PSD譜
關注創建者：CAE攻城獅 創建時間：2019-04-02
PSD譜的視頻教程
汽車電驅動系統ANSYS仿真高級實戰：國標合規仿真、復雜模型處理、多物理場耦合分析等核心技能
上） 第13講：掃頻振動分析：電驅動系統齒輪嚙合接觸關系快速建立方法、比例阻尼及激勵載荷高級設置（下） 第14講：掃頻振動分析：電驅動系統動態響應評估與結果深度解析 第15講：定頻振動分析：定頻振動響應中的頻率選取、模態振型分析、阻尼特性與激勵頻率響應影響評估 第16講：振動聲學耦合：電驅動系統NVH諧波聲學仿真、聲振傳遞路徑分析、噪聲輻射評估與諧波噪聲抑制策略 第17講：隨機振動分析：PSD
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Fe-safe隨機振動疲勞分析與案例詳解
適用人群：Fe-safe軟件用戶、ABAQUS軟件用戶、FEA工程師、高校或科研院所相關工程師 Fe-safe隨機振動疲勞分析與案例詳解（免費）【已結束】? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?直播時間：2021-10-28 19:30 課程背景： fe-safe隨機振動疲勞分析，基于PSD載荷譜，對于復雜環境與工況的疲勞分析提供更豐富的分析方法。
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PSD譜的實例教程
需要將環境PSD譜，疊加共振頻率的駐頻進行振動仿真。當使用Ncode進行計算時可以實現同時輸入環境PSD譜和正弦駐頻。但是在Ansys Workbench進行隨機振動分析時，確不能同時輸入PSD譜和正弦駐頻。此時需要將正弦駐頻轉為窄帶隨機PSD譜，再將環境PSD與窄帶PSD的疊加譜輸入到Ansys Workbench進行隨機振動分析。
實現方法：
將正弦駐頻轉為窄帶隨機，可以依據1、能量等效原則。通過正弦信號的均方值等于窄帶隨機信號的均方值來換算。2、也可以通過兩種激勵狀態下結構的最大加速度響應幅值相等來換算。本文參考周炬老師《Ansys workbench有限元分析實例詳解-動力學》中給出的公式進行轉換。具體講解請參考教程。這里僅是將教材的轉換方法結合工作需求轉化為可以方便使用的excel工具。
應用介紹：
Excel工具表如下。
以下是進行PSD換算所需的輸入信息：
? 首先環境PSD譜線信息。
? 然后根據結構的模態仿真結果，確定結構固有頻率為駐頻點。
? 正弦激勵幅值：通常依據頻率值所在范圍有相對應的激勵幅值要求。
? 窄帶帶寬：通常由指定寬度、共振頻率的百分比等。
完成以上輸入信息后，點擊左上角“組合”按鈕即可得到，正弦駐頻轉窄帶隨機PSD+環境PSD的疊加結果。
將疊加后的PSD譜直接復制到Ansys Workbench中，再進行輸入Improved fit后即可進行正常隨機振動仿真。
示例：
1.模態疊加法隨機振動分析，計算結構模態。
2.根據產品工作環境輸入環境PSD譜，
3.根據模態仿真結果輸入，正弦駐頻頻率（通常由振型或者單位激勵的諧響應仿真的響應峰值確定）
幅值、帶寬：根據試驗要求結合頻率點確定。
展開 圖12：新事件14時域信號及PSD譜
圖13：新事件15時域信號及PSD譜
圖14：新事件16時域信號及PSD譜
上面的例子展示了使用CAEFatigue創新工具TIEM2PSD中的參數(如AutoD、AutoT和SUBEV)將時間信號轉換為自PSD和交叉PSD的靈活性。
當然，工程師仍然需要分析檢查輸入和輸出數據，以確認結果是可接受的。例如，AutoT功能需要一個控制PSD分辨率的KPTS條目，而KPTS條目可能受到許多參數的影響，例如采樣率。因此，在接受輸出之前，分析人員需要對PSD輸出進行可視化檢查，以確保它符合預期。
下面是使用不同的KPTS值創建的直接PSD輸出。當這些不同的PSD變化被用于一輛整車的振動疲勞分析(CAEFatigue用戶指南)時，損傷結果在0.113到0.200之間變化。這大約是50%的差異，因此，在選擇時域信號轉換中使用的PSD分辨率方面具有一定的靈活性。
圖15：KPTS系數對損傷的影響
展開 這一動作將產生疲勞分析所需的自PSD譜和交叉PSD譜。
圖10是一個由三部分組成的圖像，它總結了單個事件的轉換過程。上面的圖像(1)顯示了未經調節的原始時間信號。中間的圖像(2)顯示了使用AutoD過程去除時間信號中不需要部分后的時間信號。下圖(3)顯示了轉換時間信號的自psd結果。
區域1和2反映了事件中不造成損傷的區域。AutoD刪除事件的這些部分；即刪除事件中所有時間信號不產生損傷的部分，并為事件計算新的持續時間。這個修正的信號持續時間是疲勞計算所需要的。
使用PSDM繪圖器的自PSD譜和交叉PSD譜(實部和虛部)如圖10中（4）所示。整個圖10顯示了為調節這個載荷事件生成的整個PSD矩陣。這是將用于多輸入頻域疲勞分析的矩陣。
圖10：時域信號轉換圖
對于圖11，整個事件中有三段對損傷貢獻較大，如上所述，我們將自動管理矩陣項，可視化地檢查假設，刪除信號中不必要的部分，自動選擇FFT緩沖區長度窗口并刪除任何平均值偏移。然而，在這個例子中部分信號具有顯著不同的頻率內容。這種差異違反了平穩性假設，但這可以通過將事件分成不同的部分來處理，這些部分將公共頻率內容組合在一起。我們將使用工具SUBEV (CAEFatigue快速參考指南)將原先事件拆分為3個新事件，并將使用上面描述的過程進行分析。
圖11：時域信號
下面是拆分后的新時間信號和PSD譜。
展開 這一動作將產生疲勞分析所需的自PSD譜和交叉PSD譜。
圖10是一個由三部分組成的圖像，它總結了單個事件的轉換過程。上面的圖像(1)顯示了未經調節的原始時間信號。中間的圖像(2)顯示了使用AutoD過程去除時間信號中不需要部分后的時間信號。下圖(3)顯示了轉換時間信號的自psd結果。
區域1和2反映了事件中不造成損傷的區域。AutoD刪除事件的這些部分；即刪除事件中所有時間信號不產生損傷的部分，并為事件計算新的持續時間。這個修正的信號持續時間是疲勞計算所需要的。
使用PSDM繪圖器的自PSD譜和交叉PSD譜(實部和虛部)如圖10中（4）所示。整個圖10顯示了為調節這個載荷事件生成的整個PSD矩陣。這是將用于多輸入頻域疲勞分析的矩陣。
圖10：時域信號轉換圖
對于圖11，整個事件中有三段對損傷貢獻較大，如上所述，我們將自動管理矩陣項，可視化地檢查假設，刪除信號中不必要的部分，自動選擇FFT緩沖區長度窗口并刪除任何平均值偏移。然而，在這個例子中部分信號具有顯著不同的頻率內容。這種差異違反了平穩性假設，但這可以通過將事件分成不同的部分來處理，這些部分將公共頻率內容組合在一起。我們將使用工具SUBEV (CAEFatigue快速參考指南)將原先事件拆分為3個新事件，并將使用上面描述的過程進行分析。
圖11:時域信號
下面是拆分后的新時間信號和PSD譜。
展開 因為PSD譜為G加速度譜，所以在諧響應分析中施加加速度激勵，大小為9.8m/s^2，詳見下圖。
圖 6加速度設置
掃頻范圍參考PSD譜，將“Range Maximum”設置為500Hz。為準確捕捉共振響應，打開“ClusterReslut”選項。為避免共振響應失真，施加數值為0.01的阻尼比。
圖 7分析設置
3) 隨機振動疲勞計算
PSD譜輸入
雙擊“nCode SN VibrationPSD（DesignLife）”模塊中的solution進入nCode環境。右鍵點擊“VibrationGenerator”-properties，在彈出窗口輸入PSD譜。
圖 8 PSD譜設置
Advanced Edit
右鍵點擊“Vibration_Analysis”-Advanced Edit進入設置界面。在“Advanced Edit”中主要設置三個選項，分別為SN方法、組合方法、平均應力修正。其中“SN方法”的設置選項必須與疲勞壽命曲線的類型一致，比如用戶選定的材料疲勞壽命曲線是其在不同應力比下的數據，則在“SN方法”選項需設定為“MultiRRatioCurve”，若兩者不對應，提交計算會報錯。對于隨機振動疲勞而言，“組合方法”僅支持“CriticalPlane”，“AbsMaxPrincipal”，“SignedVonMises”。
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隨機振動分析使您能夠確定結構對本質上隨機的振動載荷的響應。隨機性是激勵或輸入的一個特征。典型應用包括飛行中的飛機所承受的載荷、在崎嶇道路上行駛的送貨卡車，以及海上結構物所承受的波浪載荷。許多隨機過程遵循高斯分布，也稱為正態分布。假設激勵遵循高斯分布。1σ值表示68.3%的時間內的發生率，而3σ值表示99.7%的時間內的發生率。在隨機振動分析中，由于輸入激勵本質上是統計性的，因此位移和應力等輸出響應也是統計性的
圖5 加速度PSD響應譜生成
3.3 振動疲勞分析設置，選擇Vibration on CAE Fatigue，建立三條振動載荷通道，分別是Z、Y及X。
在Vibration on CAE Fatigue模塊設置中，右鍵點擊Advanced Edit 點Yes；選擇duty cycle，并建立三個方向載荷，并將repeat count改為21h，即75600s。
需要將環境PSD譜，疊加共振頻率的駐頻進行振動仿真。當使用Ncode進行計算時可以實現同時輸入環境PSD譜和正弦駐頻。但是在Ansys Workbench進行隨機振動分析時，確不能同時輸入PSD譜和正弦駐頻。此時需要將正弦駐頻轉為窄帶隨機PSD譜，再將環境PSD與窄帶PSD的疊加譜輸入到Ansys Workbench進行隨機振動分析。
譜與定頻振動掃頻載荷如圖2～圖4 所示。
長壽命計算的仿真流程也是類似，只是多了個輸出振動過程的PSD譜，統計標準控制下測試時間內的結構疲勞損傷。
下圖為optistruct求解平臺下模態法計算長壽命的整個設置流程。
隨機振動分析步載荷輸入即加速度PSD功率譜密度可參考《GB38031-2020電動汽車用動力蓄電池安全要求》進行設置，完成各分析步參數設置后，提交計算。本次主要進行了Z向隨機振動分析。
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</div><p><br></p><p>使用可讀寫方式打開odb結果文件，然后打開插件界面如下圖所示，輸入加速度功率密度譜PSD
本文以某電子行業典型的PCB為例，介紹PCB隨機振動分析過程和仿真APP制作方法，并基于仿真APP對不同焊點材料、不同模態阻尼比、不同PSD加載譜量級下隨機振動響應RMS結果進行對比和評估。
1、仿真流程搭建
1）三維幾何模型導入
對模型進行必要的幾何簡化和清理，將stp幾何模型導入到Simdroid。
目錄
一、隨機振動的定義、特點及常見場景
二、隨機振動的數學特征--正態分布
三、 隨機振動信號為什么要用功率譜密度（PSD）表達？
四、如何將時域隨機振動曲線轉換得到功率譜密度曲線
五、 隨機振動分析理論
附.常見功率譜密度曲線給出形式
附.以dB/oct形式給出的功率譜密度曲線如何計算
附.國標中定義的PSD譜總均方根加速度值是如何計算的？
六.
一、概 要
1）案例描述
火箭藥柱在運輸過程中受到各方向的顛簸等激勵，這個隨機激勵可用PSD譜來描述。本案例仿真某型藥柱在水平PSD譜下的隨機響應。
2）幾何
某型藥柱幾何如圖1-1所示，取其四分之一模型進行分析，由紅色殼體、灰色絕熱層、綠色包覆層和藍色推進劑組成。
