基于ANSYSWorkbench某机载电子设备随机振动响应分析
某军用电子机柜随机振动仿真分析
某军用电子机柜随机振动仿真分析【摘要】为验证某军用电子机柜振动可靠性，本文采用ANSYS Workbench 有限元软件对其结构动力学特性进行了研究。
首先进行了模态分析，在此基础上进行了随机振动的加速度PSD（Power Spectral Density）分析，得到了机柜的应力分布云图、形变云图和功率谱密度响应曲线。
分析表明：该型电子机柜的设计满足总体设计要求。
【关键词】军用电子机柜；模态分析；随机振动；PSD1.引言现代战场的作战情况变得越来越复杂，这对我们设计电子机柜提出了更高的要求。
电子机柜作为电子元器件的承载体，其自身结构的刚、强度及动态性能将直接影响系统工作的可靠性。
现阶段的电子机柜结构往往依靠经验进行设计，大多研究只停留在电子机柜的静态特性分析上，关于动态特性的研究较少。
本文从工程应用出发，采用ANSYS Workbench有限元仿真软件，对在研电子机柜柜体进行了模态分析和随机振动分析，以便在结构的方案设计阶段就预估机柜的薄弱环节，为机柜的动态优化设计提供依据。
2.随机振动分析原理随机振动的激励是不确定和不可预估的，在相同条件下也不可重复，其分析是一种基于概率统计学的谱分析技术。
它求解的是在随机激励作用下的位移、应力等的概率分布情况[1]，即其分析的输入、输出都具有随机概率特性。
它的原理是首先计算模型的每阶模态响应统计，再对它们进行综合，并假设随机振动过程为平稳随机过程[2]。
定义平稳随机过程x（t）的功率谱密度：（1）表示振动能量在各角频率上的分布密度情况，它与轴之间的面积等于该过程的方差Dx，即：（2）随机振动分析中功率谱密度[3][[4][5]（Power Spectral Density，PSD）记录了结构对随机激励响应的概率统计。
功率谱密度分析流程为：（1）进行有限元建模；（2）进入加载及求解模块，进行模态分析，设置主自由度、扩展模块，并进行求解；（3）再进入求解模块，进行谱分析，设置分析类型为功率谱密度（PSD），给出分析中所需要的各种参数以及设置；进入后处理模块，计算随机振动响应PSD值。
Ansys培训-随机振动分析
8. >Insert>Sizing bodies)
(for slender
1. In Details, Replace “Default” size with 2 (inches)
2. RMB in Graphics Window, >Select All
3. But then hold <CTRL> and LMB single
随机振动分析
随机振动分析流程
• 点击OK可以看到如图所示信息 • 当提示“Specify Number of Modes” ，输入12
随机振动分析
随机振动分析流程
• 下一步是插入约束，插入fixed support.
随机振动分析
随机振动分析流程
• 模态分析结束. • 可以查看模态结果，如右图所示. • 可以查看动画.
Workshop – 环境
11. For the lower edges of the truss, highlight the “Modal” branch in the
11
Outline and
>Insert
>Fixed Supports.
12. Switch to edge selection mode as
输出:
– 1s位移和应力 （用于疲劳分析）.
随机振动分析
Workbench随机振动功能
• 载荷:
– 单点激励
• 得到结果:
– 相对或绝对的1s 输出 – 整体结构的结果，可以进行云图显示. – 1s位移, 速度或加速度
• 后处理:
– 1s 可以进行云图显示.
随机振动分析
随机振动分析流程
• Model: 输电铁架 • Analysis: 地面激励
基于ANSYSWorkbench模态下的减速机振动分析_吕晖
的模型如图 2 所示。
图 2 箱体三维实体模型 （ 2） 在 Workbench 中赋予材料性能 箱体材料采
用 QT500—7，密度7 300 kg / m3 ，E = 1. 50 × 105 MPa， 泊松比取 0. 3。将模型导入 ANSYS Workbench 环境下 的模 态 分 析 模 块 中，将 材 料 的 各 项 属 性 赋 予 几 何
这样就保护了滚珠丝杠和丝母 （ 见图 3） 。
（ 收稿日期： 20131220）
冷加工
75 2014 年 第10 期
转速 n = 1 500 r / min，各齿轮齿数为 z1 = 21，z2 = 34， z3 = 20，z4 = 81，z5 = 17，z6 = 67。
2. 各级齿轮的转频和啮合频率
76 2014 年 第10 期
冷加工
模态分析是机器振动特性研究的一种方法，可 以用于分析装置的振形和固有频率。模态参数可由 试验分析法或是有限元计算法获得，试验分析法需 要制作出机器后进行多次信号采集及辨别来得到固 有振动频率和振形，通过多次试验提取数据后对设
计进行修改，可以达到优化的目的，需要的时间长， 成本高； 有限元计算法可在设计阶段，没有制作出机 器的情况下利用有限元分析软件进行模态分析，需要的 时间短，成本低，这种方法具有广泛的使用价值。
图 4 前 10 阶固有频率图 对比图 1 和图 4 可以看出，各齿轮的转频和啮合 频率都远离各阶固有频率，减速机不会发生共振现象。
模型。 （ 3） 有限元网格模型建立 有限元模型建立时，
网格的划分是一个非常重要的环节，网格的划分质量 对分析结果的准确性有很大的影响。本减速箱采用了 系统默认的 Solid187 单元，Solid187 单元是一个高阶 三维 10 节点固体结构单元，具有二次位移模式，可
基于ANSYS Workbench平台的电机电磁噪声仿真分析
基于ANSYS Workbench平台的电机电磁噪声仿真分析电动机与发电机等电力设备的噪声起因很多，有电磁振动噪声、机械噪声及流致噪声等等，本文通过ANSYS公司的官方案例为操作背景，详细介绍如何将作用在定子上的瞬态电磁力作为结构谐响应分析的载荷计算振动噪声。
1.电磁模型建立与分析如图1所示为一个电机模型，电机的额定输出功率为550W，额定电压为220V，极对数为4，定子齿数为24个，转子的转速为1500rpm，求电磁振动产生的噪声大小。
本算例使用的模块如下：RMxprt模块：建立电机类型；Maxwell模块：2D瞬态电磁场计算；Structural模块：3D谐响应分析计算；Acoustics ACT模块：噪声计算注：Acoustics ACT模块需要单独安装，请用户到官方网站上自行下载。
图1电机模型电机的电路模型如图2所示。
图2电机电路模型1）启动Workbench。
在Windows XP下单击“开始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench 15命令，即可进入Workbench主界面。
2）保存工程文档。
进入Workbench后，单击工具栏中的按钮，将文件保存为“zhendongzaosheng.wbpj”，单击Getting Started窗口右上角的（关闭）按钮将其关闭。
3）双击Toolbox→Analysis System→RMxprt模块建立项目A，如图3所示。
4）双击项目A中的A1栏进如RMxprt电机设置平台，如图4所示。
图3RMxprt模块图4RMxprt平台5）依次选择菜单RMxprt→Machine Type，在弹出的电机类型选择对话框中单击Generic Rotating Machine选项，单击OK按钮，如图5所示。
6）单击Project Manager→RMxprt→Machine选项，在下面出现属性设置对话框中作如下设置：在Source Type栏中选择AC选项；在Structure栏中选择Inner Rotor选项；在Stator Type栏中选择SLOT_AC选项；在Rotor Type栏中选择PM_INTERIOR选项，如图6所示。
基于ANSYS Workbench的RV减速器随机振动分析
基于ANSYS Workbench的RV减速器随机振动分析谢松成1杨荣松1周青华2（1四川大学机械工程学院，四川成都610065）（2四川大学空天科学与工程学院，四川成都610065）摘要以RV减速器为研究对象，建立了RV减速器的三维模型，导入Adams中进行运动学仿真，得到了正齿轮的加速度；利用ANSYS Workbench求解得到RV减速器的固有频率，根据概率统计学分析技术推导功率谱密度函数；最后，将功率谱密度峰值提取后导入ANSYS Workbench的Ran‐dom vibration模块作随机振动分析。
该方法考虑了随机振动因素对机构应力以及安全裕度的影响，为处理RV减速器工作可靠性问题提供了一种新的方法。
关键词RV减速器运动学仿真功率谱密度（PSD）随机振动分析Random Vibration Analysis of RV Reducer based on ANSYS WorkbenchXie Songcheng1Yang Rongsong1Zhou Qinghua2（1School of Mechanical Engineering，Sichuan University，Chengdu610065，China）（2School of Aeronautics and Astronautics，Sichuan University，Chengdu610065，China）Abstract Taking the RV reducer as the research object，the3Dmodel of RV reducer is established. Then，it is imported into Adams for kinematic simulation，and the acceleration of spur gear is obtained.The nat‐ural frequency of RV reducer is solved by ANSYS Workbench，and then the power spectral density（PSD）func‐tion is derived according to the probabilistic statistical analysis technology.Finally，the peak power spectral density is extracted and imported into the Random vibration module of ANSYS Workbench for random vibration analysis.This method considers the influence of random vibration factors on the stress and safety margin of the mechanism，and a new method for solving the reliability problem of RV gear reducer is provided.Key words RV Reducer Kinematics simulation Power spectral density（PSD）Random vibration analysis0引言RV减速器是一种新型的少齿差行星传动机构[1]，具有刚度高、传动精度高、承载能力强、体积小、质量轻、运动平稳等优点，被广泛应用于工业机器人领域中[2]。
ANSYS谐响应分析实例-振动电机轴分析
AnsysWorkBench11.0振动电机轴谐响应分析最小网站长：kingstudio最小网Ansys 教程频道为您打造最IN 的教程/1．谐响应分析简介任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应（谐响应）。
谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。
分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线。
从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。
该技术只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。
（见图1）。
谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳，及其它受迫振动引起的有害效果。
谐响应分析是一种线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。
分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析在流体─结构相互作用中问题。
谐响应分析也可以分析有预应力结构，如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多）。
谐响应分析的定义与应用介绍：/ArticleContent.asp?ID=7852. 工程背景在长距离振动输送机、概率振动筛等变载荷振动机械中，由于载荷的变化幅度较大，且多为冲击或交变载荷，使得作为动力源与振动源的振动电机寿命大为缩短，其中振动电机阶梯轴的弹塑性变形又会中速振动电机的失效，故研究振动电机轴的谐响应，进而合理设计其尺寸与结构，是角决振动电机在此类场合过早失效的主要途径之一。
现以某型振动电机阶梯轴为分对象，振动电机属于将动帮源与振动源合为一体的电动施转式激振源，在振动电机轴两端分别装有两个偏心块，工作时电机轴还动两偏心块作顺转无能无力产生周期性激振力t sin F F 1ω=，其中为施加载荷，由些电机轴受到偏心块施加的变载荷冲击，极易产生变形和疲劳损坏，更严重者，当激振力的频率与阶梯轴的固有频率相等时，就会发生共振，造成电机严重破坏，故对电机进行谐应力分析很必要。
ANSYS Workbench 19.0基础入门与工程实践 第12章 随机振动分析
• 12.2.1 问题描述 • 12.2.2 几何建模 • 12.2.3 材料属性设置 • 12.2.4 网格划分 • 12.2.5 模态求解设置 • 12.2.6 PSD载荷谱施加 • 12.2.7 求解计算 • 12.2.8 结果后处理
第十二章
随机振动分析
12.1 随机振动分析简介
• 随机振动分析是分析随机载荷作用下的结构响应，其输入 的是功率谱密度（PSD）函数，是一种基于概率统计的谱 分析技术。PSD是带宽频率的函数，是结构在随机振动激 励下的响应结果的统计，是一条功率谱密度值与频率值的 关系曲线。
12.2 随机振动分析实例—某转轴随机振动分析
12.4 本章小结
• 本章主要讲解了随机振动分析的理论，并在WB 19.0中通 过简单的工程实践分析进行详细阐述，通过基于模态求解 来进行后续的随机振动分析，结合每一步操作使读者能够 快速掌握随机振动分析的方法和技巧。
12.3 随机振动分析实例—某直升 Nhomakorabea机载设备
随机振动分析
• 本例以某直升机机载设备为分析对象，介绍随机振动问题的仿真方法 和操作过程，同时为读者提供学习参考和案例实践。
• 12.3.1 问题描述 • 12.3.2 几何建模 • 12.3.3 材料属性设置 • 12.3.4 网格划分 • 12.3.5 模态求解设置 • 12.3.6 PSD载荷谱施加 • 12.3.7 求解计算 • 12.3.8 结果后处理
基于Workbench的“动中通”模态与随机振动分析
式中， ,U为振幅。将 带入得
式中， 为系统的第i阶圆频率； 为第i阶自然频率；特征向量 表示第i阶振形。
在结构模态分析时，一般应选择较为均匀的网格分布，这是因为结构的固有频率和振型与结构总体的质量分布和刚度分布有关；另一方面均匀的网格分布可使结构刚度矩阵与质量矩阵中各元素值的大小相差不大，有利于减小数值分析的误差。
然后对每个零件实体进行材料属性的定义，模型大量选用实体单元solid187，接触分别选用Bonded（绑定），限制了各零件间在接触面的相对滑动。圆柱副模拟转动轴运动，保持了定位销绕中性轴线的转动，并约束其余自由度。固定螺钉与平台的固定，约束了螺钉的所有自由度。
有限元网格划分时，由于“动中通”结构复杂，还有天线这样的特殊结构，因此采用MultiZone方式划分网格，网格尺寸为18mm。共计335746个节点，185951个单元，有限元网格如图3。
基于ANSYSWorkbench的“动中通”模态与随机振动分析
摘 要:文中针对某车载“动中通”结构进行了机载环境的随机振动分析。利用ANSYS workbench软件建立了“动中通”的有限元动力学模型，完成了模态分析和随机振动分析，得到了在车载环境条件下的结构变形云图，并对发射机结构进行了刚强度校核。并针对动中通对于功率谱密度高的振动响应效果差的情况，提出了一种基于传感器与DSP技术形成控制回路的解决思路。
4结束语
本文针对车载“动中通”的结构特点，利用ANSYSWorkbench建立了“动中通”的有限元动力学模型，对“动中通”进行了模态分析，考虑车机的振动环境条件，进一步对“动中通”进行了随机振动响应分析，完成了相关分析。并提出一种消除振动影响的新思路。
基于ANSYS Workbench随机振动分析的ATR安装架优化设计
圆园员8年第6期网址： 电邮：hrbengineer@基于ANSYS Workbench 随机振动分析的ATR 安装架优化设计杨春林，王婧（中国西南电子技术研究所，成都610036）图1安装架上设备示意图导套垫板机柜连接件锁紧装置摘要：针对电子设备工程结构设计中的随机振动问题，文中介绍了一种A T R 安装架的结构设计和优化方法，并利用仿真软件对安装架在规定的条件下进行了模态分析和随机振动分析，然后在分析的基础上对安装架结构进行了优化设计，确保A T R 安装架满足环境条件。
关键词：随机振动分析；模态分析；结构优化中图分类号:TH 122文献标志码:A 文章编号：员园园圆原圆猿猿猿（圆园员8）06原园080原园3Optimal Design of the ATR Mounting Rack Based on Random Vibration Analysis of ANSYS WorkbenchYANG Chunlin WANG Jing（Southwest China Institute of Electronic Technology,Chengdu 610036,China ）Abstract:To solve random vibration in the engineering design of electronic equipment,this paper describes the structuraldesign and optimization of an ATR mount rack.The simulation software is used to perform modal analysis and random vibration analysis on the mounting frame under the specified conditions.Based on the analysis,the design of the mounting frame is optimized to ensure that the ATR mounting rack can meet the environmental conditions.Keywords:random vibration analysis;modal analysis;structural optimization0引言随机振动是工程技术领域经常遇到的问题。
Ansys电机电磁、震动和噪声分析流程
• 谐响应分析结果查看 • 应力与变形
• 单个齿上的速度曲线（bode图）
• 速度的幅值与相位（实际值）
• 建立 ANSYS Mechanical ACT 噪声分析系统 • 新建 ANSYS Mechanical ACT 分析 • 在 Workbench 的 Analysis System 窗口中，选择Harmonic response。并将 Harmonic response 拖拽到Project Schematic 窗口中的 C3 位置。 • 将分析系统的名字改成 “Acoustic”
• 导入Maxwell电磁力 • 在Harmonic response 左侧的Project栏里面，左键点击Import Remote Loads (M axwell2DSolutions)， • 在属性窗口中， 1. 将 scooping method 改成 Named Selection 2. 将下一行的 Named Selection 改成预先定义的ToothTips
• 确保 ANSYS Mechanical ACT 已经成功激活 • 确保 ANSYS Mechanical ACT 已经成功激活。 • 如果成功激活， Harmonic response 的工具栏中会出现一行用于噪声计算的 工具
• 定义噪声源传递文件 • 在左侧的Project栏中，右键点击Harmonic response （B5）> Insert > One Way Coupling Analysis (ASI File) • 在下方的Details of One Way Coupling Analysis (ASI File) 属性窗口中 ， 1. 将 scooping method 改成 Named Selection 2. 将下一行的 Named Selection 改成预先定义的Stator
随机振动分析(1)
随机振动分析实例Yunyunsunsun1 导入几何体。
1.1 启动ANSYS Workbench后点击“browse”，打开安装目录D:\Program Files\ANSYS Inc\v110\AISOL\Samples\Simulation，选中“BoardWithChips”文件后，在Workbench工作窗口中显示如图1所示。
图1 模型图1.2 在主菜单中将单位设置为Units> U. S. Customary (in, lbm, lbf, °F, s, V, A)。
2 模态分析2.1 在主菜单“New Analysis”中选择模态分析。
在模型树中，点击“Analysis Settings”，在左下角出现的“Details of Analysis Settings”中，将“Max modes to find”设为12，如图2所示。
图2 提取12阶模态图3 固定约束左右两个小孔内壁2.2 施加固定约束。
将左右两个小孔内壁固定住，如图3所示。
2.3 求解模态分析。
计算完毕后，在“Tabular Data”窗口（如果工作窗口下部不显示说明隐藏在右部）中选中12阶频率（图4-1），右击选中“Create Mode Shape Results”，模型树中自动出现12阶“Total Deformation”（图4-2）；高亮显示模型树中“Solution”，右击选中“Evaluate all results”；最后高亮显示模型树中所有“Total Deformation”，右击选中“Rename Based on Definiton”，如图4-3所示。
（此步过于详细，大家可根据需要执行）图4-1 图4-2 图4-3 3 随机振动分析3.1 在主菜单“New Analysis”选择“Random Vibration”，点击“Initial Condition Environment”后面的黑三角，选择“Modal”，如图5-1所示。
基于ANSYS Workbench的齿轮轴随机振动数值分析外文参考文献译文本
基于ANSYS Workbench的齿轮轴随机振动数值分析外文参考文献译文本xx轻工大学毕业论文外文参考文献译文本2015届译文出处Fatigue reliability analysis of fixed offshore structures:A first passage problem approach毕业论文题目基于ANSYS Workbench的齿轮轴随机振动数值分析院（系）机械工程学院专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名xx学生学号xxx指导教师xxxxxx译文要求：1、译文内容须与课题（或专业）有联系；2、外文翻译不少于4000汉字。
固定离岸结构疲劳可靠性分析：第一通道问题方法摘要：本文介绍一种关于计算固定离岸结构平台的可靠性及其失效的方法。
运用断裂力学原理可以得出失效准则。
这个问题被称作“第一通道问题”。
这种方法是通过应用一种典型的平面框架结构阐述出来的。
疲劳可靠性衰减曲线可以用来检查正在工作的海上平台结构。
对某些参数的研究，我们可以确定一些重要参数对疲劳可靠性的影响。
关键词：可靠性，疲劳，断裂力学，离岸结构前言在一般情况下，海上生产和钻井平台等一些大而复杂的结构系统，他们的制造通常是焊接互连钢管构件接头。
这些结构系统主要的失效形式是受振动的环境载荷和疲劳的特征部件破坏。
在结构使用寿命期间，他们其中任何点的的疲劳破坏取决于完整的应力历史。
计算此应力历史以及对材料的影响是一项复杂的任务。
大海不规则的性质、结构大小的不同，接头焊接处的应力集中和其他动载荷等影响造成了疲劳寿命评估的复杂性。
由于输入参数所固有的随机性，影响了这些结构响应的结果，因此可靠性分析假设对正在工作的离岸结构检查设计和认证是非常有用的。
任何可靠性问题都可以表述为极限状态失效下的概率大小。
在失效的情况下，疲劳极限状态可以被定义为:(1) ac −aN≤0表示可使用性状态；(2)KIC−K≤0表示极限状态(Madsen et al., 1986; Kirkemo, 1988)。
基于ANSYS Workbench某机载电子设备随机振动响应分析
基于ANSYS Workbench某机载电子设备随机振动响应分析作者：巫发茂蒋龙王健朱维兵来源：《现代电子技术》2016年第10期摘要：机载电子设备是飞机武器系统的重要组成部分，随机振动是使其结构失效的主要因素。
为了提高机载电子设备的可靠性，基于ANSYS Workbench软件平台对某机载电子设备进行模态分析和随机振动的加速度PSD模拟分析，获得了应力分布云图和加速度功率谱密度响应曲线，并在此基础上通过随机振动环境试验对仿真分析结果进行验证。
结果表明，有限元仿真计算结果与试验结果比较吻合，说明建模与仿真的合理性，并可为下一步的结构优化与新设计提供参考。
关键词：机载电子设备；模态分析；随机振动分析；飞机武器系统中图分类号： TN401⁃34； TP391.9 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2016）10⁃0096⁃04Analysis on ANSYS Workbench based random vibration response of a certain airborne electronic equipmentWU Famao， JIANG Long， WANG Jian， ZHU Weibing（School of Mechanical Engineering， Xihua University， Chengdu 610039， China）Abstract： Airborne electronic equipment is an important component of the airborne weapon system， and the random vibration is a main factor of its structural failure. In order to improve the reliability of the airborne electronic equipment， the modal analysis for a certain airborne electronic equipment and acceleration PSD （power spectral density） simulation analysis for the random vibration based on ANSYS Workbench software platform are conducted to acquire the stress distribution cloud picture and acceleration PSD response curve. And on this basis， the simulation analysis results were verified by means of the random vibration environment test. The verification results show that the finite element simulating calculation result is identical with the experimental result， which proves that the modeling and simulation are reasonable. It provides a reference for further structural optimization and new design.Keywords： airborne electronic equipment； modal analysis； random vibration analysis；airborne weapon system0 引言随着军用电子技术的发展，机载电子设备已经成为航空武器装备自动化、智能化、信息化的主要因素。
ANSYS Workbench 17·0有限元分析：第9章-随机振动分析
第9章随机振动分析随机振动分析是一种基于概率统计学的谱分析技术，它求解的是在随机激励作用下的某些物理量，包括位移、应力等的概率分布情况等。
随机振动分析在机载电子设备、抖动光学设备、声学装载设备等方面有着广泛的应用。
★ 了解随机振动分析。
9.1随机振动分析概述随机振动分析（Random Vibration Analysis）是一种基于概率统计学的谱分析技术。
随机振动分析中功率谱密度（Power Spectral Density，PSD）记录了激励和响应的均方根值同频率的关系，因此PSD是一条功率谱密度值——频率值的关系曲线，如图9-1所示，亦即载荷时间历程。
图9-1 功率谱密度图第9章随机振动分析对PSD的说明如下。
PSD曲线下的面积就是方差，即响应标准偏差的平方值。
PSD的单位是Mean Square/Hz（如加速度PSD的单位为G2/Hz）。
PSD可以是位移、速度、加速度、力或者压力等。
在随机振动分析中，由于时间历程不是确定的，所以瞬态分析是不可用的。
随机振动分析的输入为：通过模态分析得到的结构固有频率和固有模态。
作用于节点的单点或多点的PSD激励曲线。
随机振动分析输出的是：作用于节点的PSD响应（位移和应力等），同时还能用于疲劳寿命预测。
9.2 随机振动分析流程在ANSYS Workbench左侧工具箱中Analysis Systems下的Random Vibration上按住鼠标左键拖动到项目管理区的A6栏，即可创建随机振动分析项目，如图9-2所示。
图9-2 创建随机振动分析项目当进入Mechanical后，选中分析树中的Analysis Settings即可进行分析参数的设置，如图9-3所示。
图9-3 随机振动分析参数设置。
workbench随机振动实例
第N章随机振动案例下面介绍对一个任意模型加载中国军用标准中振动试验标准所规定的功率密度谱来演示ANSYS WOKBENCH 14.0 机械设模块动力学分析中随机振动分析模块的基本操作过程。
1.5.1案例介绍本案例主要参考了GJB150.16-1986：《中华人民共和国国家军用标准--军用设备环境试验方法--振动试验》。
其部分内容如下：“本标准规定了军用设备振动试验方法，是制订军用设备技术条件或产品标准等技术文件的相应部分的基础和选则依据”。
根据标准第2.3.1条规定，“作为固紧货物的设备通过陆地、海上或空中运输时都将遇到这种环境。
陆上运输环境比海上或空中更为严重，而且所有海上或空中运输的前后都将包括陆上运输，因此以陆上运输来作为基本运输环境。
陆上运输环境包括公路运输和铁路运输，而公路运输比铁路运输更为严重因此以公路运输来作为运输环境。
公路运输的环境是一种宽带振动，它是由于车体的支撑、结构与路面平度的综合作用产生的。
设备的运输一般是指从制造厂到用户以及用户之间所经受的典型环境。
这些运输科分为两个阶段，公路运输和野战任务运输野战任务运输通常是由双轮拖车，2.5~10T的卡车，半拖车和（或）履带车来完成，典型举例是500KM。
路面条件差，在战斗环境下将经历恶劣的路面和原始地形”。
由于野战运输环境下的功率密度谱的振动更强，故笔者选用了标准中规定了第一类设备在“基本运输环境”中第98，99页“双轮拖车环境”的功率密度谱。
本次通过使用军用标准中激励相对较强的功率密度谱进行分析，可以体现较为严格的环境从而更完整的展示结构在随机振动激励下的各种响应情况。
1.5.2启动Workbench并建立分析项目(1) 打开ANSYS WORKBENCH 14.0，并双击Toolbox（工具箱）→Analysis System（分析系统）→Model（模态分析），如图-1所示。
（2）单击Random Vibration（随机震动）模块，按住鼠标并将其拖动到项目管理区分析项目A6 Solution（分析）中。
ANSYS Workbench在某位移测量装置随机振动分析中的应用
2 位移测量装置的随机振动分析
2.1 几何模型 考虑到位移测量装 置结 构的复杂性，此次 有限 元分析选择壳体、 管接 头、传感 器等主要零件建模并使接头处于伸出极限位置，几何模型如图 1 所示 , 零件列表如 表 1 所示。
图 1 位移测量装置几何模型
表 1 零件列表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 名称 壳体 电连接器 管接头 传感器 支撑套 毛毡垫 铁芯 铁芯杆 支撑杆 铁芯支座 轴承支座 支撑架 材料牌号 TC4 0Cr17Ni4Cu4Nb 0Cr17Ni4Cu4Nb 1Cr18Ni9 QAl10-4-4 T112-41~44 1J50 1Cr18Ni9 0Cr17Ni4Cu4Nb 0Cr17Ni4Cu4Nb 0Cr17Ni4Cu4Nb 0Cr17Ni4Cu4Nb 密度（g/cm ） 4.62 7.78 7.78 7.92 8.9 0.95 8.2 7.92 7.78 7.78 7.78 7.78
为 0 时，为模态分析；当 F (t ) 为随机载荷谱时，为谱分析。 根据随机激励-响应关系，第 j 个自由度相对于基础加速度的功率谱 S j (ω) 可表示为如 x 下：
2
S xj (ω) Gxj (ω) S y (ω)
域上积分，可得第 j 个自由度相对于基础加速度响应的均方值为:
1 1 8.86 。 D 0.096 0.00053 0.0163 i
故L
4 结论
(1) 根据图 5 与图 6 可知，位移测量装置前 20 阶固有频率与耐久试验中采用的功率 谱密度振动频率在同一范围内，这对于结构的振动疲劳性能是很不利的。 (2) 本文的算例证明，应用 Ansys Workbench 进行随机振动分析是有效的，通过此算 法可以确定该装置的 固 有频率、基于不同概 率 统计值下的应力值 ， 这 对于考核产品 的动强度及振动试验的进行具有积极的指导作用 。 (3) 应用随机振动分析的结果，确定了该装置上的薄弱部位，并根据此处应力结果对 产品的疲劳寿命进行 计 算，这对于考核产品 在 耐久振动试验下的疲 劳 寿命具有参考 作用。
ANSYS随机振动分析教程
ANSYS随机振动分析教程随机振动分析(PSD: Power Spectral Density)是一种分析结构在随机动力加载下的响应特性的方法。
它通常应用于评估结构在实际工作环境中的可靠性和耐久性。
在ANSYS中进行随机振动分析，可以帮助我们理解结构在随机加载下的响应特性，评估结构的可靠性，并优化结构以提高其性能。
下面是一个基于ANSYS的随机振动分析的教程，通过该教程，你可以学习如何进行随机振动分析并分析结果。
步骤1:设置工程环境首先，打开ANSYS软件，并创建一个新的工程。
选择适当的单位制和求解器(如Mechanical APDL)。
步骤2:定义结构模型在这个教程中，我们将使用一个简单的悬臂梁作为结构模型。
创建一个梁模型，定义边界条件和加载条件。
确保模型准确代表了你想要分析的实际结构。
步骤3:定义随机负载在随机振动分析中，我们需要定义随机负载。
常见的随机负载包括自然地震、风荷载、机械振动等。
在这个教程中，我们以自然地震为例进行分析。
在ANSYS中，我们可以通过定义Power Spectral Density (PSD)函数来表示随机负载。
PSD函数描述了随机振动的能量分布，并用频率域表征。
使用命令“PSDZONE”创建一个PSD区域，然后通过命令“PSDFCN”定义一个PSD函数，并将PSD函数分配给PSD区域。
例如，你可以使用如下命令定义一个具有特定频率和幅值的PSD函数: /PSDZONE,1,FREQUENCY,1,200,AMP,0.1/PSDFCN,1,PSD,1步骤4:随机分析设置在进行随机振动分析之前，我们需要进行一些设置。
首先，我们需要定义分析的频率范围和步长。
可以使用命令“FREQSEP”来定义频率范围和步长。
例如，你可以使用如下命令定义频率范围为1Hz到200Hz，步长为1Hz:/FREQSEP,1HZ,1接下来，我们需要定义求解器参数。
使用命令“MODAL”定义模态分析参数:/COMBINATION,PSD/PSD,1,UNDEF然后，定义DAREA区域，并通过命令“SDPOINT”为每个频率分配一个积木节点。
workbench随机振动实例
第N章随机振动案例下面介绍对一个任意模型加载中国军用标准中振动试验标准所规定的功率密度谱来演示ANSYS WOKBENCH 14.0 机械设模块动力学分析中随机振动分析模块的基本操作过程。
1.5.1案例介绍本案例主要参考了GJB150.16-1986：《中华人民共和国国家军用标准--军用设备环境试验方法--振动试验》。
其部分内容如下：“本标准规定了军用设备振动试验方法，是制订军用设备技术条件或产品标准等技术文件的相应部分的基础和选则依据”。
根据标准第2.3.1条规定，“作为固紧货物的设备通过陆地、海上或空中运输时都将遇到这种环境。
陆上运输环境比海上或空中更为严重，而且所有海上或空中运输的前后都将包括陆上运输，因此以陆上运输来作为基本运输环境。
陆上运输环境包括公路运输和铁路运输，而公路运输比铁路运输更为严重因此以公路运输来作为运输环境。
公路运输的环境是一种宽带振动，它是由于车体的支撑、结构与路面平度的综合作用产生的。
设备的运输一般是指从制造厂到用户以及用户之间所经受的典型环境。
这些运输科分为两个阶段，公路运输和野战任务运输野战任务运输通常是由双轮拖车，2.5~10T的卡车，半拖车和（或）履带车来完成，典型举例是500KM。
路面条件差，在战斗环境下将经历恶劣的路面和原始地形”。
由于野战运输环境下的功率密度谱的振动更强，故笔者选用了标准中规定了第一类设备在“基本运输环境”中第98，99页“双轮拖车环境”的功率密度谱。
本次通过使用军用标准中激励相对较强的功率密度谱进行分析，可以体现较为严格的环境从而更完整的展示结构在随机振动激励下的各种响应情况。
1.5.2启动Workbench并建立分析项目(1) 打开ANSYS WORKBENCH 14.0，并双击Toolbox（工具箱）→Analysis System（分析系统）→Model（模态分析），如图-1所示。
（2）单击Random Vibration（随机震动）模块，按住鼠标并将其拖动到项目管理区分析项目A6 Solution（分析）中。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Abstract：Airborne electronic equipment is an important component of the airborne weapon system，and the random vibra⁃ tion is a main factor of its structural failure. In order to improve the reliability of the airborne electronic equipment，the modal analysis for a certain airborne electronic equipment and acceleration PSD （power spectral density） simulation analysis for the random vibration based on ANSYS Workbench software platform are conducted to acquire the stress distribution cloud picture and acceleration PSD response curve. And on this basis，the simulation analysis results were verified by means of the random vi⁃ bration environment test. The verification results show that the finite element simulating calculation result is identical with the ex⁃ perimental result，which proves that the modeling and simulation are reasonable. It provides a reference for further structural op⁃ timization and new design.
2016 年 5 月 15 日 第 39 卷第 10 期
96 doi：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2016.10.025
现代电子技术 Modern Electronics Technique
May 2016 Vol. 39 No. 10
基于 ANSYS Workbench 某机载电子设备 随机振动响应分析
应力分布云图和加速度功率谱密度响应曲线，并在此基础上通过随机振动环境试验对仿真分析结果进行验证。结果表明，
有限元仿真计算结果与试验结果比较吻合，说明建模与仿真的合理性，并可为下一步的结构优化与新设计提供参考。
关键词：机载电子设备；模态分析；随机振动分析；飞机武器系统
中图分类号：TN401⁃34；TP391.9
国外开展电子设备结构的振动冲击分析较早，其理
收稿日期：2015⁃09⁃24 基 金 项 目 ：西 华 大 学 研 究 生 创 新 基 金 项 目（ycjj2015076）；
四川省教育厅重点项目（15ZA0126）
论研究也较为完善。早在 1956 年，Lunney 和 Crede 根据 实际环境的测试数据对电子设备进行了振动分析与疲 劳 分 析 。 [4] 1972 年 Eshleman 撰 写 了《Shock and Vibra⁃ tion Technology with Applications to Electrical Systems》 一 书 [5]，通 过 对 元 件 级 的 电 子 元 器 件 到 系 统 级 的 电 子 机 箱的动力学特征进行了较为系统的分析研究。而我国 的电子设备设计与制造行业经历了从仿制到自行设计 的过程。由于电子技术在国内发展的较晚，国内在电子 设备动态性能研究领域内的水平相对不高，国产电子设 备的可靠性也相对较低。近些年来，伴随相关研制项目 的增多和应用范围的扩展，电子设备动力学分析研究开 始受到工程技术人员的重视，部分专业技术和工程设计 人 员 也 都 开 始 有 针 对 性 地 对 各 种 车 辆 、方 舱 、机 柜 以 及 不同的装载设备等的振动特性进行了相关的理论分析 和试验测试研究。本文旨在采用有限元仿真技术对某
态求解。它是将无阻尼定常系统中的各阶主振型的物理
坐标转换成模态坐标，并使该微分方程组解耦，让其转换
为每个独立的微分方程，从而求出定常系统的模态特性
参数。模态分析也是其他动力学分析的基础，即在进行
随机振动分析之前必须先求解模态获得模态参数。
多自由度系统的自由振动方程 为 [7⁃8] ：
Mü + Cu̇ + Ku = 0
（1）模型简化应保证模型尺寸足够准确，应尽量确 保设备结构的刚度不发生明显变化。同时模型的主要 结构形状必须保留，简化后的模型要尽量与原模型保持 一 致 ，在 删 除 模 型 结 构 比 较 复 杂 和 比 较 大 的 构 件 时 ，应 使用配重结构进行替代，以保证模型刚度和质量尽量不 发生改变。
（2） 要 认 真 分 析 模 型 中 某 些 细 小 特 征 。 在 模 型 构 件 中 有 许 多 细 小 特 征 ，如 小 孔 、倒 角 、凸 台 等 ，还 有 许 多 无 关 紧 要 的 非 承 载 件 和 装 饰 件 ，如 弹 平 垫 、插 槽 、手 柄 、 螺钉、标示线缆孔等，这些特征对结果影响不大应删除。 1.2 网格划分与约束加
巫发茂，蒋 龙，王 健，朱维兵
（西华大学 机械工程学院，四川 成都 610039）
摘 要：机载电子设备是飞机武器系统的重要组成部分，随机振动是使其结构失效的主要因素。为了提高机载电子设
备的可靠性，基于 ANSYS Workbench 软件平台对某机载电子设备进行模态分析和随机振动的加速度 PSD 模拟分析，获得了
文献标识码：A
文章编号：1004⁃373X（2016）10⁃0096⁃04
Analysis on ANSYS Workbench based random vibration response of a certain airborne electronic equipment
WU Famao，JIANG Long，WANG Jian，ZHU Weibing
（1）
式中：M 为系统质量矩阵；C 为阻尼矩阵；K 为刚度矩
阵；ü 为系统的加速度向量；u̇ 为系统的速度向量；u 为
位移列向量。
在 不 考 虑 结 构 中 存 在 的 阻 尼 时 ，系 统 自 由 振 动 方
程为：
Mü + Ku = 0
（2）
当发生谐振动，即 u = U sin ωt 时，则系统的自由振
模型简化与网格划分是有限元前处理一个非常重 要的阶段，在整个有限元分析过程中占据 50%～60%的 工作量，是有限元分析的核心 。 [6] 而模型简化的质量将 直接关系到网格划分的质量，网格划分的质量又关系到 模型的分析效率、计算机的计算量和计算时间。电子设 备 模 型 是 结 构 比 较 复 杂 的 装 配 体 ，结 构 构 件 中 有 承 载 件 、非 承 载 件 和 装 饰 件 等 ，在 这 些 构 件 上 还 有 一 些 细 小 特征（圆孔、倒圆角、凹槽等），这些特征大多不是重点关 注位置。如果直接对模型全部构件进行网格划分，不仅 会 使 网 格 规 模 巨 大 ，而 且 容 易 形 成 畸 形 网 格 ，会 导 致 计 算求解时间增加甚至求解失败。故在对功放电子设备 进行网格划分前需对其结构进行必要的简化处理，模型 简化过程中应注意以下两个方面：
网格划分是有限元仿真分析中的不可或缺的一部 分 ，网 格 的 质 量 对 仿 真 结 果 的 准 确 性 及 求 解 过 程 的 收 敛 性至关重要，网格单元节点数过多会使求解时间变长，从 而降低工作效率，单元数过少又会导致仿真计算结果的 精确度过低，无法保证计算的准确性。根据设备轮廓尺 寸与内部构件尺寸大小选用不同的网格尺寸进行网格划 分，本文模型网格划分时采用四面体网格划分法，网格划 分单元尺寸设置为 4 mm，划分后产生 170 460 个 节 点 ，
第 10 期
巫发茂，等：基于 ANSYS Workbench 某机载电子设备随机振动响应分析
97
机载电子设备模型进行模态分析与随机振动动力学分 析 ，并 通 过 仿 真 结 果 与 试 验 结 果 对 比 ，验 证 了 有 限 元 仿 真分析方法的有效性。
1 有限元模型的建立
由于三维实体模型比较复杂，建立有限元分析模型 本文选用导入 CAD 模型法，即采用参数化建模技术，利 用 三 维 建 模 软 件 UGNX 8.0 建 立 该 机 载 电 子 设 备 的 CAD 模型，如图 1 所示。然后将其转化为 x_t 文件格式 导入有限元分析软件 ANSYS Workbench 中进行动力学 特性分析。 1.1 模型简化
Keywords：airborne electronic equipment；modal analysis；random vibration analysis；airborne weapon system
0引言
随着军用电子技术的发展，机载电子设备已经成为 航 空 武 器 装 备 自 动 化 、智 能 化 、信 息 化 的 主 要 因 素 。 由 于军用机载电子设备所处的环境条件比一般电子设备 更 复 杂 与 严 酷 ，并 且 由 环 境 因 素 造 成 设 备 失 效 率 高 达 50% ，在 温 度 、振 动 、湿 度 三 项 环 境 因 素 中 ，振 动 因 素 [1 ⁃2] 约占 27%。机载电子设备是航空武器系统的重要组成 部 分 ，是 各 种 电 路 印 制 板 、电 子 元 器 件 及 机 械 零 部 件 的 主要载体，其结构的机械性能优劣将直接影响设备中电 信号传输以及电子系统的稳定性 。 [3]