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本文檔詳細演示如何在LMS TestLab內計算振動加速度信號的功率譜密度(Power Spectral density,PSD)。如有錯誤，懇請大家指正。LMS計算PSD步驟-long.pdf

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。

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.

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。

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。

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。

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3 選擇有限元模型中的分析對象4.功率譜文件輸入設置完計算工況之后，需要輸入隨機振動疲勞疲勞計算的載荷譜，本實驗選擇IS0 12405-1標準，對縱向z方向做隨機振動疲勞分析，縱向z方向的PSD值如表1所示。

報名方式 分析流程 利用ANSYS Mechanical計算出各方向激勵下應力頻響函數，然后將應力頻響函數和載荷的PSD曲線導入ANSYS Ncode軟件，定義材料的SN疲勞性能曲線，應用其振動疲勞分析求解器計算出結構應力響應的PSD，進而完成應力循環計數并計算損傷值。

兩端所對應的 PSD 譜線如下圖。請注意該曲線的頻率截斷在 200Hz 處。 2 分析過程 一般來說，針對隨機振動的疲勞分析包含兩大步。第一步是在 Abaqus 中完成固有模態 和掃頻兩個計算；第二步是把這兩個計算結果與 PSD 曲線一起輸入 fe-safe，運行若干設置 后完成疲勞分析，得到相關結果。

這為下游模態瞬態、諧波和PSD分析節省了大量時間，因為擴展過程不需要執行單元例程，因為先前信息可用。 在有和沒有存儲PSD分析的單元結果的情況下，進行全模型模態分析，并比較它們的效率。 結果和討論 計算效率 首先使用大量模態進行PSD分析。使用MXPAND命令（MSUPkey=YES）存儲模態單元結果顯著提高了下游模態疊加擴展過程的效率。

2.4 為了保證計算精度，在結構響應的峰值位置增加計算頻率（FREQ1）。采用FREQ1，本分析頻率范圍為1-200Hz，掃頻方式選擇為頻率初始值2Hz，掃頻增量5Hz，掃頻增量步40步。2.5 輸出模型應力響應結果，作為隨機振動疲勞輸入。

通過模態分析，我們可以了解到哪些模態對結構的響應貢獻最大，從而選擇適當數量的模態用于隨機響應分析，以平衡計算精度和計算效率。 提供振型信息：模態分析可以得到結構不同模態下的振型信息。這對于隨機響應分析非常重要，因為隨機激勵可能會激發結構在不同模態下的振動。

在相關系數設置菜單中，定義參考重力加速度，使加速度PSD譜單位為g^2/Hz；在支座運動菜單中，定義激勵譜的類型和加載方向。圖12 隨機響應分析載荷步設置8）提交隨機振動響應分析，查看分析結果Simdroid計算輸出結果的均方根值，默認為1σ，計算結果滿足正態分布，即在68.27%（1σ）時間響應內小于標準值（均方根值）。

下圖為optistruct求解平臺下模態法計算瞬態沖擊的整個設置流程序。 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。

圖7 約束條件6) 創建分析本案例采用模態法隨機響應分析，故第一步創建頻率分析，第二步創建隨機響應分析，為保證計算精度，頻率分析步的頻率區間取激勵頻率的1.5-2倍。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。

</p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;計算前提：有自己的加速度數據，即可以在ADAMS PostProcessor中繪制自己的加速度曲線。</p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;這里以車輛X向加速度為例介紹計算方法，Y、Z向加速度計算方法相同。

2、通過有限元計算得到Ncode所識別的輸入文件，如Hypermesh的計算文件需是.op2格式（本文使用的格式），ABAQUS的計算文件是.odb。

圖2 PSD曲線及頻譜 在實際的隨機振動試驗中，通常根據產品的使用環境來選擇相應的振動量級進行試驗，但是對于兩個不同的隨機振動，哪個振動量級更高，對產品來說振動更嚴苛，可以通過計算總的加速度均方根值（有效值）來比較。

在輸出通道處選擇所有的輸出條件，計算開始頻率為0.1，結束頻率為1000，步長設為400，點擊OK開始計算。