17-随机振动分析
随机振动分析报告
随机振动分析报告1. 引言随机振动是振动工程中的重要研究领域，对于各种结构和系统的设计与分析都具有重要的意义。
本文将介绍随机振动分析的基本概念、方法和步骤，并通过一个示例来说明如何进行随机振动分析。
2. 随机振动的基本概念随机振动是指在一定时间范围内，振动信号的幅值和频率是不确定的、随机变化的。
随机振动的特点是无法通过确定性的数学模型来描述，因此需要采用统计方法进行分析。
3. 随机振动分析的步骤随机振动分析的基本步骤包括：信号采集、数据预处理、频谱分析、统计分析和模型建立等。
3.1 信号采集随机振动信号的采集可以通过传感器等设备进行。
采集到的信号需要进行滤波和采样处理，以便后续分析。
3.2 数据预处理在进行频谱分析和统计分析之前，需要对采集到的数据进行预处理。
常见的预处理方法包括去除噪声、补充缺失数据和归一化处理等。
3.3 频谱分析频谱分析是对随机振动信号进行频域分析的方法。
通过对信号的频谱特性进行分析，可以了解信号的频率分布和主要频率成分。
3.4 统计分析统计分析是对随机振动信号进行统计学特征分析的方法。
常见的统计分析方法包括均值、方差、自相关函数和互相关函数等。
3.5 模型建立通过对随机振动信号的分析，可以建立相应的数学模型，用于预测和仿真。
常见的模型包括自回归模型和自回归移动平均模型等。
4. 示例：汽车发动机的随机振动分析以汽车发动机的随机振动分析为例，介绍随机振动分析的具体步骤。
4.1 信号采集使用加速度传感器对汽车发动机进行振动信号的采集。
将传感器安装在发动机的合适位置，以获取准确的振动信号。
4.2 数据预处理对采集到的振动信号进行滤波和采样处理，去除噪声和不必要的频率成分，并将信号进行归一化处理。
4.3 频谱分析将预处理后的振动信号进行频谱分析，得到信号的频谱特性。
可以使用FFT算法将信号从时域转换为频域，并绘制频谱图。
4.4 统计分析对频谱分析得到的数据进行统计分析，计算信号的均值、方差和自相关函数等统计学特征。
随机振动响应分析技术研究
随机振动响应分析技术研究一、引言随机振动响应分析是结构工程领域中一个非常重要的课题。
结构物的振动响应具有随机性、复杂性和非线性等特点，因此，能够对结构物在随机激励下的振动响应进行研究和分析，对于提高结构物的可靠性、耐久性和安全性非常关键。
二、随机振动响应分析的方法随机振动响应分析技术主要包括两种方法：频域分析和时域分析。
1. 频域分析频域分析是指将随机振动信号分解成一系列特定频率的正弦波分量，然后对这些正弦波分量进行分析、计算和处理。
这种方法一般使用离散傅里叶变换（DFT）或快速傅里叶变换（FFT）进行处理，可以方便地进行频率分析和频率响应。
2. 时域分析时域分析是指基于时间序列的方法，通过对随机振动信号的时间序列进行分析，得到结构物的响应特性。
这种方法可以使用自相关函数、互相关函数、功率谱密度和相干函数等分析工具。
三、随机振动响应分析的应用随机振动响应分析技术在各个领域都有广泛的应用。
1. 土木工程在土木工程中，随机振动响应分析技术可以用来评估建筑物、桥梁、隧道等结构物在地震或风荷载下的响应情况，以及评估疲劳损伤的程度。
2. 航空航天工程在航空航天工程中，随机振动响应分析技术可以用来评估航天器在发射过程中的响应情况，以及评估机体结构在飞行过程中的疲劳损伤程度。
3. 机械工程在机械工程中，随机振动响应分析技术可以用来评估机械系统在振动环境下的可靠性和安全性，以及寻找和消除机械系统的振动问题。
四、随机振动响应分析技术的发展趋势随着科学技术和计算机技术的快速发展，随机振动响应分析技术也得到了极大发展和应用。
未来，随机振动响应分析技术的发展主要将呈现以下几个趋势：1. 多物理场耦合建模针对涉及多种物理场同时作用的振动问题，将机械、声学、热学、流体力学等多种物理场有机结合起来，建立更加全面且真实的多物理场耦合模型，以便更好地分析和解决复杂振动问题。
2. 精细化建模分析建立尽可能精细的结构物和振动环境的建模，以更加准确地反映实际情况，预测结构物的振动响应和疲劳损伤情况，从而提高结构物的可靠性和安全性。
随机振动分析基础-文档资料
• (1.5-4)针对的是一个随机过程，因而可更细 分地称为自相关函数，以双下标xx代表； • 如果研究的对象包括有两个随机过程X(t), Y(t)，可以类似地定义出互相关函数如
R ( tt ,) x y p (,;,) x ty td x d y x y 1 2 1 2 1 1 22 12
(1.5-5)
• 均值函数和相关函数虽然只是随机过程的矩 函数表达系列中的两个低阶矩函数，但它们 却表征了随机过程许多重要统计特征。 • 特别对一类实际上很常见的高斯随机过程， 其高阶矩函数可以由1，2阶矩函数表示，因 此，对高斯随机过程，均值函数和相关函数 完全表征了它的概率结构。 • 而对于非高斯过程，这两矩函数也代表了其 统计性质中非常重要的一大部分。
k=1, 2, 3, …, n j =1, 2, 3, …, n
k, M ( tt ,) x x p (,;,) x tx d x 2 kj k j kk jtd j x k j
M ( t , t , t ) x x x p ( x , t ; x , t ; x , t ) d x d x d x 3 k i j k ij k k i i j j k i j
• 上述表达的n维概率密度函数能够近似描述 原连续的随机过程的统计特性，n越大近似 程度越高，当 n趋于无穷大时， (1.5-1) 就完 全表达了该随机过程的统计特性。 • 类似于研究随机变量统计性质时对各阶矩 的定义，可定义随机过程的各阶矩函数如 下：
M ( t ) p ( xt ,k ) d x 1 k k k k x
2 相关函数和功率谱密度函数 1. 相关函数
• 掌握随机变量的性质是通过了解它的概率结 构，最自然是通过其概率密度函数p(x) 或概 率分布函数P(x)。完整地掌握p(x)或P(x)通 常比较困难，因此常用的统计描述是讨论随 机变量的各低阶矩数字特征，如数学期望 （均值），均方值和方差等。 • 作为增加了过程参数t的随机变量族的随机 过程，可通过对随机变量数字特征(矩函数) 对过程参数的扩展定义来研究其统计特性。
随机振动分析及其应用
随机振动分析及其应用在物理学和工程学领域中，振动运动被广泛应用于各种机械系统中，这些系统包括建筑物、飞机、船舶、汽车和工业机械等等。
振动分析是通过对振动系统进行分析和研究，揭示振动行为的动力学行为和振动特性。
这是传统工程学和机械学中一个重要的研究领域，随着科技的不断进步，应用场景也越来越广泛。
随机振动分析是对复杂振动系统进行分析和研究的一种方法。
随机振动分析涉及到的振动信号通常是由许多不同的信号组成的，这些信号通常是从随机系统和随机场中收集得到的，因此随机振动分析是将随机信号进行分析的过程。
随机振动的特点和应用随机振动信号常常包含各种各样的频率分量，这使得对其进行详细分析和建模非常困难。
此外，随机振动信号还具有随机性，可能会随着时间的推移而发生变化。
随机振动分析在许多实际应用场景中都起着至关重要的作用。
例如，在车辆和机械设备中，随机振动可以导致覆盖物件的破裂和损坏，从而影响整个系统的安全性和可靠性。
在结构动力学领域中，随机振动分析可以揭示建筑物的长期行为和生命周期问题。
此外，随机振动分析还可以用于预测物体的寿命和损坏机理。
随机振动分析方法随机振动分析一般包括两种分析方法：时域分析和频域分析。
时域分析时域分析是将信号在时间域内进行分析的方法。
通过时域分析，我们可以研究振动系统在不同时间段内的行为，并获得振动信号的统计特性。
时域分析方法包括了自相关函数、互相关函数等。
频域分析频域分析是将信号在频率域内进行分析的方法。
频域分析通常适用于振动系统具有稳态行为的情况下。
通过分析系统中不同频率的分量，我们可以揭示振动的谐波和非谐波特性，并且可以预测系统随着时间的发展可能会出现什么问题。
常用的频域分析方法包括功率谱密度函数、自谱函数等。
随机振动分析的应用1. 随机震动分析随机震动分析广泛应用于地震和气动力学研究，以及建筑物、桥梁和船舶等结构的工程设计中。
在地震研究中，随机震动分析可以用于评估不同地震条件下建筑物的安全性。
机械工程中的随机振动分析方法
机械工程中的随机振动分析方法摘要随机振动分析方法是机械工程领域中重要的分析方法之一。
本文通过分析机械系统中的随机振动问题，介绍了随机振动相关的概念和分析方法，包括概率分布、功率谱密度、相关函数、自相关函数等。
同时，本文还介绍了随机振动分析方法的具体应用，例如在机械系统的设计、运动控制、故障诊断和损伤检测中的应用。
通过本文的阅读，读者将了解到随机振动分析方法在机械工程中的应用，以及如何通过这些方法更好地解决机械系统中的随机振动问题。
1.引言机械系统中的随机振动问题是机械工程中常见的问题之一。
对于机械系统而言，振动是不可避免的，然而，振动如果过于剧烈或者频率过高，就会引起机械系统的不稳定甚至毁坏。
因此，机械工程师需要对机械系统中的随机振动进行分析和处理。
随机振动分析方法是一种重要的机械工程分析方法。
本文将通过分析机械系统中的随机振动问题，介绍随机振动相关的概念和分析方法，并且将展示如何通过这些分析方法更好地解决机械系统中的随机振动问题。
2.随机振动的概念随机振动是指振动信号在时间域和频率域上都是随机的。
在机械系统中产生随机振动的原因很多，例如系统的结构松散、摩擦、失衡等。
对于机械系统而言，随机振动是不稳定的，因此需要进行分析和处理。
在进行随机振动分析时，我们需要了解以下几个概念：概率分布：指在一定范围内，每个随机事件发生的可能性大小。
在随机振动分析中，常用的概率分布包括正态分布、均匀分布等。
功率谱密度：指一个信号在频率域上的能量分布。
功率谱密度可以通过傅里叶变换将信号从时间域转换到频率域上进行计算。
相关函数：指在时间域上两个信号之间的相关性。
相关函数可以用来描述振动信号的相似程度。
自相关函数：指一个信号与自己的相关性。
自相关函数可以用来描述信号的周期性和重复性。
3.随机振动分析方法3.1 概率分布分析法在机械系统中，常用的随机振动分析方法之一是概率分布分析法。
概率分布分析法通过对信号的统计特性进行分析，得出信号的概率分布。
随机振动分析
[二]PSD谱值支持多种设计谱；
[三]ANSYS没有提供产生PSD谱值的工具,但是有必要让软件的操 作者熟悉其转换过程.
二、功率谱密度[PSD]
把随机振动过程中包括 的总频率分解为若干个 频率范围[频率箱子]
-this can be done using bandbass filters ；
-real analyzers typically have hundreds of bins
三、随机振动理论简介
Training Manual
[一]随机振动激励分布规律
因为随机振动激励被假设为服从高斯正态分布,因此没有计算发生概 率为一00%的结构响应.
在实际工程中,the distribution of excitations is more likely truncated； 此外,高sigma激励发生的概率很低；
Advanced Contact & Fasteners
一、随机振动分析简介
Training Manual
如果随机振动过程,其振动幅值是常量变化的,那我们如何对随 机振动激励进行评估和描述呢?
关键点：随机振动过程中,在给定的频率范围内,虽然其激励的幅值 还是发生变化,但是对于这个过程,幅值的平均值趋向于一个相对稳 定的常量.
[二]随机振动
在实际工程中,可以分别描述响应的幅值和频率,也可以采用复数形式 进行描述,这个描述方法称为频率响应函数H[ω] [FRF].
有频率响应函数的定义可知 一]频率响应函数的幅值等于系统输出幅值与输入幅值的比值； 二]频率响应函数的虚部与实部的比值等于相位角的正切值.
Advanced Contact & Fasteners
我们可以很方便的在加速度[重力加速度],速度和位移功率谱密度 值之间使用频率的平方进行转换.ω rad/s = 二πf Hz
随机振动分析报告
随机振动分析报告一、引言随机振动是指在时间和频率上都是随机变化的振动现象。
在工程领域中，随机振动分析是至关重要的，它可以帮助我们了解结构在实际工作环境中受到的振动荷载和激励情况，从而评估结构的稳定性和安全性。
本报告旨在对某结构进行随机振动分析并提供相应的结果和结论。
二、分析方法为了进行随机振动分析，我们采用了常用的频域分析方法，包括功率谱密度分析和相关函数分析。
具体步骤如下：1.收集振动数据：我们在某结构特定位置安装了加速度传感器，记录了一段时间内的振动数据。
2.数据预处理：通过滤波、去噪等手段对原始数据进行预处理，排除噪声和干扰。
3.功率谱密度分析：利用傅里叶变换将时域数据转换为频域数据，并计算功率谱密度函数。
4.相关函数分析：计算振动信号的自相关函数和互相关函数，分析信号的相关性和共振情况。
三、结果分析基于以上分析方法，我们得到了如下结果：1.功率谱密度函数：根据振动数据的频谱分析，我们得到了结构在不同频率下的振动能量分布情况。
通过对功率谱密度函数的分析，我们可以确定结构的主要振动频率和振动幅度。
2.相关函数：通过计算振动信号的自相关函数和互相关函数，我们可以了解振动信号在时间上的延迟和相关性。
这有助于评估结构的动态响应和共振情况。
根据以上结果分析，我们得出以下结论：1.某结构在特定频率下存在较大的振动能量，可能需要进行结构优化或加固。
2.振动信号存在一定的相关性，可能受到外界激励的影响，需要进一步分析振动源。
四、结论基于我们的随机振动分析，我们对某结构的动态响应和共振情况有了更深入的了解。
我们提供了功率谱密度函数和相关函数分析结果，并得出相关结论。
这些结果对于结构的稳定性和安全性评估具有重要意义，有助于指导结构的设计和改进。
以上是本次随机振动分析报告的主要内容，通过频域分析方法，我们对某结构的振动特性进行了全面研究，并提供了相应的结果和结论。
随机振动分析是工程领域中重要的技术手段，对于保障结构的可靠性和安全性具有重要意义。
机械工程中的随机振动分析方法
机械工程中的随机振动分析方法随机振动是机械工程中一个重要的研究领域，它涉及到许多工程实践的问题，如结构的疲劳分析、噪声控制、可靠性评估等。
随机振动的特点是具有不确定性和复杂性，因此需要采用适当的分析方法来研究和解决相关问题。
本文将从概述随机振动的基本概念开始，介绍机械工程中常用的随机振动分析方法，并以实例说明其应用。
1. 随机振动的基本概念随机振动是指既没有确定的激励频率，也没有确定的相位的振动。
它是由不同振动频率、不同相位、不同幅度的振动分量叠加而成的。
在机械工程中，随机振动可以由多种因素引起，如不均匀质量分布、不平衡力、外界激励等。
为了对随机振动进行分析和研究，需要从概率论和统计学的角度进行建模和分析。
2. 傅里叶分析法傅里叶分析是一种将信号分解成不同频率振动成分的数学方法。
在随机振动分析中，傅里叶分析适用于研究振动信号的频谱特性，如功率谱密度、相关函数等。
通过傅里叶变换，可以将时域信号转换为频域信号，并从中获取振动信号的频谱信息。
傅里叶分析法在机械工程中常用于研究结构的固有频率、谐响应和失稳问题。
3. 频域法频域法是一种利用频谱分析对随机振动进行研究的方法。
通过对振动信号进行傅里叶变换，可以将其转换为频谱图。
频谱图可以反映振动信号各频率分量的能量分布情况，从而帮助研究和评估结构的振动性能。
在机械工程中，频域法常用于分析噪声、谐振问题以及系统的传递特性等。
4. 时域法时域法是一种通过直接观察振动信号在时间上的变化来研究随机振动的方法。
通过对振动信号进行波形分析，可以获得信号的振幅、时域波形、峰值等信息。
时域法在机械工程中常用于分析振动信号的幅值、波形、包络线等特性，可用于检测故障、评估结构健康状况等。
5. 概率论和统计学方法概率论和统计学是对随机振动进行建模和分析的重要工具。
通过概率密度函数、累积分布函数、随机过程等统计学方法，可以对振动信号的统计特性进行描述和分析。
在机械工程中，概率论和统计学方法常用于研究结构的可靠性、寿命预测、疲劳分析等问题。
《随机振动分析基础》课件
。
控制系统
用于控制试验过程，包 括信号生成、放大和滤
波等。
试验原理
基于概率论和统计学原 理，通过测量和分析随 机振动信号来评估结构
的性能。
试验程序与数据处理
试验准备
确定试验参数、选择合适的设备和试件。
数据处理
对采集的数据进行滤波、放大、统计分析和 绘制图表等处理。
数据采集
通过传感器记录振动信号，包括位移、速度 和加速度等。
结果分析
根据处理后的数据评估结构的性能，如固有 频率、阻尼比和传递函数等。
试验结果分析与验证
结果分析
01
对比试验结果与理论预测，分析误差来源和改进方向。
验证方法
02
通过对比不同试验条件下的结果，验证试验方法的可靠性和重
复性。
应用实例
03
介绍随机振动试验在工程实践中的应用，如结构健康监测、产
定义
随机过程是时间函数的集合，每个函 数表示在某一时刻的随机变量。
分类
按照不同的特性，如平稳性、各态历 经性、遍历性等，可以将随机过程分 为不同的类型。
随机振动的统计特性
概率分布
描述随机振动幅值的可能取值及其概率。
均值和方差
描述随机振动幅值的平均值和离散程度。
自相关函数和功率谱密度
描述随机振动时间序列在不同时刻的相关性和频域特性。
这些振动可能会对车辆和船舶 的结构造成影响，甚至影响乘 客的舒适度。
随机振动分析用于优化车辆和 船舶的结构设计，提高其稳定 性和安全性。
土木建筑工程
建筑物和桥梁等土木工程结构在风、地震或其他自然灾害的作用下会受到随机振动 的影响。
这些振动可能会导致结构的疲劳、损伤或破坏，影响结构的长期安全性和稳定性。
随机振动 地震分析.
随机结构激励模型及随机振动反应分析结构在服役期间，必将受到各种荷载的作用。
对于建筑结构，在服役期间不可避免的会受到风力的作用，而且甚至会受到地震的作用；海洋上的结构，如海上风力发电高塔，海洋平台等，会受到海洋波浪的作用；行驶在路面上的车辆，由于路面的不平顺使得车辆受到动力作用；飞机在飞行中由于大气的自由流动也会受到扰动。
这些作用在结构上的荷载，不仅随着时间发生变化，而且具有明显的随机性。
而对于随机动力荷载下结构响应的问题，确定性的动力分析无法考虑随机性，随机振动理论应运而生。
随机振动的物理数学基础早在30年代已基本奠定。
1827年Brown对悬浮在水中微小花粉粒子杂乱运动的观察，为最早的系统对随机激励响应的实验研究。
19世纪后期Maxwell和Boltzmann用统计方法描述系统可能状态和达到的概率，但没有考虑统计随时间的演化。
1919年Rayleigh用“随机振动”一词描述一等价于平面随机行走的声学问题。
用随机方法研究动力学行为始于1905年，Ein stein从理论上解释了Brown运动，1915年Smoluchowski扩展了Einstein的结果并进行实验研究。
1908年Langevin导出含有随机项的微分方程，成为随机微分方程的第一个例子，Fokker于1915年、Plank于1917年、Колмогоров于1931年、伊藤于1946年都对随机微分方程的研究作出贡献。
1933年Андронов等应用随机微分方程讨论随机扰动下一般动力系统的运动。
1920年Taylor引入相关函数概念，Wiener于1930年和Хинчин于1934年分别建立了谱的理论，这些数学工具首先应用于通讯和控制系统而不是结构和机械的强度分析，因为工程技术尚无此要求。
随机振动的研究始于50年代中期。
由于喷气和火箭技术的发展在航空和航天工程中提出一系列问题，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，传动系统中滚动件不光滑而啮合不完善的损伤积累，火箭推进中运载工具有效负载可靠性等，都促使研究者运用已有数学工具，并借鉴这些工具在通讯等学科中的应用以解决面临的工程问题。
随机振动试验的几个关键指标及常见随机振动条件
随机振动试验的几个关键指标及常见随机振动条件随机振动是指一种振动波形杂乱、对未来任何一个给定时刻其瞬时值不能预先确定，其波形随时间的变化显示不出一定规律的振动，无法用确定性函数解释其规律。
例如，车辆在高地不平路面上行驶;高层建筑在阵风或地震作用下发生的振动;飞机在飞行时的振动;船舶在波浪中的振动就是随机振动。
随机振动的单次试验结果有不确定性、不可预估性和不重复性，但相同条件下的多次试验结果却有内在的统计规律。
而须用概率统计方法定量描述其运动规律。
随机振动也是由正弦振动所组成的，但是这些正弦振动的频率不是离散的，而是在一定范围内连续分布，各个正弦振动的振幅大小与位移大小变化不可预测的会随时间变化，而是要用随机振动信号在一定时刻的平均值、均方值、概率密度函数、功率谱密度来表达。
在随机振动试验标准中常给出加速度谱密度随频率变化曲线，并以此为参考谱形进行随机随机振动控制试验。
加速度密度谱PSD表示随机信号通过中心频率的均方值，并无实际现实意义。
总的加速度均方值表示总振级，既总能量。
在实际的随机振动试验中，我们可以很容易的根据产品不同的使用环境来选择不同的振动量级进行振动，但是对于两个谱线，哪个振动级更高，哪个对产品来说振动更严苛，我们了解的不是很多。
我们知道总的加速度均方值表示给样品的总振级，既输送给样品的总能量，因此我们可以通过计算总的加速度均方值大小的方法来判断这种振动级别的高低，振动能量的大小。
影响振动试验的几个关键指标试验推力：试验推力对试验骑着决定性的作用，所需推力超过额定推力则试验不能进行，但是推力远远小于额定推力，容易造成资源浪费，最大位移：随机振动试验时，从振动条件上看不出随机振动的最大位移，而其值也是不确定的，因此有必要在实验前估算最大位移，避免因超过行程而损坏振动台加速度均方根值：它是表征随机振动总能量的统计参数。
频率范围：目前电磁振动台的频率多数可以达到3000HZ~5000HZ，基本可以满足绝大部分试验要求。
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。
机械工程中的随机振动分析
机械工程中的随机振动分析随机振动分析在机械工程领域中具有重要的应用价值。
随机振动是指在时间和频率上变化不规则、不可预测的振动信号。
相比于确定性振动，随机振动更具挑战性，因为它不遵循某种确定的规律。
因此，对于机械工程师而言，研究随机振动并预测其影响对于设计和维护结构件、设备和机械系统非常重要。
要进行随机振动分析，首先需要了解随机振动信号的特征。
随机振动信号是由许多频率和振幅不同的振动成分组成的。
这些成分通常受到外界因素的影响，例如气候、机械振动或电磁辐射等。
通过将随机振动信号转化为频域表示，我们可以获得总的振动能量随频率的分布，这有助于进一步分析和理解系统的振动特性。
在机械工程中，随机振动分析主要应用于以下几个方面：1. 结构动力学：结构的安全可靠性是机械工程设计的关键要素。
随机振动分析可以帮助工程师预测结构在不同工况下的振动行为，包括自然振动频率、模态和共振等。
通过模态分析，可以确定结构的固有频率和振型，从而避免共振现象对结构的破坏。
2. 振动控制：随机振动分析也广泛应用于机械系统的振动控制。
在很多实际应用中，机械系统的振动需要控制在一定范围内，以确保系统的正常运行和寿命。
通过分析系统的振动特性，工程师可以设计控制系统，采取相应的控制策略，抑制或消除振动。
3. 可靠性评估：在机械工程中，很多结构和设备需要在严苛的工况下工作，例如航空航天、能源等领域。
随机振动分析可以帮助评估系统的可靠性，预测系统在随机振动环境下的寿命和性能损失。
这对于选择合适的材料和设计参数以及制定维护计划都具有重要意义。
4. 噪声控制：随机振动信号通常与噪声相关，例如噪声源产生的振动、流体介质中的振动等。
在机械工程中，对于噪声的控制是非常重要的，因为噪声不仅会对人的健康和舒适产生负面影响，还会对机械设备和结构产生损坏和故障。
随机振动分析可以帮助工程师确定噪声源、噪声的传播途径和传播路径，并制定相应的控制策略。
综上所述，随机振动分析在机械工程中具有广泛的应用，涉及结构动力学、振动控制、可靠性评估和噪声控制等方面。
随机振动信号处理与分析
随机振动信号处理与分析现代工程中经常使用随机振动来研究物体的振动状态，随机振动是指不按照某种规则发生的振动，它具有随机性和不可预测性，因此需要对其进行信号处理和分析来理解物体的振动特性，并给出合理的控制和改进措施。
一、随机振动信号的产生在自然界中，很多振动是随机的，例如海浪、气流等等，它们都是受到无数因素的影响，无法预测其振动状态。
而在工程结构中，材料的缺陷、工作环境、负荷变化等都可能导致结构的随机振动。
一般情况下，随机振动信号是由一个完整的振动信号和一系列突发事件、噪声等杂散信号相混合而成，这些杂散信号可能会掩盖信号的主要振动特征，因此需要对其进行处理和分析。
二、随机振动信号处理方法随机振动信号处理是一项非常重要的工作，其目的是从原始信号中提取出有用的信息，帮助我们理解物体的振动特性。
以下为常用的随机振动信号处理方法：1、希尔伯特-黄变换(HHT)希尔伯特-黄变换是一种比较新的信号处理方法，它是通过对原始信号进行分解，分解出的每个分量代表的是不同频率振动的贡献，再将这些分量重构，得到原始信号的包络线。
2、功率谱密度分析功率谱密度分析是一种将时域信号转化为频域信号的方法，它可以帮助我们了解信号中的频率分布情况。
通过对随机振动信号进行功率谱密度分析，可以得到相应的频谱图，从而判断信号中哪些频率成分对物体的振动特性产生更大的影响。
3、小波分析小波分析是一种比较流行的信号处理方法，它是通过将信号分解成多个小波分量，从而了解信号中不同尺度的变化。
对于随机振动信号，小波分析可以将其分解成多个频率范围不同的分量，分别了解不同频率下物体的振动特性。
三、随机振动信号的分析方法在处理完随机振动信号后，需要对其进行进一步的分析。
以下为几种常用的分析方法：1、均方根值(RMS)均方根值是一个常用的随机振动信号分析方法，它可以用来衡量信号的振动大小。
在实际应用中，常常会将均方根值与参考值相比较，从而判断物体的振动状态。
随机振动与谱分析课件
• 利用互相关函数进行设备的不解体故障诊断
若要检查一小汽车司机座位的振动是由发动机引起的，还是由后桥引起 的，可在发动机、司机座位、后桥上布置加速度传感器，如下图所示，然 后将输出信号放大并进行相关分析。可以看到，发动机与司机座位的相关 性较差，而后桥与司机座位的互相关较大，因此，可以认为司机座位的振 动主要由汽车后桥的振动引起的。
相关函数输出就表征了被分析信号所包含的频率成分及所对应的幅值大小，即获
得了被分析信号的频谱。
互相关函数给出了在频域内两个信号是否相关的一个判断指标。把两测点之间信
号的互谱与各自的自谱联系了起来，它能用来确定输出信号有多大程度来自输入
信号，对修正测量中接入噪声源而产生的误差非常有效。
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• 频率响应函数
频率响应函数是对线性结构系统动态特性的描述。
频率响应函数可以通过激振一响应试验测得。它在 试验模态分析，振动控制以及故障诊断等领域有着 广泛的应用。
通过对其处理，可以获得系统的固有频率、阻尼比 以及各阶振型等相关参数。
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脉冲响应函数和频率响应函数
• 脉冲响应函数
脉冲响应函数(或叫脉冲响应)一般是指系统在输入为单位脉 冲函数时的输出（响应）。
• 频率响应函数
(1)简谐激励时，稳态输出相量与输入相量之比。 (2)瞬态激励时，输出的傅里叶变换与输入的傅里叶变换之比。 (3)平稳随机激励时，输出和输入的互谱与输入的自谱之比。 （传递函数）
• 功能
（1）在混有周期成分的信号中提取特定的频率成分。 （2）线性定位和相关测速。
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3.随机振动分析步骤
（2）分析设置 Analysis Settings > Output Controls （1）默认情况下，位移，速度和加速度响应是输出的； （2）为了不输出速度或加速度响应，可以将输出选项设置 为No。
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2.随机振动分析理论
（2）随机振动
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在实际工程中，可以分别描述响应的幅值和频率，也可以采用复数 形式函数的定义可知
1）频率响应函数的幅值等于系统输出幅值与输入幅值的比值； 2）频率响应函数的虚部与实部的比值等于相位角的正切值。
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如果用户激活该选项： 1）输入0，表示采用模态计算的所有阶数计算结果； 2）输入1，表示不使用任何模态阶数计算的结果； 3）输入0-1的数字，则用户按照比例进行选用模态计算的结果，例如 输入0.3，则采用计算的模态数量=模态提取的模态数量*（1-0.3）。
2.随机振动分析理论
（1）随机振动激励分布规律
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因为随机振动激励被假设为服从高斯正态分布，因此没有计算发生 概率为100%的结构响应。
在实际工程中，分布式激励更加普遍；
此外，高sigma激励发生的概率很低；
基于这个特点，在实际计算中一般取3 sigma为计算的上限； 高斯正态分布具有以下重要属性：如果高级正态分布激励作用在线性系统 上，则输出的激励是不同的随机过程，但是仍然服从另外一个高斯正态分 布。
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4.工程实例:电路板的随机振动计算
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随机振动分析
1.随机振动分析简介
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功率谱密度谱是一种概率统计方法，是对随机变量均方 值的量度。一般用于随机振动分析，连续瞬态响应只能通过 概率分布函数进行描述，即出现某水平响应所对应的概率。 功率谱密度是结构在随机动态载荷激励下响应的统计结果， 是一条功率谱密度值-频率值的关系曲线，其中功率谱密度可 以是位移功率谱密度、速度功率谱密度、加速度功率谱密度 、力功率谱密度等形式。数学上，功率谱密度值—频率值的 关系曲线下的面积就是方差，即响应标准偏差的平方值。与 响应谱分析相似，随机振动分析也可以是单点的或多点的。 在单点随机振动分析时，要求在结构的一个点集上指定一个 功率谱密度谱；在多点随机振动分析时，则要求在模型的不 同点集上指定不同的功率谱密度谱。
注意：在ANSYS中的谱密度响应就成为PSD响应（RPSD），谱 密度输入就称为输入的PSD。
3.随机振动分析步骤
（1）建立PSD分析系统
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3.随机振动分析步骤
（2）分析设置 Analysis Settings > Options （1）设置使用模态计算结果的阶数 建议用户包括的模态固有频率范围大于输入的PSD曲线频率 范围的1.5倍。 （2）是否排除不重要的模态计算结果 如果用户不激活该选项，则程序计算中 采用提取的所有模态计算结果；
3.随机振动分析步骤
（4）计算结果 位移计算结果： -位移计算结果是相对基础（固定支撑）的相对值。 速度和加速计算结果
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-考虑基础运动效应，是个绝对值
反力和反力矩只能作用于远端位移。
3.随机振动分析步骤
（4）计算结果 RPSD为每个节点每个自由方向计算其响应； RPSD在指定的方向绘制频率与响应的曲线；
• 和确定性谱分析不同，随机振动不能用瞬态动力学分析代 替. • 应用基于概率的功率谱密度分析，分析载荷作用过程中的 统计规律 什么是PSD? • PSD是激励和响应的方差随频率的变化。 – PSD曲线围成的面积是响应的方差. – PSD的单位是 方差/Hz (如加速度功率谱的单位是 G2/Hz). – PSD可以是位移、速度、加速度、力或压力.
3.随机振动分析步骤
（3）载荷和支撑条件 1）支撑条件必须在模态分析中进行设置； 2）PSD分析中只支持PSD基础激励，包括 -PSD加速度 -PSD G加速度 -PSD速度 -PSD位移
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程序支持多个PSD基础激励，但是不考虑其关联性，也就 是程序不支持计算不同PSD激励的关联性。
2.随机振动分析理论
（2）随机振动
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根据随机振动理论可知，对于单一输入的PSD值，则系统输出为
其中：
1）Sout-谱密度响应（惯用术语）；
2）Sin-谱密度输入（来自于输入的PSD曲线）； 3）aout-计算的单自由输出； 4）ain-单自由度输入；
3.随机振动分析步骤
（4）计算结果 程序支持三个方向的位移，速度和加速度； 因为每个方向的计算结果是统计结果，因此不 能使用一般的方法进行合并。
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如果需要输出应力和应变，可用的应力结果只有名义应变和应力， 剪切应变和应力，等效应力。
1.随机振动分析简介
什么是随机振动分析
– 基于概率的谱分析.
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– 典型应用如火箭发射时结构承受的载荷谱，每次发射的谱不同，但统 计规律相同.
1.随机振动分析简介
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