隨機振動仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
隨機振動仿真的視頻教程
基于Workbench隨機振動PSD仿真案例
第一講：PSD概念和分析流程 第二講；建模 第三講：預應力模態分析 第四講：PSD多點激勵載荷加載方法 第五講；后處理:結構應力、形變，結構各點應力、位移響應圖譜。 案例文件和視頻教程在附件里面
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新能源電池包結構仿真教程-基于Hypermesh、DYNAA、Abaqus和nCode聯合仿真分析能力
講解了電池包有限元模型的建立，講解了ncode進行定頻掃頻隨機振動疲勞求解方法，電池包模態接觸處理方法、電池包的螺栓，膠結，焊接處理方法和abaqus計算電池包模態，沖擊，跌落，碰撞，擠壓的方法等，及dyna進行沖擊跌落碰撞仿真，optistruct進行隨機振動仿真及部分hypermesh二次開發講解。。
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隨機振動仿真的實例教程
為了確保結構不受破壞，電池包必須具備足夠的強度來承受路面的隨機載荷。
通常獲取電池包結構振動特性的途徑包括數值仿真與試驗方法。試驗方法可依據《GB38031-2020電動汽車用動力蓄電池安全要求》進行測試，該國標對于不同類型車輛及振動測試條件等均有明確說明。但試驗方法需要物理樣機，測試過程較長、成本較高。鑒于電池包內部結構復雜，且設計變更頻率較高，因此借助數值仿真的手段可大幅提升產品優化迭代的效率，縮短研發周期，降低測試成本。
電池包隨機振動仿真可用于評估電池包在振動條件是否滿足結構性能要求。這種分析方法有效確保了電池包在汽車正常行駛過程中不產生振動破壞。通過隨機振動仿真，可以識別結構振動風險以及潛在的結構失效位置，進而采取相應的措施來改善設計或加強結構，提高電池包的可靠性和安全性。
一、仿真APP解決方案
本案例基于伏圖隱式結構分析功能對某新能源汽車電池包進行隨機振動仿真，并對仿真流程進行無碼化快速封裝，形成專用的汽車電池包隨機振動仿真APP，可實現以下功能：
快速評估不同材料對箱體結構隨機振動特性的影響；
快速評估不同結構阻尼系數對電池包結構隨機振動響應的影響；
考查不同模態數及掃頻區間對結構隨機響應結果的影響；
可快速設置不同放大系數下的功率譜密度對結構隨機響應的影響，評估在極端工況下電池包結構的振動特性。
歡迎在線體驗汽車電池包隨機振動仿真APP：汽車電池包隨機振動仿真分析 – Simapps Store – 工業仿真APP商店
1. 仿真流程搭建
1) 幾何導入
將電池包幾何模型（.stp或.step格式)導入伏圖平臺中。
展開 圖13 正態分布函數
查看整體結構RMS位移云圖、RMS應力云圖和焊點RMS應力云圖如下：
9）APP封裝前的參數定義和關聯
圖14 參數化定義
圖15 參數關聯綁定
2、仿真APP封裝
基于Simdroid平臺提供的仿真APP開發環境，通過參數化定義和鼠標拖拽的方式快速搭建PCB隨機振動仿真APP，將PCB隨機振動仿真的分析過程進行封裝，開發具有關鍵部件材料選型設計、不同載荷譜（安全等級）量級等影響因素下“What-If”研究和響應評估的專業仿真APP，如下圖所示。
圖16 基于Simdroid平臺的仿真APP開發環境
3、基于仿真APP的結構設計
本仿真APP針對電子行業典型的PCB結構進行模態分析和隨機振動分析，可實現：
1）評估焊點材料屬性對結構模態特性及隨機振動響應的影響；
2）計算不同PSD譜加載里量級下的隨機振動響應RMS結果，評估焊點陣列在極限工況下是否發生強度失效；
3）評估不同模態阻尼比對隨機振動響應結果的影響。
在Simdroid無代碼的開發環境中，實現了PCB隨機振動仿真APP的快速封裝，基于當前初始參數值，仿真APP計算結果如下所示：
圖17 PCB模態振型（第2階）
圖18 隨機振動位移響應RMS值
圖19 隨機振動等效應力響應RMS值（最大值出現在焊點陣列上）
對于特定產品特定加載條件下的仿真分析步驟，仿真APP的顯著優勢在于：實現了復雜仿真知識和經驗的無代碼化封裝，為設計工程師預留了可設計驗證的外部輸入參數，用于快速驗證和對比不同設計方案、不同載荷工況或安全系數要求下的產品力學、熱等物理性能。
展開 隨機振動是一種無法用確定的函數關系式表述的振動形式，處于隨機振動環境下的零部件的振動加速度幅值、位移幅值、應力幅值等無法預知。汽車受路面激勵而產生的振動、船舶受海浪作用產生的晃動、飛機受氣流的影響產生的擺動都是隨機振動現象。對隨機振動的載荷描述，利用數學統計的方式，把各個頻段的載荷大小分類，用功率譜密度來統計載荷的信息。
下圖為電池包振動測試國標中的加速度功率譜密度。可以看出，在Z向（垂直路面）上，加速度載荷主要集中在10Hz~20Hz頻段，這是因為路面、車架的振動主要是低頻振動，對電池包的激勵頻率一般不高于30Hz。
基于頻率響應法的電池包隨機振動仿真原理是：
（1）進行電池包的頻率響應分析，獲得整個電池包的加速度功率譜激勵和響應之間的傳遞函數。然后傳遞函數的平方與加速度功率譜相乘獲得隨機振動的響應。如下:
其中，H（iw）為傳遞函數；Sout（w）為電池包的響應；Sin（w）為加速度功率譜激勵；
（2）采用均方根應力和應力分布的三區間法評價隨機振動
一旦確定了隨機振動的響應的譜密度，響應的均方根值就可以根據下式得出：
可知：響應的譜密度曲線與橫坐標圍城的面積為響應的均方根值。
Steinberg根據應力的高斯分布將結構的應力水平劃分為三個層次，分別為1σ、2σ、3σ應力。三個應力水平對應發生的頻率如下表所示。三區間法假設，所有應力發生的頻率為99.73%，應力水平高于3σ的頻率為0.27%。
所以，我們仿真后得到的1σ應力擴大3倍得到3σ應力，只要3σ應力低于材料的屈服極限，就認為結構滿足隨機振動要求。
展開 測試只能在實物打樣出來以后進行，如果不通過，將會導致設計的返工，如果設計階段能快速進行 CAE 仿真評估產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，縮短開發周期和降低開發成本。傳統的有限元仿真，對于復雜仿真，分析周期長，經常不能適應快速迭代設計需求。本文采用 SimSolid 無網格分析軟件，對某工業電子設備做隨機振動分析，十幾分鐘內能得到仿真結果，實現產品性能快速評估。
文章詳細介紹了PSD曲線和RMS加速度的計算方法，對理解隨機振動仿真分析很有幫助。
隨機振動中的參數介紹及計算方法.pdf
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歷經3個月的打磨，OptFuture 2025.4.0今日正式與大家見面！本次更新帶來了隱式建模、隨機振動
兩大全新模塊，并針對拓撲優化與文件管理系統進行了
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隱式建模
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
同樣的方法，可以得到其他方向隨機振動仿真結果。
圖12 隨機振動分析結果
4 總結
針對大型復雜的整機設備，即使零件數量龐大， SimSolid 依然在5分鐘完成模態仿真和在20s內完成模態疊加法的隨機振動仿真，顯示其高效性。根據隨機振動得到的高應力區和定量最大應力值，設計人員可結合材料的疲勞特性曲線，評估該區域的疲勞失效風險。
同樣的方法，可以得到其他方向隨機振動仿真結果。
電池包是新能源汽車的關鍵零部件，其耐久性影響著新能源汽車整體的可靠性，按照國標GB/T31467.3-7.1振中的要求，電池包需要在振動試驗臺上進行三個方向上疲勞耐久，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。
本文基于某車型動力電池包，使用
Hypermesh-Optistruct-Ncode聯合仿真分析手段，進行隨機振動疲勞分析。按照振動臺架邊界條件進行工況設置
培訓日程：
培訓時間：8月14-15日
培訓地點：武漢市江夏區華工園二路1號2樓北京廳
面向人群：具備有限元基礎的工程技術人員
培訓目標：
? 了解關于Marc非線性熱、熱-機耦合方面的基本理論；
? 基本掌握Marc前后處理器mentat功能，熟悉mentat的操作界面；
? 掌握熱及熱機耦合仿真流程及操作；
? 掌握Marc中材料非線性，接觸非線性和熱相關性設置和定義方法
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習杯架模型的三維模型處理
2、學習隨機振動分析相關的分析步的建立
3、學習隨機振動分析相關的約束條件的建立
4、學習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。
精彩直播預告
在振動與噪聲仿真問題中，通常使用傳函來表示響應與激勵之間的關系。此類仿真在多數預報和優化場景中效果顯著，但其前提是必須掌握載荷的頻譜特性，以便針對載荷頻譜相關的特定頻率進行傳函優化。
然而，優化效果仍需通過測試進行驗證。若響應未達到優化目標，則需重新優化傳函。若能準確地將實際載荷直接添加于仿真模型進行分析，則可以直接從響應頻譜中識別優化的頻率及貢獻路徑，從而定量地驗證優化算法
<p><strong style="color: rgb(0, 151, 186);">摘 要</strong></p><p class="ql-align-justify">基于Digimat軟件逆向獲得了用于制造油底殼的玻纖增強聚酰胺66（35%GF/PA66）材料屬性，通過多尺度聯合仿真方法對油底殼進行了模態仿真分析及測試。試驗結果與仿真結果的趨勢一致，所得結果可為復合材料零部件振動分析提供參考
