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本期海克斯康直播講堂請到了結構仿真高級專家冀溫凱，將帶來“航天船舶行業結構隨機振動”主題技術分享，展示MSC Nastran是如何直接進行隨機振動分析并進行預載荷隨機振動分析設置，更有復材應用案例輔以講解，趕快報名預約吧！

隨機振動分析案例-abaqus第一步：計算結構模態，輸出位移和應力。第二步：隨機振動分析2.1 定義輸出頻率上下限和模態阻尼2.2 定義PSD載荷及加載2.3 定義輸出2.4 隨機振動計算頭文件設置2.5 隨機振動分析結果2.6 隨機振動σ應力結果評價

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。

根據相關部門統計，20%的電子設備失效是由于振動導致的，而在這些失效中，焊點失效又是最為主要的原因之一。因此對封裝器件及其焊點陣列在隨機振動載荷下的應力場進行分析和評估，具有重要的工程價值。振動環境試驗和振動仿真是對印刷電路板動力學特性設計和驗證的兩種方式。

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。

圖8 各分析步參數設置7) 結果評價伏圖隨機響應分析可輸出PSD位移、PSD速度、PSD加速度以及RMS位移、RMS速度、RMS加速度、RMS Mises 應力等結果，其中RMS又稱為均方根或標準差。電池包隨機振動分析中RMS結果即為1σ結果，是隨機振動分析中的一個重要指標，用于評估電池包在隨機振動載荷下的響應特性。

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。

隨機振動 面對無法用確定性時間函數描述的（隨機）激勵，系統產生的響應也表現出不可預測的隨機性，本模塊核心在于運用概率統計理論 將看似無規律的物理現象量化為可分析的數學模型。

1） 為了避免環境隨機噪音干擾，采集數據時設置5次平均，故可排除噪聲影響。2） 該電機轉子條通過頻率為87倍頻，可以排除，且在振動理論里，電機不會產生其他高頻振動。3） 軸承潤滑不良時，運動面直接接觸，會激起軸承部件共振，一般在1k-20Khz范圍，隨機噪聲的形態符合經典軸承噪音理論。

動載荷測試信號較為復雜，表現為： 振動源和結構的振動響應隨時間變化，這是隨機的和不確定的。 橋梁結構具有許多自由度，并且車輛和橋梁的耦合振動使其動態特性更加復雜。 干擾信號和不規則現象很多。 動態信號的時域描述 信號幅度隨時間變化的數學表達式稱為信號的時域描述。

隨著國際標準在企業的大量采用，隨機振動疲勞試驗在振動試驗中比例越來越高。借助隨機振動疲勞仿真分析技術，在產品設計階段就可預測產品壽命，并根據壽命分布云圖直觀判斷疲勞壽命大小及薄弱位置，快速判斷設計方案的優劣，避免反復多次的試驗，縮短產品開發周期。本文將以某支撐構件受隨機振動載荷作用下疲勞壽命評估為例，介紹多軸隨機振動載荷下疲勞分析方法和流程。

如對三個方向X/Y/Z分別采用1G加速度進行激勵，并與載荷幅值TABLED1關聯，即為實際載荷譜激勵。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。

一、隨機振動介紹隨機振動，可以分為兩個方面來了解，一個是“隨機“，一個是”振動“。隨機，指的是運動是不規律的，不能用一個函數來表示其隨時間的變化。”振動“指的是物體在一個位置附近的往復運動。隨機振動的常見例子有汽車在路面上的振動，風載荷下建筑的振動等。對于一個沒有規律的運動，如何去分析結構的受力狀況呢？

產品結構在隨機載荷下的疲勞壽命評估，一直是工程上關心的重點，通常是對垂向、橫向及縱向三個方向進行檢測試驗，本文主要介紹如何在Ncode中建立兩種多軸隨機振動疲勞分析流程。 1、本次示例是根據標準IEC61373-2010設置隨機振動疲勞功率譜密度，檢驗某一設備長壽命情況。

時域識別方法的優點是能利用運行狀態下機器的振動信號，適用于不能在實驗室測試的大型結構；缺點是天然振源的激振力往往無法測定和控制，而僅能由響應值來識別，故精度較低。 載荷識別　　指分析和確定振源的性質（是有規律的還是隨機的？是定力還是定運動？等等）、傳播途徑及振源施加在系統上的載荷譜（即載荷的時間歷程）。載荷識別也叫環境預測，它可為分析系統的動力響應和振動原因等提供數據。

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.

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