振動疲勞分析
關注創建者：江湖一狼 創建時間：2019-01-17
振動疲勞分析的視頻教程
正弦掃頻+定頻+多軸+PSD新能源汽車電池包Hyperworks+Ncode國標振動疲勞仿真分析教程
此課程是對振動疲勞分析的總結，詳細介紹了新能源汽車電池包在GB31467.3及其修正部分中第三部分要求的PSD振動疲勞、正弦掃頻振動疲勞、多軸振動疲勞及定頻振動疲勞的仿真方法。其中GB要求的有PSD振動疲勞、正弦掃頻及多軸振動疲勞，定頻部分車企一般作為對標分析的一部分。通過課程讓大家了解各種振動疲勞仿真分析的方法以及各種方法的異同，同時給企業人員選擇振動標準時有個參考依據。
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Ansys nCode DesignLife 振動疲勞分析
會議簡介： 常規的疲勞強度分析方法一般僅處理工作載荷中“相對”靜載荷部分的疲勞問題，可視為靜力學處理方法。實際上，相當多的結構部件同時承受靜態及動態交變載荷的作用，當結構所受動態交變載荷(如振動、沖擊、噪聲載荷等)的頻率分布與結構固有頻率分布具有交集或相接近時，結構產生共振，進而導致疲勞破壞，此時則應當考慮振動疲勞。振動疲勞破壞機理與靜態疲勞破壞基本一致。
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振動疲勞分析的實例教程
車載動力電池包在電動汽車行駛過程中承受著振動載荷的持續作用，因此振動試驗是電池包可靠性試驗中的重要部分。動力電池包作為電動汽車的儲能裝置，在可靠性發生失效的情況下，尤其是當一些關鍵部件或結構失效（例如出現松動、斷裂等情況）時，電池單體或者模組將發生位移、晃動或者被擠壓的情況，這將進一步造成相關部件的加速損壞，導致漏電或者采樣傳感器的失效，甚至誘發電池性能衰減，管理系統失效、電能中斷或起火爆炸等情況的發生。因此動力電池包的振動試驗也與安全性緊密相關，一直是動力電池測試評價領域關注的重點。本文利用通用疲勞壽命分析軟件Alphatigue進行電池包的隨機振動疲勞分析。
1.有限元仿真模型
頻率響應分析采用MSC.Nastran求解，分析模型的殼單元采用CQUAD4和CTRIA3單元模擬，各部件之間通過RBE2進行連接，模型總計18473個單元和18622個節點，如圖1所示。
圖1 車載動力電池包的有限元模型
2.電池包隨機振動疲勞分析流程的模塊卡片組搭建
選擇Alphatigue圖形界面的方式快速搭建隨機振動疲勞分析流程，如圖2所示。一個完整的隨機振動疲勞分析流程共分為模型輸入與工況選擇、功率譜密度文件輸入和SN求解器三部分。
圖2針對電池包隨機振動疲勞分析流程的模塊卡片組
3.工況選擇
電池包有限元分析模型共包含PSHELL_1和PSHELL_2兩個Section，如圖3所示。加載位置為電池包與車體連接點位置。
展開 圖8 損傷結果
圖9 壽命結果
圖10 應力均方根
四、結果評價
對電池包支架進行振動疲勞分析，可以將電池包振動疲勞分析整個流程固化下來，包括PSD載荷、求解參數設置等，若后續需要更新模型或材料，直接在此模型上進行修改即可完成振動疲勞分析；通過分析可以預測電池包的支架疲勞損傷是否滿足要求，如本例中根據《GBT 31467.3-2015 電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統 第3部分 安全性要求與測試方法》中7.1振動疲勞法規要求，按規定的功率譜密度及仿真時間，電池包總損傷為0.848。小于1，理論滿足法規要求。
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為什么要進行隨機振動疲勞分析？
如何進行隨機振動疲勞分析？
2.1 頻率響應計算
計算頭文件設置
2.2 ncode隨機振動疲勞分析
有限元結果
載荷
材料
疲勞計算模塊設置
1.為什么要進行隨機振動疲勞分析？
汽車行駛中路面的隨機激勵會引起結構的強迫振動，路試和用戶反饋出的汽車構件及焊縫開裂損壞的情況中，大部分是疲勞破壞。對路面激勵比較敏感的構件在前期開發過程中進行強度及疲勞壽命的分析顯得尤為重要，及時為產品開發提供技術指導和設計參考。
2.如何進行隨機振動疲勞分析？
下面以電池包振動疲勞分析為例描述隨機振動疲勞分析的過程（ncode15.0）。
隨機振動分析是模擬汽車行駛時路面凹凸不平造成Pack經歷這種隨機振動的載荷工況時的疲勞壽命。
按照"GB/T31467.3-7.1振動"一條要求，蓄電池包需要在振動臺上進行三個方向上振動試驗，測試從Z軸開始，然后是Y軸，最后是X軸。每個方向的測試時間是21個小時。
注1：z方向一般比y向工況嚴苛，y比x嚴苛。從最嚴苛方向開始做可以在最短時間發現問題，避免不必要的測試。但是在仿真計算中，由于采用的miner線性疲勞方法，載荷順序不影響壽命計算結果。
注2：21小時測試時間與10年或24萬公里使用時間對應。
案例
第一步：頻率響應計算(nastran或optistruct)，分別計算支架在三個方向單位動態激勵下的應力
結果中可以看到在共振峰位置頻率分別率得到了細化。
第二步：利用上面計算的頻率響應應力結果計算疲勞。
疲勞分析五框圖
1.有限元分析結果
拖入FE Input，雙擊可載入模型頻率響應有限元結果。
展開 結論
本文介紹隨機疲勞壽命分析的基礎理論，并使用有限元軟件ABAQUS與Fe-safe聯合仿真技術，在基于PSD譜上，對某一啞鈴狀板梁進行了隨機振動疲勞壽命仿真分析，同時也介紹了該聯合仿真分析的流程。在分析結果中，對比了隨機振動仿真的RMS計算結果和fe-safe隨機疲勞壽命的計算結果，評估分析結果的可信度。此疲勞仿真分析技術對產品的開發有著重要的幫助，可以在產品設計階段有效控制其疲勞壽命, 指導結構設計，縮短開發周期，降低開發成本。
此外，后期我會補充一些實際項目中的應用案例，為讀者在解決實際的工程問題中提供一定的參考,敬請期待！
參考文獻
[1] 劉龍濤，李傳日，程祺. 某結構件的隨機振動疲勞分析[J]. 振動與沖擊，2013, 32(21)
[2] 林 明，謝里陽. 疲勞壽命預測頻域方法分析與比較[J]. 失效分析與預防，2016，11(5)
[3] 楊萬均，施榮明. 隨機振動應力幅值的分布規律[J]. 機械設計與研究，2011，27(6)
[4] 李西順. 基于OptiStruct的電動汽車電池包振動疲勞分析. Altair技術大會優秀論文
[5] 達索公司. Abaqus Analysis User's Manual. SIMULIA Abaqus 6.14
[6] 達索公司. fe-safe user manual. SIMULIA fe-safe 2018
展開 電動汽車動力電池振動疲勞性能優化
VibrationFatigue Optimization for Electric Vehicle Power Battery
摘 要：基于整車運行工況及動力電池安全相關法規要求，需對動力電池進行振動疲勞性能驗證。采用標準振動載荷及疲勞分析軟件，可根據流程實現動力電池振動疲勞數值仿真分析。通過分析動力電池模態初步判斷振動疲勞風險部件，并為頻響分析提供支持；通過頻響分析初步判斷風險工況，并為振動疲勞提供計算輸入；振動疲勞分析發現并驗證風險位置，具體壽命及需整改區域。使用Altair軟件OptiStruct形貌優化對風險區域進行分析，確認優化方向及優化效果；結合結構特點及實現工藝設計優化風險部件，模態分析驗證了形貌優化及設計的正確性。對優化后動力電池頻響及振動疲勞性能分析，動力電池振動疲勞滿足預設指標，使用形貌優化方法提高動力電池振動疲勞性能是有效的。
關鍵詞：電動汽車，動力電池，振動疲勞，OptiStruct，頻響。
Abstract:Power Battery vibration fatigue performance is important to thevehicle, and the safety requirement of Power Battery is set up in manycountries, such as GB/T31467, etc.
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本次 ANSYS 車燈振動疲勞分析研討會，圍繞輸入數據規范、核心分析方法、仿真結果解讀及工程優化建議四大模塊展開教學，幫助工程師快速掌握從數據準備到方案迭代的全流程仿真技能，高效解決車燈振動疲勞失效難題。
本文原刊登于Ansys.com：《Analyzing Noise, Vibration, and Harshness With Ansys Motor-CAD NVH Tuning》
作者： Shi-Uk Chung | Ansys 高級應用工程師
編輯整理：王楊 | Ansys 主任應用工程師
噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH）是電機設計與性能的關鍵因素。過高的NVH會導致產品壽命縮短
概述：
本文將對一個壓力容器進行等幅疲勞分析。該壓力容器同時承受壓力及熱載荷。本文將學習如何定義主導疲勞損壞的S-N曲線，并討論多個載荷事件的交互。此外，本文還將介紹如何正確的解釋疲勞結果。
項目描述：
材料為“7075-T6(SN)鋁合金”的壓力容器將接受疲勞壽命的評估，它將同時承受等幅的應力和熱應力載荷。壓力載荷在0.066~3.3Mpa之間波動，
問題在最后一張圖，如圖一進入ncode打開Edit Material Map，默認進入的材料類型是SN R-ratio multi-curve，Material Group共有482個圖3（1-482），但到307后有個Default Material（圖2）…
噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH）是電機設計與性能的關鍵因素。過高的NVH會導致產品壽命縮短、維護成本增加和客戶滿意度下降。因此，在設計階段早期解決NVH挑戰至關重要，以避免設計階段后期出現重大NVH問題。
電機NVH分析本質上是一個結合了電磁和機械分析的、復雜的多物理場問題——因為電機NVH問題通常源于電磁力與結構組件（如定子）之間的相互作用。因此，全面了解電機的電磁和機械屬性對于準確預測其NVH
結構力學分析（靜力/動力/疲勞）、多體系統仿真（MBD）、鑄造/成型過程模擬是一個非常經典且覆蓋面廣的工業仿真問題，涵蓋了機械、材料和制造工程的核心領域。作為UltraLAB圖形工作站的廠商，深入理解這些算法的計算特性，是為客戶提供精準、高效硬件配置方案的基礎。
我將為您逐一解析這三大仿真領域。
核心結論速覽表
研討會主題：
特征分析和振動診斷—旋轉機械的分析技術
研討會內容：
旋轉機械是現代機械與機電產品的核心，從家用的洗衣機、割草機到工業中的齒輪箱，無處不在。在產品設計與研發中，深刻理解其振動與噪聲特征至關重要。本課程將帶您深入“特征分析與振動診斷”的世界。
內容包括：
機器的激勵源
機器的測量信號頻譜
時頻分析
倒譜
高級分析技術
培訓日程：
培訓時間：9月25-26日
培訓地點：騰訊會議在線
面向人群：針對具有CAE應用基礎，欲進行疲勞分析的工程技術人員
培訓目標：
?了解CAEfatigue的功能；
?使用CAEfatigue進行疲勞分析的過程、參數設置以及軟件操作方法和技巧；
?使用CAEfatigue進行實際工程結構和產品的疲勞壽命分析。
培訓費用：培訓免費，上機培訓參加請自帶電腦
圖8 損傷結果
圖9 壽命結果
圖10 應力均方根
四、結果評價
對電池包支架進行振動疲勞分析，可以將電池包振動疲勞分析整個流程固化下來，包括PSD載荷、求解參數設置等，若后續需要更新模型或材料，直接在此模型上進行修改即可完成振動疲勞分析；通過分析可以預測電池包的支架疲勞損傷是否滿足要求，如本例中根據《GBT 31467.3-2015 電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統
