振動仿真后處理
關注創建者：海闊天空5 創建時間：2016-12-10
振動仿真后處理的視頻教程
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振動仿真后處理的實例教程
背景
與傳統的高周、低周疲勞不同，振動疲勞因更貼合真實的物理世界近些年來在疲勞領域應用廣泛。而在振動疲勞分析中，環境時域載荷激勵往往是非常復雜的，為了提升計算速度，一般先將基于時間的載荷數據轉換為頻域PSD譜。比如，車輛在進行振動疲勞測試時，一般提取四個車輪中心處的載荷，如圖1所示，然后通過多體動力學軟件ADAMS構建整個車身模型獲取車身關鍵點的載荷，或者更復雜一點通過ADAMS軟件搭建測試路面、整車模型提取目標點的載荷，如圖2所示。在這兩種汽車行駛模擬中，白車身上的級聯負載都是在時域內的，通常以多通道時間信號的形式出現，而多通道信號之間的相關性對后續隨機響應和振動疲勞結果起著至關重要的作用。
圖1：車輛振動疲勞測試
圖2：ADAMS模擬路試載荷
在將采集到的時間數據轉換成頻域PSD這個過程中，一般采用傅立葉級數變換。然而，在執行此轉換過程時，往往都會面臨以下三個問題。
a)首先，頻域疲勞計算方法本身需要遵循一些假設，被處理的數據必須是穩態的、滿足高斯分布、隨機的，用戶很難量化這些假設。
展開 ANSYS CFD流體相關問題的仿真，在ANSYS Workbench平臺下一般可以按下圖1所示的幾何(Geometry)、網格(Meshing)、求解(Solve)和后處理(Post-processing)四個階段進行。
圖1
仿真后處理，是將ANSYS Fluent計算完成后的結果進行展示和交流的有效手段。ANSYS Workbench平臺下的CFD-Post模塊功能全面，操作性強，非常適合用于Fluent計算結果的后處理。CFD-Post后處理的基本流程是：確定位置à通過變量/表達式提取數據à在給定位置生成數據。
因此對于后處理而言，“位置”的概念是非常重要的。本文是后處理系列的第一篇，將重點分享“確定位置”相關的實用技巧。
1.進入CFD-Post模塊
打開ANSYS Workbench平臺，在工具箱中選擇“結果”模塊，拖動到求解完成的Fluent項目管理圖標上，形成連接，雙擊“結果”按鈕，進入CFD-Post后處理，見圖2所示。
展開 Fluent穩態問題的仿真，與時間無關，計算收斂后最終得到一個包含結果數據的.dat文件；而Fluent瞬態問題的仿真過程與時間有關，用戶根據仿真需求設定保存數據的時間間隔，在每個間隔時刻有一個包含該時刻結果數據的.dat文件，最終是一系列按時間排序的.dat文件，如圖1所示。
圖1 瞬態仿真數據.dat文件
穩態仿真問題的后處理，只需要針對一個.dat文件；而瞬態仿真問題的后處理，需要處理數量相當龐大的一系列.dat文件。本文是后處理系列的第二篇，將重點分享瞬態仿真后處理的一些技巧。
1.標記時刻
考慮到瞬態仿真計算的一系列.dat文件，每個.dat文件都含有對應時刻的仿真結果數據，那么在CFD-Post后處理得到結果之前，標記時刻來區分不同時刻的結果是非常重要的。
打開
CFD-Post
模塊時，默認出現的是瞬態計算最后一次保存的
.dat
文件的數據。
展開 圖4：三通道時域載荷數據
可以看到此段信號并未滿足平穩、高斯分布、隨機等假設，首尾標識的信號振動幅值非常小，對疲勞壽命影響不大，下圖為刪除后的信號數據，滿足三大假設，可直接用于傅里葉變換。
圖5: 預處理后的滿足三大假設的時域信號
下圖也是一組三通道時間信號，可以看到整個時間信號并非平穩，這里我們去ABC三段時間信號進行后續疲勞分析，CAEFatigue具有非常方便的信號截取功能，截取出的信號可以成為新的時間事件。
圖6：不滿足三大假設的時域信號
圖7：信號截取
數據轉換
正如上文提到的，準確地完成時間信號轉換，以在頻域內產生與時域內時間信號產生相同或非常相似的損傷結果是至關重要的。但如果要轉換包含數百個時間信號的數十個事件，而所有這些都有相應的相互關聯效應，這會使轉換過程更加復雜化。
我們以一個包含4個時間歷史的單一事件為例，如果進行頻域轉換，則轉換過程將產生4個自功率譜密度(psd)和6個交叉功率譜密度(cross psd)，具有實部和虛部。我們可以將這想象成一個4×4 的PSD矩陣(PSDM)，自PSD顯示在對角線上，交叉PSD顯示為實部和虛部，分在對角線的兩邊，如圖8所示。
圖8: 頻域PSD矩陣
通過這個簡單的例子很容易看出，如果是數百個時間信號可以構成一個巨大的PSD矩陣，如果沒有自動化工具來處理這部分內容，則工作量是相當巨大的。CAEFatigue的TIME2PSD模塊提供了一個創建PSD矩陣的自動化工具，可以自動生成PSD矩陣文件，在后續疲勞分析中直接調用。
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ANSYS CFD流體相關問題的仿真，在ANSYS Workbench平臺下一般可以按下圖1所示的幾何(Geometry)、網格(Meshing)、求解(Solve)和后處理(Post-processing)四個階段進行。
圖1
仿真后處理，是將ANSYS
Fluent穩態問題的仿真，與時間無關，計算收斂后最終得到一個包含結果數據的.dat文件；而Fluent瞬態問題的仿真過程與時間有關，用戶根據仿真需求設定保存數據的時間間隔，在每個間隔時刻有一個包含該時刻結果數據的.dat文件，最終是一系列按時間排序的.dat文件，如圖1所示。
圖1 瞬態仿真數據.dat文件
背景
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Abaqus仿真結果后處理小技巧（下篇）
