1.4PSD for Fatigue Calculation (5) 2F ORMULATION (6) 2.1Steinberg formulation [1. 9.16]: (6) 2.2Thomson formulation [2. 10.3]: (7) 2.3Newland formulation [4. 7]: (7) 3ANSYS P ROCEDURES (8) 4R EFERENCES (10) 5A PPENDIX –ANSYS PSD I NPUT/O UTPUT F ILE (11) 5.1Input File (11) 5.2Output File (13) List of Figures Figure 1 Typical white noise curve with a constant input power spectral density (PSD) (4) Figure 2 Sample 1-DOF model (6) Figure 3 ANSYS calculated output PSD (8) List of Tables Table 1 Type of spectral densities (4) Table 2 Safety index/sigma values used in building codes (6) Table 3 ANSYS results verification (9) Table 4 ANSYS PSD result load steps (9)