军用电子机柜随机振动疲劳分析
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。
宇航单机元器件随机振动疲劳失效分析
宇航单机元器件随机振动疲劳失效分析随机振动是指振动信号具有随机性、不确定性的特点。
宇航领域中，单机元器件受到随机振动的影响是不可避免的，因此对于其随机振动疲劳失效进行分析具有重要意义。
随机振动疲劳失效是指单机元器件在受到随机振动作用下，长期累积的微弱疲劳损伤最终导致元器件失效的一种失效方式。
随机振动疲劳失效分析主要包括随机振动信号的特性分析、损伤累积寿命预测、失效模式分析等。
首先，随机振动信号的特性分析是随机振动疲劳失效分析的基础。
随机振动信号的特点包括功率谱密度、相关函数、方差等。
其中功率谱密度是指随机振动信号在不同频率下的能量分布，通过功率谱密度分析可以了解受到随机振动信号的单机元器件所受到的振动情况。
相关函数是指随机振动信号的前后时间点之间的相关性，通过相关函数分析可以得到受到的随机振动信号的时间变化规律。
方差则是指随机振动信号的波动大小，可以反映出随机振动信号的强度。
其次，在损伤累积寿命预测方面，主要是通过损伤累积理论以及试验数据来进行预测。
损伤累积理论认为，在每次受到随机振动信号的影响后，单机元器件的损伤量都会略微增加，而随着时间的推移，这些微弱的损伤会不断累积，最终导致元器件失效。
通过建立损伤累积预测模型，可以预测单机元器件在受到不同强度的随机振动信号作用下的寿命。
最后，在失效模式分析方面，主要是通过试验数据来分析单机元器件随机振动失效的模式。
通过试验数据的统计分析，可以得到失效模式的发生概率，并对模式进行分类和描述。
此外，还可以通过失效模式的分析来研究随机振动的特点及其对单机元器件的影响。
综上所述，随机振动疲劳失效分析是宇航领域中非常重要的技术，可以为单机元器件的设计、制造和维护提供重要的依据。
对于随机振动疲劳失效分析的深入研究，不仅可以增强宇航装备的安全性与可靠性，同时也可以促进相关技术的发展与进步。
机载设备随机振动疲劳寿命分析-曹立帅
机载设备随机振动疲劳寿命分析
作者姓名：曹立帅，李刚，顾卫平 作者单位：庆安集团有限公司航空设备研究所 联系方式：029-84636527
某电子设备随机振动疲劳寿命仿真分析
引 言
用于 机载 或野 外军 用 电子设 备所 处 的机械 环境 较
１ 随机 振 动 及 其 工 程应 用
自然界 和工 程实 际 中大量 振动 现象都 是非 确定 性 的振动 ， 可使 用统 计 的方法 来研 究其 规律 ， 平稳 的随机 过程 通 常用来 抽 象 和简 化 实 际振 动 环 境 ， 线 性 各 态 历 经平 稳 随机振 动 函数 表示 为 ：
Ｔ ｈｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｉ ｍｉ ｌ ａ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗｉ ｎ ｇ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ， ｗｈｉ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｕｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈｉ ｓ ｐ ａ ｐｅ ｒ ｉ ｓ ｈ ｅ ｌ ｐｆ ｕｌ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｌ ｉ ｆ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｅ ｑ ｕｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ；ｒ ａ ｎ ｄｏ ｍ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｌ ｉ ｆ ｅ；ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ；ＰＳ Ｄ
第３ ２ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ第 ６期
２ ０ １ ６年 １ ２月
电 子 机 械 工 程
Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ－Ｍ ｅ ｃ ｈａ ｎｉ ｃ ａｌ Ｅｎｇｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
Ｖｏ １ ． ３２． Ｎｏ ． ６
Ｄｅ ｃ ． ２ ０ １ ６
航空电子设备振动试验与分析
航空电子设备振动试验与分析【摘要】本文就航空电子设备振动试验，包括试验夹具设计、设备安装、控制点选择及几个关键结构问题的试验分析与结论等方面作一些阐述。
【关键词】振动试验；试验分析0概述飞机上航空电子设备所处的机械环境比较恶劣，据国外统计，航空电子设备故障29％～41％由机械负荷的作用引起，元件的失效频度比在实验室条件下(无振动、冲击时的失效频度)大120～160倍，振动引起的元件或材料的疲劳损坏，造成电子产品的失效。
航空电子设备防振设计的主要方法有减弱和消除振源、小型化及刚性化、去谐、去耦、增加阻尼，主要手段可以进行有限元建模来分析设备的模态振型，掌握电路板组件和机箱的模态频率和振型，并进行动力响应分析（PSD），在规定的外力载荷或试验的环境载荷条件下分析机箱和电路板组件的各关心部位的响应情况，为合理的元器件布局设计、电路板组件结构设计和机箱结构设计提供依据。
振动试验是结构设计分析及验证的重要环节，振动试验的方法关系到试验的正确性与准确性，必须加以重视，研究振动试验方法是进行振动试验的最重要的组成部分。
１振动试验的几个关键问题１.１夹具夹具是振动试验的最重要的准备工作，夹具的好坏关系到试验的成功与否，夹具设计与验收遵照以下原则进行。
１.１.１夹具结构要求材料采用铝合金，对于三维尺寸小于200mm的小型夹具，应为整体机加工结构形式；对于坯料供应困难的较大夹具，优先考虑铸造或焊接，允许螺装和局部焊接，螺装时螺栓间距小于8cm；经常拆卸的夹具，要嵌钢螺套或插销螺套；螺纹连接部位，用高强度厌氧胶粘接；夹具要留有传感器安装位置。
１.１.２夹具性能要求对电子产品而言，通常夹具和产品的总重小于30kg，要求：a）一阶共振频率垂直向>700Hz，水平向>450Hz；垂直向高于700Hz，水平向高于450Hz时，试验曲线上允许有多个共振峰或反共振峰，但在1000Hz内，随机试验累计带宽内总均方根值差<3dB；验收时可将夹具、台面上各部位综合考虑作为控制点。
随机振动疲劳寿命预测方法研究
随机振动疲劳寿命预测方法研究随机振动是在振动研究中一个重要的方面，它不仅可以模拟复杂的工程问题，而且可以用于预测疲劳寿命的预测。
本文将介绍随机振动疲劳寿命预测方法的原理、主要方法及其应用，并对研究进展进行概述。
一、随机振动疲劳寿命预测方法原理随机振动疲劳寿命预测是根据测试发生在机械结构中的振动情况，通过数值方法和实验方法来估算结构的寿命。
振动通常是实际的受力原因，从而导致结构的早期疲劳和衰减，从而影响结构的使用寿命。
随机振动是一种不可预测的振动，它可能来自外部的环境或加载，也可能来自机械结构自身的动态特性。
一般来说，随机振动可以分为低频和高频两种。
低频随机振动来自恶劣的环境或罕见的加载，而高频随机振动则来自结构自身的动态特性。
通过将随机振动信号分解，其中的各个分量构成随机振动疲劳寿命预测的基础。
二、主要方法（1）加速度空间灰色关联分析法加速度空间灰色关联分析法是一种基于加速度信号（能量空间模型）的灰色预测技术。
根据监测加速度信号的空间相关性，本方法可以有效地提取其中的振动特征，并预测结构疲劳寿命。
它是一种分步灰色预测法，采用灰色关联数据变换（GCDT）算法来实现信号的分类，提取足够的特征向量，再采用灰色预测技术来估算疲劳寿命。
（2）加速度时域参数方法加速度时域参数方法是一种基于加速度信号的动态参数分析方法。
根据监测加速度信号，研究者从时间和频率上提取相关参数，如“振幅”、“峰值”、“峰值因子”、“保守系数”等，从而得到疲劳寿命的预测值。
本方法采用的参数较多，预测结果更加准确，但是计算复杂，要求更高。
三、应用随机振动疲劳寿命预测方法主要应用于汽车的发动机和传动系统的预测，同时也应用于船舶柴油机、发电机组、齿轮箱及其他链条系统的疲劳寿命预测。
在发动机和传动系统中，汽车设计者要求通过对随机振动进行分析和综合，来估算设计寿命，以实现安全可靠的汽车使用。
因此，结合动态负荷分布、结构比重和疲劳材料强度计算，此类测试结果常用于分析汽车动力总成和传动系统的疲劳设计要求，以实现安全可靠的设计寿命。
宇航单机元器件随机振动疲劳失效分析
宇航单机元器件随机振动疲劳失效分析随着航天技术的不断发展，宇航单机元器件在宇航器件上的应用越来越广泛。
宇航单机元器件在宇航器件中承担着重要的作用，但随机振动疲劳失效问题一直是制约宇航单机元器件寿命的关键因素。
对宇航单机元器件随机振动疲劳失效进行深入分析，对提高宇航器件的可靠性和寿命具有重要的意义。
1. 随机振动疲劳失效的原因宇航单机元器件在使用过程中受到了多种外界环境因素的影响，其中最主要的因素之一就是随机振动。
宇航器件在航天飞行过程中会遇到各种自然环境的振动，如发动机振动、空气动力学振动、风振动等，这些振动都会对宇航单机元器件造成不同程度的影响。
1.1 随机振动对元器件的影响随机振动会对宇航器件上的单机元器件造成振动应力，长期的振动应力作用会导致宇航单机元器件产生疲劳裂纹，最终导致器件失效。
随机振动还会对宇航单机元器件内部的焊点、连接件等造成疲劳破坏，降低了器件的可靠性和寿命。
1.2 材料的影响宇航单机元器件的材料、结构等因素也会对随机振动疲劳失效产生影响。
不同的材料有不同的疲劳极限和振动响应特性，而宇航单机元器件在设计和制造过程中的结构参数也会对随机振动疲劳失效产生影响。
针对宇航单机元器件随机振动疲劳失效问题，常用的分析方法主要包括有限元分析、振动台实验、试验台试验等。
2.1 有限元分析有限元分析是一种基于数值模拟的分析方法，通过建立宇航单机元器件的有限元模型，对器件在随机振动载荷下的应力、变形等进行模拟分析，从而预测器件的疲劳寿命和失效位置。
有限元分析具有工程应用广泛、成本低廉等优点，可以为宇航单机元器件的设计和改进提供依据。
2.2 振动台实验振动台实验是一种通过振动台设备对宇航单机元器件进行振动加载，观察器件在振动载荷下的响应情况，从而分析其疲劳寿命和失效形式的实验方法。
振动台实验可以真实模拟器件在实际工作环境中的振动情况，有利于验证理论计算分析的结果。
2.3 试验台试验通过对宇航单机元器件随机振动疲劳失效进行分析，可以得到器件在随机振动载荷下的应力、变形等响应情况，以及器件的疲劳寿命和疲劳失效形式。
随机振动疲劳分析流程
随机振动疲劳分析流程## Random Vibration Fatigue Analysis Procedure.1. Define the random vibration environment.The random vibration environment is typically defined by a power spectral density (PSD) function. The PSD function describes the distribution of vibration energy over a range of frequencies. It can be measured using a vibration shaker or accelerometer.2. Create a finite element model of the structure.The finite element model (FEM) should be created using a software program such as ANSYS or Abaqus. The FEM should include all of the relevant structural components, such as beams, plates, and shells.3. Apply the random vibration environment to the FEM.The random vibration environment can be applied to the FEM using a variety of methods, such as the directfrequency response method or the modal superposition method.4. Calculate the stress response of the structure.The stress response of the structure can be calculated using the FEM. The stress response is typically expressedin terms of the root mean square (RMS) stress.5. Estimate the fatigue life of the structure.The fatigue life of the structure can be estimatedusing a variety of methods, such as the S-N curve method or the Miner's rule. The fatigue life is typically expressedin terms of the number of cycles to failure.## 随机振动疲劳分析流程。
利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析
利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析ANSYS是一款常用的工程仿真软件，具有强大的分析功能。
在进行随机疲劳分析时，可以利用ANSYS的随机振动分析功能来模拟随机加载下的疲劳损伤。
随机疲劳分析是一种考虑工作载荷随机性对结构疲劳寿命影响的方法。
通过采用随机振动分析，可以考虑到工作载荷的随机特性，进一步分析结构的疲劳损伤。
ANSYS中的随机振动分析功能可以通过以下步骤来进行：1.几何建模：首先，需要进行结构的几何建模。
使用ANSYS的几何建模工具可以创建出要进行疲劳分析的结构。
2.材料属性定义：在进行材料属性的定义时，需要确定材料的弹性模量、泊松比、密度和疲劳参数等。
可以根据材料的材料数据手册来获取这些参数。
3.边界条件设置：在进行随机振动分析时，需要设置结构的边界条件。
这些边界条件可以是结构受到的随机外载荷或者是结构与其他部件的接触情况。
4.加载设置：在进行随机振动分析时，需要设置结构受到的随机载荷。
这些载荷可以是来自于实际工况的随机载荷，也可以通过振动台试验数据等手段获取。
5.随机振动分析：利用ANSYS的随机振动分析功能，可以进行频域分析或时域分析。
频域分析可以用于计算结构的响应功率谱密度，时域分析可以用于计算结构的随机响应。
6.疲劳寿命计算：在获得结构的随机响应后，可以进行疲劳寿命计算。
根据结构的随机响应和材料的疲劳性能参数，可以使用ANSYS的疲劳分析功能来计算结构的疲劳寿命。
通过以上步骤，可以利用ANSYS的随机振动分析功能实现随机疲劳分析。
这种方法能够更全面地考虑结构在实际工作环境下的疲劳寿命，为结构的设计和改进提供准确的参考。
需要注意的是，在进行随机疲劳分析时，需要对随机载荷进行合理的统计分析，获取载荷的概率密度函数。
如果没有足够的载荷数据，也可以使用统计模型进行估计。
此外，还需要对材料的疲劳性能参数进行准确的测定，以保证疲劳寿命计算的准确性。
总之，利用ANSYS的随机振动分析功能进行随机疲劳分析是一种有效的方法，可以更准确地评估结构在随机工作载荷下的疲劳性能，为结构的设计和改进提供有力的支持。
宇航单机元器件随机振动疲劳失效分析
宇航单机元器件随机振动疲劳失效分析随着航天技术的不断发展，宇航单机元器件在工作过程中会遇到各种各样的挑战，其中之一就是振动疲劳失效。
振动疲劳失效是指元器件在受到振动作用下，由于材料疲劳强度不足或者应力集中等原因，导致元器件的性能和功能逐渐下降，最终失效的现象。
在宇航领域中，这种失效往往会导致严重的事故，因此对于宇航单机元器件的振动疲劳失效分析显得尤为重要。
一、振动环境在宇航领域中，宇航单机元器件在工作过程中会遇到多种不同的振动环境，主要包括以下几种情况：1. 发射阶段：在火箭发射过程中，宇航单机元器件会受到来自火箭发动机和火箭本身的各种振动作用。
2. 轨道阶段：一旦进入轨道，宇航单机元器件还会受到来自宇宙辐射、微重力以及空间垃圾碎片等因素的影响。
3. 返回阶段：当宇航员或者宇航飞船返回地球时，再次经历大气层的冲击和重力加速度会给宇航单机元器件带来不同程度的振动作用。
以上振动环境对于宇航单机元器件的振动疲劳失效都会造成一定的影响，因此需要进行详细的分析和研究。
二、振动疲劳失效分析方法针对宇航单机元器件的振动疲劳失效分析，通常采用以下几种方法：1. 数值模拟分析：通过数值模拟分析软件对宇航单机元器件在不同振动环境下的受力情况进行模拟计算，得到元器件受力情况的数据。
2. 振动试验分析：利用振动台或者振动测试设备对宇航单机元器件进行振动试验，获取元器件在不同振动频率和振动幅度下的振动响应数据。
3. 实验观测分析：将宇航单机元器件安装在宇航器上，通过对宇航器进行实地观测，获取元器件在实际工作环境下的振动情况和振动响应数据。
三、振动疲劳失效评估指标在进行振动疲劳失效分析过程中，需要制定一系列的评估指标来评估元器件的振动疲劳性能，主要包括以下几个方面：1. 疲劳寿命：通过对元器件进行振动试验或者数值模拟分析，可以获取元器件在特定振动环境下的疲劳寿命数据，即元器件在该振动环境下能够承受的振动次数或者时间。
3. 损伤程度：通过对元器件进行振动试验或者数值模拟分析，可以获取元器件在振动作用下的损伤程度数据，包括应力分布、裂纹情况等。
随机振动疲劳寿命预测方法研究
随机振动疲劳寿命预测方法研究随机振动疲劳寿命预测方法研究随机振动是指在一定时间内，不同时刻上所发生的振动信号之间存在差异性的振动。
由于许多机械结构都会遭受到不可预测的外界环境干扰，这些外界环境干扰的特性通常被抽象为随机振动。
因此，要准确地预测机械结构的寿命，就必须对其受到的随机振动进行有效的分析和预测。
随机振动分析中的疲劳寿命预测是一个重要的研究内容。
疲劳寿命是指机械结构在设计使用条件下，能够耐受的最大的疲劳应力循环次数或者疲劳应力循环时间。
疲劳寿命预测是指根据机械结构的设计参数和受到的振动信号，预测该机械结构的疲劳寿命。
疲劳寿命预测的方法主要包括：静态疲劳预测方法、静动态耦合疲劳预测方法、单峰值疲劳预测方法和随机振动疲劳预测方法。
由于随机振动疲劳预测方法能更好地反映实际环境，因此，随机振动疲劳预测方法也是最常用的疲劳预测方法之一。
随机振动疲劳寿命预测方法主要依赖于随机振动理论，该理论可以将随机振动过程分解为三个独立的过程：功率谱密度函数、相位移动函数和幅度变化函数。
功率谱密度函数描述了振动的能量分布情况；相位移动函数描述了振动的相位变化；而幅度变化函数则描述了振动的幅度变化。
随机振动疲劳寿命预测的基本原理是：将受到的振动信号转换为功率谱密度函数、相位移动函数和幅度变化函数，然后根据疲劳理论，以及功率谱密度函数、相位移动函数和幅度变化函数作为输入参数，计算出机械结构受到的疲劳应力和应变，从而确定其疲劳寿命。
随机振动疲劳寿命预测可以更加准确地反映机械结构实际的疲劳寿命，尤其是在受到非常复杂的随机振动时，其预测结果更为可靠。
然而，随机振动疲劳寿命预测的计算量较大，而且需要准确的功率谱密度函数、相位移动函数和幅度变化函数，因此，随机振动疲劳寿命预测的可靠性取决于这些函数的准确性。
随机振动疲劳寿命预测方法也可以改进，例如采用改进的功率谱密度函数，改进的相位移动函数，改进的幅度变化函数，以及改进的疲劳理论，以期提高疲劳寿命预测的准确性和可靠性。
随机振动疲劳分析流程
随机振动疲劳分析流程Random vibration fatigue analysis is a critical process in engineering design and analysis. It involves predicting the life of a structure subjected to random vibrations, such as those experienced in vehicles, aircraft, and industrial machinery. This type of analysis is essential for ensuring the reliability and durability of components and systems under real-world operating conditions.随机振动疲劳分析是工程设计和分析中的一个关键步骤。
它涉及预测结构在随机振动下的寿命，例如车辆、飞机和工业机械中经历的振动。
这种分析对于确保组件和系统在实际运行条件下的可靠性和耐久性是至关重要的。
One of the main challenges in random vibration fatigue analysis is the uncertainty in the input loads. Unlike deterministic loading, which is well-defined and repeatable, random vibrations have unpredictable characteristics that make it difficult to accurately predict the fatigue life of a structure. This uncertainty requires the use of probabilistic methods and statistical tools to assess the effects of random loading on the structural integrity.随机振动疲劳分析中的主要挑战之一是输入载荷的不确定性。
电子机柜的静载荷和动载荷的振动试验
１１２ 机柜和机架的刚度试 ．．
验要求
得的数据，用来确定机柜设计中机
保持此等 级不低于１ ｉ ０ ｎ ｍ ａ
合格评定 ：
械方面的薄弱环节和（ 性能下降 或）
情况， 作为设计改进的依据 ， 同时结 合有关的标பைடு நூலகம்和规范 ，决定机柜样
试验条件 见图２ ： （ ） 试样应使 用标准的螺栓固定座固定在刚性地 面上，试验不加内部静载荷。
ｍ／“ 搜索到共振点后， Ｎ ２ ９ ｆ ｆ＝ ． １ 卫 Ｚ ； ６６４ ９ 加速度为 ｌ ５。 ＝１ ２ ／ ） ４ ０ 。 ０（
（／ ； ｆｆ Ｚ ） 式中： ｌ ｆ 一扫频的上限频率； ｆ Ｚ 一扫频的下限频率。 因此， 在上述扫频循环内， 通过
酷选择） 。
随着科技迅猛发展，工业类电 工电子类产品已遍及社会的很多领 域，该类产品的可靠性也越来越受 到人们的重视。 由于产品在振动、 冲
击条件下的可靠性要求 ， 机柜的静、 动载荷试验逐步得到更多的关注。 这些试验的目的是，通过试验所获
试验的合格评定： ａ 试验后不允许存在导致影响 ）
口
Ｅ ＨＮ Ｌ Ｙ／技术前沿 Ｃ Ｏ ＯＧ
电子机柜的静载荷和动载荷的振动试验
． 文／ 北京四方继保自动化有限公司
韩造林 张开国 田荡
［ 要］ 本文介绍了电子机柜 摘 ： 的静载荷和动载荷振动试验的国际
（ 国家） 标准及试验方法， 并根据具体
１ 标准概况
底部固有设计的安装方式， 固定在振 动试验机上 ， 以接近实际的安装情
ａ 按图２ ） 所示在机柜的每一侧
试验后，不允许产生影响有关机柜 技术规范中规定的配合的下降或功
属部分，都应实现电气互连并可靠
接地。 经验表明， 仅靠安装螺钉不能
航空结构随机振动疲劳分析方法
航空结构随机振动疲劳分析方法张平，刘畅（成都飞机工业（集团）有限责任公司，四川成都610091）【摘要】针对飞机结构随机振动疲劳分析中，提出频域法计算方法，在这一方法下对飞机结构频率响应计算，获取结构传递函数，所得结果乘以所输入功率谱，通过计算获取结构应力功率谱密度，并和材料参数相结合，获取相应的飞机结构疲劳损伤模型。
最后以某飞机机翼为研究对象，仿真分析频域法在随机振动疲劳分析中的应用效果，结果发现这一方法具有可行性。
关键词：航空结构；随机振动；疲劳分析中图分类号：V214.19文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.07.041Random Vibration Fatigue Analysis Method for Aviation StructuresZhang Ping，Liu Chang（Chengdu Aircraft Industry(Group)Co.,Ltd.,Chengdu,Sichuan610091,CHN）【Abstract】In the random vibration fatigue analysis of aircraft structures,the frequency domain method is proposed.Under this method,the frequency response of aircraft structures is calcu⁃lated to obtain the structure transfer function.The results are multiplied by the input power spectrum.The structural stress power spectral density is obtained through calculation,and the corresponding fatigue damage model of aircraft structures is obtained by combining with the ma⁃terial parameters.Finally,taking a certain aircraft wing as the research object,the application effect of frequency domain method in random vibration fatigue analysis was simulated and ana⁃lyzed,and the results showed that this method was feasible.Key words:aviation structure；random vibration；fatigue analysis1引言在飞行过程中，飞机结构上一部分部件长期处于噪声环境，如喷气噪声、附面层噪声等，受到这些噪声激励作用容易导致部分薄板结构因为振动出现疲劳，引发出现铆钉松动，甚至可能会出现蒙皮撕裂。
机载设备随机振动疲劳寿命分析-曹立帅
图 2 疲劳寿命分析流程
3 某液压驱动装置壳体随机振动实例分析
3.1 计算模型
图 3 控制壳体有限元计算模型
液压驱动装置几何模型采用 Catia 建立,将其余组件以集中质量的形式连接 到壳体上；壳体和试验工装之间通过绑定连接在一起；采用四面体网格，有限元 模型中包含 192666 个单元。 3.2 约束和加载
2 线性疲劳累积损伤理论与随机振动
2.1 Miner 线性疲劳累积损伤理论
线性累积损伤理论认为，材料在各个应力下的疲劳损伤是独立进行的，并且
[1]
总损伤可以进行线性累加 。
应力作用σ1 作用 n1 次，该应力水平下材料达到破坏的总循环次数为 N1。设
D 为最终断裂时的损伤临界值，根据线性疲劳累加损伤理论，应力σ1 每作用一
根据应力寿命关系式求 X 方向 1σ、2σ、3σ应力下许可循环次数疲劳寿命：
Siσ σ −1A
b
=
Niσ N0
8
[5]
应力为疲劳极限时的循环次数为 N0=10 ，材料 S-N 曲线的斜率为 b=-3.322 ，
9
8
计算得到 1σ、2σ、3σ应力下许可循环次数 N1σ=2.09×10 ，N2σ=2.09×10 ，
参考文献：
[1] 王启义.中国机械设计大典 第 2 卷[M].江西科学技术出版社,2002:1171-1172. [2] STEINBERG D S. Preventing thermal cycling and vibration failures in electronic equipment.
电子设备机箱随机振动仿真分析及优化设计
电子设备机箱随机振动仿真分析及优化设计在恶劣车载工况下，电子设备机箱的随机振动影响产品的性能。
论文以某车载电子设备机箱为研究对象，建立了有限元分析模型，进行了机箱的随机振动分析，找出设计薄弱环节，基于随机振动条件下对机箱进行重新优化设计，优化后质量减重明显。
为该型产品设计提供了可用依据。
【Abstract】Under the harsh vehicle conditions，the random vibration of electronic equipment cases will affect the performance of the product. Taking an on-board electronic equipment case as the research object，the finite element analysis mode is established，and the random vibration analysis of the cases is carried out，the weak link of the design is found out. Based on the random vibration condition，the optimization design of the cases is carried out，and the weight loss is obvious after the optimization. It provides a useful basis for the design of this type of product.标签：有限元分析；随机振动；优化设计1 引言电子设备机箱作为重要电子元器件的重要载体，对于电子设备的寿命和工作效率发挥着重要作用，特别是车载军用电子设备机箱由于其恶劣的使用环境和工况，对这类机箱必须具有质量轻、散热好、工作稳定可靠等要求。
宇航单机元器件随机振动疲劳失效分析
宇航单机元器件随机振动疲劳失效分析
宇航单机元器件的随机振动疲劳失效分析是宇航工程中重要的一环，它主要用于评估宇航器件在航天任务中的可靠性和寿命，从而提供有力的技术支持和参考，确保宇航器件能够在特定环境下正常工作，不出现疲劳失效等问题。
随机振动疲劳失效分析主要包括以下几个方面：
1. 振动环境测试：通过对宇航单机元器件所处环境的振动进行测试，获取振动的频率、加速度、位移等参数。
这些参数是随机振动疲劳失效分析的基础，能够为后续分析提供准确的数据。
2. 振动响应分析：针对宇航单机元器件所处环境的振动参数，进行振动响应分析，了解宇航器件在不同振动条件下的响应情况。
振动响应分析可以通过模拟软件进行数值计算，也可以通过实验测试进行验证。
3. 疲劳寿命预测：基于振动响应分析的结果，预测宇航器件在特定振动环境下的疲劳寿命。
这一步需要考虑到宇航器件的材料特性、结构特点、工作环境等多方面的因素，通过数学模型和统计方法进行疲劳寿命的预测。
4. 疲劳损伤评估：对于已经发生疲劳失效的宇航器件，进行疲劳损伤评估分析，找出疲劳失效的原因和机理。
这一步可以通过显微镜观察、材料力学性能测试等方法进行，从而为后续的疲劳预防和改进提供有效的依据。
5. 疲劳寿命验证：对于疲劳失效可能性较大的宇航器件，在设计和制造过程中进行寿命验证。
即将宇航器件置于高强度振动环境下，观察其是否能够正常工作，是否出现疲劳失效等问题。
通过寿命验证，能够准确评估宇航器件在实际工作环境下的可靠性和寿命。
随机振动疲劳分析
1 随机耐久性分析流程⏹本文内容如下图所示：⏹随机疲劳分析的常规工作流程步骤 1.使用NX Nastran SOL 103 响应动力学计算正则模态和约束模态。
步骤 2.创建响应动力学解算过程。
设置随机事件和激励PSD。
步骤 3.创建耐久性解算过程。
设置和求解随机耐久性事件。
1.1 响应动力学1.1.1 定义体材料属性⏹完成网格划分后，通过更多》指派材料定义材料属性。
⏹耐久性材料属性介绍⏹耐久性材料属性指标：疲劳强度系数与疲劳强度指数。
⏹也可以自定义S-N曲线。
⏹自定义各向同性材料S-N 曲线介绍⏹要将用户定义的S-N 曲线指定为用于计算耐久性结果的疲劳寿命准则，请执行以下步骤：步骤 1.定义材料的S-N 曲线。
步骤 2.定义应力寿命准则。
步骤 3.使用静态事件或瞬态事件中的疲劳耐久性对象并求解耐久性事件。
自定义材料的S-N 曲线通过【更改显示部件】，可以在Fem窗口（定义材料属性）与sim窗口切换。
在指派材料时，单击自定义材料：应力-寿命数据下拉框选择【场】⏹选择【表构造器】⏹在表格场输入S-N曲线⏹依次输入S-N曲线数据⏹完成FEM网格及材料属性定义后，创建SOL103 响应动力学分析，⏹选择SOL103响应动力学⏹主页》约束类型》用户定义约束⏹释放X方向自由度⏹⏹主页》约束类型》强制运动位置完成约束定义，如下图所示：右键Solution 1》求解⏹重命名Solution 1为Solution 103_RS1.1.5 查看正则模态及约束模态⏹正则模态及约束模态下图所示：1.2 随机振动分析1.2.1 创建随机振动事件⏹右键单击Response Dynamic>新建事件⏹类型下拉框选择【随机】，命名为Event_VS1.2.2 添加激励⏹在Event_VS下，右键单击Excitation，新建激励》平移节点⏹选择载荷激励点⏹单击向下箭头》f(x)函数管理器，选择功率谱密度函数⏹ 自定义功率谱密度介绍 ⏹ 或者单击，新建功率谱密度。
三轴随机振动疲劳分析流程
7.2 仿真实例-三轴顺序振动测试该分析使用多轴激励，但按顺序进行。
首先，x轴方向激励一段时间，然后是y轴，然后是z轴。
这样做是为了复现常见的振动台试验，因为大多数电动振动台一次只能提供单轴激励。
7.2.1 创建分析过程①打开DesignLife的工作文件夹，在Available Data窗口展开FE模型。
②File菜单>Open Process，选择Vibration_dutycycle_pt1.flo。
③从软件界面左侧第二列的Available Data窗口中拖动有限元模型mounting _bracket_random.op2到FEInput中。
④将Vibration Generator图标拖进工作空间，右键选择Rename，重命名为VibrationGenerator_Zxais。
④双击Vibration Generator图标，或右击Vibration Generator图标选择Properties，点击AddRow新增三列，输入如下数据，点击OK退出窗口。
Frequency（Hz）Amplitude（g^2/Hz）100.015400.0155000.00015⑤打开Display选项板，拖放xy display图标到工作区中。
将它们和Vibration Generator_Zxais图标相连，点击运行，显示PSD曲线。
⑥打开DesignLife选项板，将Vibration CAE Fatigue疲劳图示符拖到工作空间上，将其连接到FEInput。
7.2.2 载荷设置①右击Vibration CAE Fatigue疲劳图示符，选择Advanced Edit ，Run Flow？对话框出现，选择Yes。
②在loading下选择VibrationLoad，并在窗口的右侧部分选择LoadingType下拉列表，然后选择Duty Cycle。
如果配置方法设置为From File件，则选择Interactive。
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ｐｒｏｐｅｎｉｅｓ ｗｉｌｌ ｉｎ日ｕｅｌｌｃｅ ｔｈｅ
廿ａＩｌｓ墒ｓｓｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃ砸ｃａｌ ｓｉ鲷ａｌ ａＩｌｄ ｒｅｌｉａｂｉｌ耐ｏｆ ｃｌｅｃ的Ｉｌｉｃ ｓｙｓｔ锄ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ
ｂａｔｔｌｅｆｉｅｌｄ．Ｔ０ ｉｍｐｒｏｖｅ ｍｏｂｉｌ时彻ｄ ｒｃｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｃｈａｒｉｏｔ，叩ｔｉｍｉｚｉｎｇ
基于模态分析理论、随机振动理论和随机疲劳理论，利用有限元对新旧机柜 上电子设备的动态性能和机柜的疲劳性能分别进行了计算分析。由模态分析得到 新旧机柜都有一些固有频率在激励载荷的频率范围之内，故对新１日机柜开展动力 学分析；利用有限元软件ＮＡｓＴＲＡＮ对新旧机柜进行了随机振动分析，发现新机 柜上电子设备受到的加速度均方根值比旧机柜减小“．８％，降低外界对电子设备 动态影响，增强信息战车的可靠性；结合疲劳软件ＦＡＴＩＧｕＥ与有限元软件 ＮＡｓＴＲＡＮ对新旧机柜进行疲劳计算，发现新机柜抗疲劳性能优于旧机柜，但新 旧机柜的早期裂纹萌生处均在底部横梁上，优化的七组合铝镁合金机柜还需增强 底部横梁的抗振性能。
ＫＥＹＷｏｌｍＳ：ｍｉｌｉｔａ珂ｅｌｅ啪Ｉｌｉｃ ｃ如ｉｎｅｔ；ｍｏｄａｌ趴ａｌｙｓｉｓ；锄ｄｏｍ诚ｘ鲥ｏｎ；ｐｏｗ嚣
ｓｐｌｅｃ仃ａｌ ｄｅｎｓｉｔ）ｒ；ｆ｜ａｔｉｇｕｅ
北京交通大学硕士论文
第一章绪论
第一章绪论
１．１课题来源及研究意义
本课题来源于某军品企业。 高技术战争越来越依赖于电子技术，在野战环境中，装载于地面车辆和舰艇 上的电子设备必须保证电信号的战术和技术指标，而电子机柜作为电子元、器件 的载体，其结构的机械性能将直接影响野战环境中电信号的传输以及电子系统的 可靠性。 为了保障电子产品在战争环境中的可靠性，美国以及西方发达国家投入了大 量的人才和高科技手段从事电子设备的研究，使得电子产品在各种环境中可靠性 极大提高。８０年代中期我国也开始进行这方面的研究，并且颁布了相应的军用标 准ＧＢＪｌ５０《军用设备环境试验方法》，经过多年的研究，在机柜结构设计领域取 得了不少成果，但是由于多种因素的制约，到目前为止，电子设备设计时只考虑 其静态性能，没有涉及动态响应。因此，我国许多电子机柜的整体动态性能薄弱， 抵御恶劣环境的能力不足，这已成为提高电子设备性能的制约因素。
由此可见，该问题不仅涉及结构动力学研究领域和结构疲劳研究领域，又涉 及到随机有限元领域；它属于经典力学两个研究领域和随机有限元领域交叉、渗 透所提出的问题。因此研究随机振动给构的高周疲劳寿命问题不仅具有广泛的工 程意义而且具有重要的理论价值。
１．３国内外研究概况
随机振动疲劳寿命包括疲劳裂纹形成、扩展和断裂三个过程；对于高周低应 力的疲劳问题，疲劳寿命主要考虑裂纹萌生寿命ｆ８ｊ；利用随机振动理论来分析结构 动力响应的统计特性，并选取合适的疲劳损伤模型及疲劳累积损伤理论研究其对 结构造成的损伤。目前工程中对随机载荷作用下结构的振动响应分析除了实测之 外，大多利用有限元软件进行计算分析。
ｄｅｃ删ｃ Ｉｏａｄｓ，ｓｏ ｔｈｅ ｄｙｎ枷ｉｃ锄ｄ ｆａｔｉｇｕｅ ｐｅｒ幻ｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍｅ
ｃａｂｉｎｅｔ ｍｕｓｔ ｂｅ
ｒ踟ｌｔｓ ａＩｌ奶亿ｃｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｉｔ ｉｓ ｓｅ∞疗０ｍ ｔｈｅ
ｏｆ ｒａｎｄｏｍ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａＩｌａｌｙｓｉｓ ｔ１１ａｔ ｍｅ
ａｃｃｄｃｆａｔｉｏｎ ｒｏｏｔ ｍｅａｌｌ ｓｑｕａｒｅ ｏｆ ｎｅｗ ｅｌｅｃ胁ｎｊｃ ｃａｂｉ∞ｔ ｒｅｄｕｃｅｄ １１．８％ｍａｎ ｏｌｄ
关键词：军用电子机柜 模态分析 随机振动 功率谱密度 疲劳ＡＢＳＴＲＡＣＴ
ｅｌ咖ｍｃ Ｍｉｌｉｔａｒｙ ｄｅｃｈＤＩｌｉｃ ｃａｂｉｎｅｔ ｉｓ ｔｈｅ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ ｃａｂｍｅｔ ｗｉⅡｌ
ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎｄ
ｍｅｃ蜥ｃａＩ ｄｅｖｉｃｅ ｉｎ ｍｅ ｃｏｍｍＩｌｌｌｉｃａｔｉｏｎ ｃｈ撕ｏｔ．Ｔｈｅ
疲劳破坏以前所经历的应力或应变的循环次数称为疲劳寿命。在恒幅载荷下， 疲劳寿命可由ｓ—Ｎ曲线获得；在变幅载荷下，首先分析确定载荷谱和应力谱，然 后按一定的累积损伤理论来估算疲劳寿命。而对于随机载荷作用下结构的疲劳损 伤估计及寿命预测，长期以来一直采用的方法是基于现场实测的载荷一时问历程 或应力一时间历程，采用不同方法对载荷循环或应力循环进行计数，再根据疲劳 累积损伤理论给出结构的疲劳寿命。然而，对于随机振动的结构，特别是对于大 多数电子产品及电子封装结构，很难对象焊接处和集成电路的引脚等局部点位置 进行实时检测，以获得振动应力的全部时间历程。采用ｃＡＥ软件工具对其进行应 力时间历程的模拟也不现实，因为需要在时域对结构进行瞬态分析的时间太长了 ｐ】。一般情况下，随机载荷作用下结构的振动响应计算是在频域中完成的，得到结 构响应的功率谱密度函数等频域统计特征。功率谱密度函数是描述平稳随机过程 最重要的参数，它给出了随机过程的频域功率分布密度。尽管它并不是关于随机
１．３．１疲劳累积损伤理论
２
北京交通大学硕士论文
第一章绪论
过程的完整的统计描述，但提供了极为重要的频域统计信息。传统的声疲劳寿命 估算主要是通过大量试验数据归纳出来的经验或半经验方法，如北约国家的活页 式工程科学数据集（ＥＳＤＵ）和美国的计算图表，即诺漠图ｆ４】。这些方法大多需要 一条均方应力（ＲＭｓ）与寿命循环次数的关系曲线，根据声载荷环境、构件材料、 尺寸形状算得的结构应力均方根值查出相应结构的寿命。国外经过大量试验，对
随机振动的物理数学基础早在二十世纪三十年代就己基本奠定，而对随机振 动的研究始于五十年代中期。航空、航天、海洋等领域的需要促使人们用概率统 计方法研究承受非确定性载荷的系统的响应、稳定性和可靠性等问题，从而将己 有的随机过程、统计力学、疲劳强度理论等综合应用于工程问题。由于飞机、火 箭技术的发展、海洋石油工业的发展在航空、航天、海洋领域中提出一系列问题， 如大气湍流引起的飞机颤振，喷气噪音导致的飞行器表面结构声疲劳、大结构海 洋平台的随机疲劳等，都促使研究者运用己有数学工具以解决面临的工程问题。 １９５５年ＭｏｎＤｗ和Ｍｕｃｈｍｏｒｅ把谱分析引进随机振动并建立了结构随机响应等基本
１．２研究背景
在随机载荷作用下结构会产生随机振动。宽带、中高频随机载荷可以激发结 构多数模态参与振动，在某些频率上产生足够大的应力，从而导致结构的高周疲 劳失效。随机载荷作用下结构疲劳问题涉及到结构动力学研究领域和结构疲劳强 度研究领域。包括随机载荷的确定，结构随机振动响应计算以及结构疲劳损伤三 个方面的问题。
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ｅｌ锄ｅｎｔ ｃａｂｉｎｅｔ ａｒｅ ｉｎｖ铬ｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｌｌｓｉｎｇ ｆｉｎｉｔｅ
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典型结构部件的ｓ。。～Ⅳ曲线己经有了一些积累，但与常规疲劳的ｓ—Ｎ曲线相比，
在质量上、数量上还相差很远，无法满足工程上的要求。虽然采用Ｍｏｎｔｅ—ｃ砌。方 法等将频域内容转化为模拟时间历程ｆ５’６】缓解了这一矛盾，从而能够利用常规的ｓ —Ｎ曲线完成随机疲劳寿命计算，但这是一项费时费力的工作，尤其对于低幅值、 高频率随机过程来说更是如此。因此，如何在频域根据应力响应的功率谱密度函 数，利用常规的ｓ—Ｎ曲线直接进行疲劳损伤分析以及疲劳寿命预测是解决问题的 关键。随机振动载荷作用下结构的疲劳问题就转化为研究在施加以一定功率谱密 度表示的随机载荷作用下，结构的疲劳失效及疲劳寿命估算问题阴。这涉及到一系 列的理论问题，包括非确定性复杂应力状态下高周疲劳的失效准则问题、宽带应 力谱的疲劳损伤问题、根据应力响应功率谱估算应力响应幅值的概率分布问题等 等，而且大型结构的应力响应功率谱的计算需要借助计算机和有限元方法完成。
北京交通大学 硕士学位论文 军用电子机柜随机振动疲劳分析 姓名：王荣乾 申请学位级别：硕士 专业：工程力学 指导教师：黄海明
20061101
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摘要
军用电子机柜是信息战车上用来装载电子元器件的，其结构的机械性能将直 接影响野战环境中电信号的传输以及电子系统的可靠性。为了改善信息战车的机 动性和可靠性，优化军用电子机柜成为军事上迫切需要研究的课题。
我国学者在随机振动领域的研究起步较晚，但近二三十年来发展迅速，在理 论基础、分析方法、数值计算、信号分析测试技术、实验研究、载荷分析、环境 减振降噪、设计优化、故障诊断、工程可靠性分析等诸多方面得到了全方位的发 展，结构工程、地震工程、海洋工程、车辆工程、包装工程、机械工程、飞行器、 土木工程等方面有了广泛的应用，并与非线性振动、有限元方法等相结合，在诸 如非线性随机振动，分叉与浑沌，随机有限元等方面取得长足进展，有些研究成 果显著【２】。
疲劳问题的产生最早可追溯到十九世纪初叶，随着蒸汽机的发展以及机械设 备的广泛应用，运动部件的破坏经常发生，破坏处的名义应力低于材料的强度极 限和屈服极限。１８３９年巴黎大学教授Ｐｏｎｃｅｌｅｔ首先使用了“金属疲劳”的概念， 用来描述材料在交变载荷下承载能力逐渐耗尽以致最终断裂的破坏过程。１８５０年 一１８６０年有“疲劳试验之父”之称的德国工程师ｗｂｈｌｅｒ首先开展了疲劳的试验研 究。１８７１年他提出Ｓ－Ｎ曲线和疲劳极限的概念，并系统地论述了疲劳寿命与循环 应力的关系，奠定了金属疲劳的基础。在以后的ｌＯＯ多年中，特别是二次世界大 战以后，汽车、航空、核能等重要工业部门的发展不断地推动结构材料的疲劳研 究，在大量试验的基础上提出了许多的材料疲劳损伤模型和理论。