隨機振動疲勞
關(guān)注創(chuàng)建者：Leon_sun 創(chuàng)建時間：2020-03-17
隨機振動疲勞的視頻教程
Workbench+nCode隨機振動疲勞壽命評估
? ? ?本次課程介紹基于Ansys Workbench，采用nCode搭建評估系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品的隨機振動疲勞壽命評估。
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hypermesh、nastran、ncode電機支架單軸和多軸隨機振動疲勞分析
目錄 第一節(jié)、電機支架單軸隨機振動疲勞分析 第二節(jié)、電機支架多軸隨機振動疲勞分析
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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?；蚩蒲性核嚓P(guān)工程師 Fe-safe隨機振動疲勞分析與案例詳解（免費）【已結(jié)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(fù)雜環(huán)境與工況的疲勞分析提供更豐富的分析方法。
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隨機振動疲勞的實例教程
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(xù)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(fā)生失效的情況下，尤其是當一些關(guān)鍵部件或結(jié)構(gòu)失效（例如出現(xiàn)松動、斷裂等情況）時，電池單體或者模組將發(fā)生位移、晃動或者被擠壓的情況，這將進一步造成相關(guān)部件的加速損壞，導(dǎo)致漏電或者采樣傳感器的失效，甚至誘發(fā)電池性能衰減，管理系統(tǒng)失效、電能中斷或起火爆炸等情況的發(fā)生。因此動力電池包的振動試驗也與安全性緊密相關(guān)，一直是動力電池測試評價領(lǐng)域關(guān)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(yīng)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(jié)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 4.3.2 隨機振動分析結(jié)果
由Abaqus計算隨機振動，獲得均方根（RMS）應(yīng)力，Mises均方根應(yīng)力如圖9所示。最大應(yīng)力位置出現(xiàn)在靠近固定的拐角處。故振動疲勞分析重點留意此區(qū)域附近。
4.3.3 隨機振動疲勞分析結(jié)果
使用fe-safe計算振動疲勞壽命，獲得算例最短的振動時間 T=10E+4.52=33113秒 ，算例模型中最短壽命區(qū)域與隨機振動分析結(jié)果相吻合。
5. 結(jié)論
本文介紹隨機疲勞壽命分析的基礎(chǔ)理論，并使用有限元軟件ABAQUS與Fe-safe聯(lián)合仿真技術(shù)，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(lián)合仿真分析的流程。在分析結(jié)果中，對比了隨機振動仿真的RMS計算結(jié)果和fe-safe隨機疲勞壽命的計算結(jié)果，評估分析結(jié)果的可信度。此疲勞仿真分析技術(shù)對產(chǎn)品的開發(fā)有著重要的幫助，可以在產(chǎn)品設(shè)計階段有效控制其疲勞壽命, 指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。
此外，后期我會補充一些實際項目中的應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yù)測頻域方法分析與比較[J]. 失效分析與預(yù)防，2016，11(5)
[3] 楊萬均，施榮明. 隨機振動應(yīng)力幅值的分布規(guī)律[J]. 機械設(shè)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(shù)大會優(yōu)秀論文
[5] 達索公司. Abaqus Analysis User's Manual.
展開 隨機振動疲勞分析實例-ncode ￥15
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(yīng)計算
計算頭文件設(shè)置
2.2 ncode隨機振動疲勞分析
有限元結(jié)果
載荷
材料
疲勞計算模塊設(shè)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(jié)構(gòu)的強迫振動，路試和用戶反饋出的汽車構(gòu)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(gòu)件在前期開發(fā)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(chǎn)品開發(fā)提供技術(shù)指導(dǎo)和設(shè)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(jīng)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(fā)現(xiàn)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(jié)果。
注2：21小時測試時間與10年或24萬公里使用時間對應(yīng)。
案例
第一步：頻率響應(yīng)計算(nastran或optistruct)，分別計算支架在三個方向單位動態(tài)激勵下的應(yīng)力
結(jié)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(yīng)應(yīng)力結(jié)果計算疲勞。
疲勞分析五框圖
1.有限元分析結(jié)果
拖入FE Input，雙擊可載入模型頻率響應(yīng)有限元結(jié)果。
展開 電子產(chǎn)品在使用過程中，難免會受到各種形式的振動沖擊，這類激勵通常具有隨機性和不確定性，迫使產(chǎn)品局部承受較大交變應(yīng)力進而引起振動疲勞失效。本文將以顯卡模型為例，闡述如何使用ANSYS Mechanical聯(lián)合ANSYS nCode DesignLife進行隨機振動疲勞仿真。
大咖慧網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)
2022年5月24日-26日，安世亞太大咖慧推出電子行業(yè)疲勞壽命專題線上培訓(xùn)，專題講座包含：隨機振動載荷下支撐構(gòu)件疲勞壽命評估、PCB電路板中的焊點可靠性分析、PCB電路板疲勞壽命分析內(nèi)容，不容錯過。
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案例背景描述
計算幾何為簡化的顯卡模型，見下圖。PCB板、金屬支架材料為結(jié)構(gòu)鋼，其余構(gòu)件簡化為鋁合金。金屬支架左側(cè)3端面固定支撐，隨機振動載荷類型為G加速度譜，方向為Y向，具體數(shù)值見圖，計算該工況下的疲勞壽命。
圖 1模型
圖2 G加速度譜
1、仿真流程搭建
為提升計算效率，本例采用MSUP諧響應(yīng)分析聯(lián)合nCode進行隨機振動疲勞仿真。具體模塊搭建如下：
圖 3仿真流程
注：使用該方法進行隨機振動疲勞計算時，需先將nCode模塊拖拽至“modal”模塊處，然后再將“Harmonic Response”的solution與“nCode”的solution相連，完成流程搭建。若直接將“Harmonic Response”與“nCode”相連，在后續(xù)提交計算時，軟件會提示沒有材料數(shù)據(jù)，無法進行求解計算。
展開 2.5 輸出模型應(yīng)力響應(yīng)結(jié)果，作為隨機振動疲勞輸入。頻率響應(yīng)分析工況設(shè)置如下圖所示：
圖3 電池包頻響分析設(shè)置
基于Ncode的隨機振動疲勞分析
3.1 頻率分析結(jié)果讀入，首先搭建疲勞分析五框圖，將頻響分析結(jié)果導(dǎo)入到五框圖中的FEinput模塊
圖4 隨機振動疲勞分析流程圖
3.2 定義PSD曲線，選擇Vibration on Generator，生成ZYX三個方向PSD加速度頻譜。
圖5 加速度PSD響應(yīng)譜生成
3.3 振動疲勞分析設(shè)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(shè)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。
3.4 材料設(shè)置 按照電池包安裝支架材料牌號，設(shè)置材料SN曲線，材料SN曲線如圖6所示：
圖6 材料SN曲線設(shè)置
上述步驟設(shè)置完畢后提交計算，在Ncode軟件中完成電池包隨機振動疲勞分析，分析全流程如圖7所示：
圖7 計算流程
3.5分析結(jié)果讀取
通過臺架振動疲勞分析，得到該支架最大損傷節(jié)點75842812為0.848，RMS應(yīng)力值為58.16MPa，最小壽命為1.770次，即電池包振動疲勞在三個方向各經(jīng)過21小時后，可以循環(huán)1.77次。
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隨機振動疲勞的最新內(nèi)容
研討會簡介：
車燈在路面顛簸、發(fā)動機激勵下易出現(xiàn)支架斷裂、焊點疲勞等問題，是汽車可靠性開發(fā)的重點。本次 ANSYS 車燈振動疲勞分析研討會，圍繞輸入數(shù)據(jù)規(guī)范、核心分析方法、仿真結(jié)果解讀及工程優(yōu)化建議四大模塊展開教學(xué)，幫助工程師快速掌握從數(shù)據(jù)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。
適合人群:
汽車車燈、電子電器行業(yè)的結(jié)構(gòu)仿真工程師、可靠性工程師
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隱式建模
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）…
*本文投稿自通信行業(yè)用戶朱在生
背景
電子產(chǎn)品在出廠前，需要經(jīng)過嚴格的測試，保證能在各種工況下的機械和電性能可靠性。測試只能在實物打樣出來以后進行，如果不通過，將會導(dǎo)致設(shè)計的返工，如果設(shè)計階段能快速進行 CAE 仿真評估產(chǎn)品在各種工況下的性能，將能極大的提高后期測試一次通過率，縮短開發(fā)周期和降低開發(fā)成本。傳統(tǒng)的有限元仿真，對于復(fù)雜仿真，分析周期長，經(jīng)常不能適應(yīng)快速迭代設(shè)計需求。本文采用 SimSolid
<p class="ql-align-right">*本文投稿自通信行業(yè)用戶朱在生</p><p><br></p><p><strong>背景</strong></p><p><br></p><p>電子產(chǎn)品在出廠前，需要經(jīng)過嚴格的測試，保證能在各種工況下的機械和電性能可靠性。測試只能在實物打樣出來以后進行，如果不通過，將會導(dǎo)致設(shè)計的返工，如果設(shè)計階段能快速進行 CAE 仿真評估產(chǎn)品在各種工況下的性能，將能極大的提高后期測試一次通過率
2.5 輸出模型應(yīng)力響應(yīng)結(jié)果，作為隨機振動疲勞輸入。
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)杯架模型的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)隨機振動分析相關(guān)的分析步的建立
3、學(xué)習(xí)隨機振動分析相關(guān)的約束條件的建立
4、學(xué)習(xí)隨機振動分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 杯架隨機振動分析。
CAEfatigue
CAEfatigue是頻域的隨機響應(yīng)和振動疲勞求解器加上時域的疲勞求解器。它與隨機載荷和確定性載荷的混合載荷或基于時域的標準載荷一起工作，提供疲勞壽命和損傷預(yù)測，以及多種形式的響應(yīng)統(tǒng)計。它非常快捷，易于使用，能夠處理非常大的模型。
參考文獻
機械振動與沖擊分析[M]. Christian Lalanne
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)塔架三維模型的處理
2、學(xué)習(xí)隨機振動分析步的建立
3、學(xué)習(xí)隨機振動分析的邊界條件的施加
4、學(xué)習(xí)隨機振動分析的隨機振動載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 塔架隨機振動分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有的分析文件
