概述：

本案例介紹了在 GoPro 相機上進行諧波分析的流程。GoPro 相機在實際工況載荷作用下，極易受到低頻振動影響，因此檢測并規避共振引發的零部件損傷風險至關重要。本文完整展示了 GoPro 相機諧響應分析的操作流程，并闡明了增加阻尼對結構受激振動特性的影響規律。

目標：

1、理解在 ANSYS 中進行諧波分析的工作流程；

2、加深對共振與阻尼原理的理解，并掌握二者在工程實際中的應用方法。

步驟：

1、打開 ANSYS Workbench，新建諧波響應分析項目，并檢查單位設置。

2、為所有零部件定義材料屬性。材料詳細參數可參考模型文件；本次仿真僅用于演示操作流程，非精密工程設計，因此所有材料參數均為假設取值。

3、導入幾何模型。

圖1 GoPro相機的幾何結構

4、搭建模型，為幾何體賦予材料屬性，定義綁定接觸與關節。如圖 2 所示，創建兩個旋轉關節；設置扭轉剛度為 2000 N?mm/rad，并將其賦予兩處關節。采用 5mm 全局網格尺寸及線性單元完成模型網格劃分。

圖 2 模型所定義旋轉關節示意圖

5、定義分析設置并施加邊界條件。相機實際工作載荷的頻率大概率處于低頻區間，因此將分析頻率范圍設定為 0~30Hz。設置 30 個求解間隔，采用完全求解法，并設定恒定結構阻尼系數為 0.02。以外加位移的形式對下方環形結構施加外部激勵（見圖 3）。

圖 3 位移邊界條件示意圖

6、運行仿真并分析結果，輸出圖 4 所示零部件的變形頻率響應。由圖 5 可見，結構在8Hz處發生共振，Z 向最大變形可達 37mm。過大的變形量無法滿足設計要求，因此將為關節增設阻尼，以改善結構動力學性能。

圖 4 變形頻率響應提取設置

圖 5 Z 向變形頻率響應

7、為關節增加阻尼并重新開展仿真計算。返回 Workbench 平臺，復制諧響應分析系統。在新分析項目中，為兩個旋轉關節統一賦予阻尼值：100 N?mm?s/rad，之后重新求解計算。優化后的變形頻率響應結果如圖 7 所示。由結果可見，增設阻尼可有效規避構件共振，并顯著降低最大變形量。

圖 6 增加阻尼后的 Z 向變形頻率響應

總結：

本文以 GoPro 運動相機為研究對象，完整展示了諧響應分析的仿真流程，并通過仿真手段優化結構設計，從而避免相機內部零部件發生損壞。