ANSYS随机振动分析在电子行业的应用
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。
基于ANSYS电磁继电器触簧系统的随机振动分析
基于ANSYS电磁继电器触簧系统的随机振动分析电磁继电器的触簧系统包括触点及簧片，由电磁系统驱动转换机构实现继电器触点与簧片间的闭合与开断。
在设计过程中，触点压力设计的合理性往往需要通过后期装配完成后试验验证来确定。
因此在设计过程中，应用仿真软件进行仿真与分析研究，先从理论设计上满足设计要求的前提下进行加工，既缩短了继电器的研发周期也节约了加工成本。
标签：电磁继电器触点压力预应力仿真分析PSD1引言电磁继电器做为最常见的继电器之一，其设计方法，设计理念在现阶段已较为成熟。
但是在设计过程中，触点与簧片间的压力是设计者不得不考虑的一个因素之一，其触点压力大小一般都是通过设计者的经验者所得，或者通过国外样品的测量所得，并未形成具体的设计思路与方法。
当触点接触压力太小时，触点与簧片间接触电阻偏大，并在随机振动及冲击条件下容易产生瞬断甚至脱落等现象造成继电器的失效；当触点接触压力太大时，电磁系统的功耗偏大造成发热高，导致漆包线损坏，同时也加重触点与簧片间的磨损，当触点间磨损的量大于设计的超距时，触点与簧片之间将无法再有效可靠地接触造成继电器的失效。
因此触点与簧片间的接触压力大小的设计，是在满足继电器触点间接触电阻的同时也能满足振动冲击等环境条件的要求。
本文通过一种特种电磁继电器的设计，简述随机振动仿真分析在继电器触点与簧片的接触压力设计中的作用。
2 研究对象本文研究的对象为一特种继电器，其内部的核心的组件结构如图所示1所示。
为了便于观察内部结构，对组件的陶瓷部分进行了局部剖。
其转换的工作原理为轭铁底部有一弹簧，在管座内部线圈未施加激励时，由弹簧作用于轭铁向上的力，通过转换结构保证簧片与触点之间可靠接触；同理，当内部线圈施加激励时，电磁吸力大于弹簧的反力，保证簧片与另一触点可靠接触。
1-接线柱、2-陶瓷罩、3-转换结构、4-簧片、5-触点、6-轭铁、7-管座图1 继电器内部组件结构示意图该继电器与触簧系统相关的主要技术指标为：（1）触点形式：SPDT；（2）最大连续电流：10A；（3）接触电阻：≤1.0Ω；（4）机械寿命：100万次；（5）振动：10g，50～500Hz；（6）冲击：10g，11ms，1/2s。
基于ANSYS的位标器随机振动分析
基于ANSYS的位标器随机振动分析根据导引头力学环境试验的标准和要求，采用有限元分析软件ANSYS对导引头位标器的结构进行了模态分析和随机振动分析。
得出导引头位标器的振动特性以及其在随机振动条件下的响应。
并对模型在单轴独立加载和三轴同时加载条件下的随机振动响应进行了对比，为导引头的结构设计提供了参考。
标签：有限元；导引头；随机振动；ANSYS引言导引头工作的力学环境比较复杂，为了检验其在真实环境下的工作情况，保证其对环境的适应性和使用的可靠性，国家军用标准中规定军品必须进行一定的力学环境试验，随机振动试验是比较重要的一种。
因为振动是产品失效的主要环境因素之一，大多数振动环境是随机振动的[1]。
随机振动试验可以有效地暴露产品的早期故障，提高军品的使用可靠性。
在产品的设计和改进阶段一般需要对其进行随机振动分析，这样可以及早的找出产品的重要缺陷，对结构设计进行优化，避免生产浪费，缩短研制周期，降低成本。
随机振动分析也称功率谱密度分析（PSD），它属于一种定性分析。
功率谱密度是结构对随机动力载荷响应的概率统计，其原始数学模型是以概率理论为基础的，与其它分析不同，在力学上不是一个能够定量分析的问题，但即使这样，还是能够从PSD分析中获得一些定性的数据，如1σ或者3σ位移、速度、加速度以及单元的应力结果，这里的1σ和3σ响应值就是概率统计中正态分布下的均方根响应值小于该值的出现概率分别为68.27%和99.74%。
在产品的随机振动试验中，由于受振动试验设备条件的限制，一般是三个轴分别加载，但是产品在使用环境中可能三个轴方向上同时受到振动，因此，用ANSYS分析产品在三个轴向同时加载的情况下的响应有很大的意义。
1 建立有限元模型尽管ANSYS的建模技术日益强大，但是和专业的三维建模软件ProE相比，其效率还是相差很多。
并且几乎所有的几何模型都是在ProE中绘制的，因此，直接把ProE中的几何模型导入ANSYS中将大大提高建模效率。
ANSYS随机振动分析在电子行业的应用
最为， 的 ＭＣ Ｅ软件。Ａ Ｓ Ｓ Ａ Ｎ Ｙ ／Ｍｅｈｎｃ 的 ｃａｉ ｌ ａ 结构分析模块拥有的强大材料非线性和接触非线 性能力完全能满足电子产品的结构分析要求（ 包含 静力强度分析 、 模态分析 、 谐响应分析、 响应谱分
析、 随机振 动响应 分析 、 态动力 学分 析等 ） 瞬 。 与显 示 动 力 学 不 同 的 是 ， ＡＮＳ Ｓ Ｍｅｈｎｃｌ Ｙ ／ ｃａｉ ａ
１ １ Ａ Ｙ ／ ｃ ａｉ ｌ ． ＮＳ Ｓ Ｍｅｈ ｎｃ 隐式动力 学原理 ａ
ＡＮＳ ＳＭｅｈｎｃｌ 为 ＡＮＳ 的 核 心 产 Ｙ ／ ｃａｉ 作 ａ ＹＳ 品 ， 集功 能完 整 性 、 是 技术 先 进 性 与 易学 易用 性 于
一
数 Ｈ（ ） 然后求出响应 的功率谱密度。 ，
１０ １
２ １ 年 １ 月 中国制造业信息化 ０１ ２
第４卷 ０
第 ２ 期 ３
ＡＮＳ ＹＳ随机 振 动分 析 在 电子行 业 的应 用
阮 健
（ 国营第七一三厂（ 同方电子科技有限公司）江西 九江 ３ ２０ ） ， ３０７
摘要 ： 为验证 电子 产品 的振 动 可 靠性 ， 某一 电子 机 箱结 构动 力 学特性 进行 了研 究。 用 Ａ Ｙ ／ 对 ＮＳ Ｓ Ｍｅｈｎｃｌ 限元软 件进 行分析 ， ｃａｉ 有 ａ 通过 施加 随机振 动 的加速 度 谱 曲线 ， 出 了机 箱 的应 力分 布 和 得
第 ２ 期 ３
图 ６ 机 箱 侧 面某 点 速 度 与 加 速 度 随机 振 动分 析 结果
件对 电子机 箱进行 随机 振动分 析 的过程 ， 过分 析 通
３ 仿 真 结 果 分 析
由Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ随 机振 动分 析 结 果 可 以看 出 ： １ （） 整 个结构 等效 应力 分布 比较均 匀 ， 以认 为整个 结 可 构设 计 比较 合 理 。 （ ） 机 箱 内局 部 位 置 应 力 较 ２在 大， 在振 动过 程 中会 发 生 塑性 变 形 ， 以根据 需 要 可 进 行结 构 改 进 。 （ ） 分 析 结 果 曲 线 图 中可 以看 ３从 出， 结构 在 ２０ 发 生最 大 变形 ， ５Ｈｚ 即在 该 点会 发 生 共 振 。在其 他频 率点结 构反应 平稳 。
随机振动仿真分析在机载电子设备中的应用
1 引言飞行器在飞行过程中，因受发动机和气流的影响，会导致机体发生剧烈的振动。
由于气流对飞行器的影响和发动机工作引起的振动都是没有规律的，因此机载设备所承受的都是随机振动。
随机振动往往造成机载设备的疲劳损坏，对于机载电子设备而言，就是容易导致电子设备的焊点脱焊、管脚断裂，连接松弛脱落等故障，严重的会直接导致机毁人亡的灾难性后果。
为此，在机载电子设备的设计过程中就进行随机振动仿真分析就显得尤为重要。
2 振动仿真分析过程分析结果对该机载电子设备的振动薄弱环节有了一个直观和清晰的认识，从而指导设计人员对产品进行改进，完善产品的设计，增强了产品的可靠性。
2.1 有限元分析模型的创建的CAD模型，对模型进行必要的简化，使模型满足有限元分析要求，减少分析时间，简化后的CAD模型见图1（隐藏上盖板后）。
图1 简化后CAD模型有限元划分分别采用了四面体和六面体单元，对机箱安装在箱体上的部件以及电路板组件进行单独划分，其中相对重要的印制线路板组件全部采用六面体划分单元，以保证计算结果更加准确。
最终划分完成得到的单元数量为119396。
对印制板和机箱的连接采用MPC中的RBE2来模拟螺钉连接，螺钉采用梁杆结构近似，创建的MPC数为24个，最后完成的有限元模型如图2所示（隐藏上下盖板后）。
2.2 模型验证通过模态试验的方法对有限元初始模型进行验证。
试验首先对印制线路板模块、空机箱进行自由模态试验，然后对电路板进行约束条件下的模态试验，并将试验结果与仿真结果进行对比分析，最后通过模型调整使仿真结果与试验结果接近，以保证仿真分析模型的准确和边界条件的设置正确。
通过模态验证试验保证了有限元模型与实际物理设备的一致性。
图2 有限元模型2.2.1 试验原理模态试验采用力锤敲击法进行试验，即通过力锤施加一个力在受试产品的一个激励点上，由布置在受试产品外表面加速度传感器记录该传感器安装位置的加速度响应信号，将力锤的冲击信号和加速度传感器的响应信号采集再经过归一化调节放大分析后，得到该位置点的频响函数，然后按事先布置好的均布点依次移动加速度传感器安装位置，同样由力锤在固定激励点依次施加冲击信号，最终得到整个受试产品外表面均布各点的频响函数，再由模态参数识别软件STAR-Modal，分析得到受试件的模态频率与振型信息。
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。
Ansys培训-随机振动分析
15. In the Details of the PSD Load,
14
change “Direction” to “Y Axis” for
this particular XYZ orientation.
16. For >Load Data chose >New PSD Load
Acceleration
– The data points can be entered for each Freq & Amplitude, or a function can be entered.
Acceleration
A2
A3
A1 A4
F1 F2
F3
F4
Frequency
Workshop – 假定
• The Girder has fixed constraints along all lower edges.
2. Click OK, thus accepting the default number of modes
3. Choose the U.S. inch pound unit system.
– “Units > U.S. Customary (in, lbm, lbf, …)” 1
2
3
Workshop – 前处理-壳体厚度
PSD分析. • Steps: 进行模态和随
机振动分析，并显示 结果.
随机振动分析
随机振动分析流程 打开, Tower.dsdb.
• Browse to file if not in list
• 打开分析向导…
随机振动分析
随机振动分析流程
随机振动分析
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 随机振动分析功能可以获得结构随机振动响应过程的各种统计参数（如：均值、均方根和平均频率等），根据各种随机疲劳寿命预测理论就可以成功地预测结构的随机疲劳寿命。
本文介绍了ANSYS随机振动分析功能，以及利用该功能，按照Steinberg 提出的基于高斯分布和Miner 线性累计损伤定律的三区间法进行 ANSYS随机疲劳计算的具体过程。
１．随机疲劳现象普遍存在在工程应用中，汽车、飞行器、船舶以及其它各种机械或零部件，大多是在随机载荷作用下工作，当它们承受的应力水平较高，工作达到一定时间后，经常会突然发生随机疲劳破坏，往往造成灾难性的后果。
因此，预测结构或零部件的随机疲劳寿命是非常有必要的。
2．ANSYS随机振动分析功能介绍ANSYS随机振动分析功能十分强大，主要表现在以下方面：1.具有位移、速度、加速度、力和压力等 PSD类型；2.能够考虑 a 阻尼、阻尼、恒定阻尼比和频率相关阻尼比；3.能够定义基础和节点 PSD激励；4.能够考虑多个 PSD激励之间的相关程度：共谱值、二次谱值、空间关系和波传播关系等；5.能够得到位移、应力、应变和力的三种结果数据： 1 位移解， 1 速度解和 1 加速度解；3．利用 ANSYS随机振动分析功能进行疲劳分析的一般原理在工程界，疲劳计算广泛采用名义应力法，即以S-N 曲线为依据进行寿命估算的方法，可以直接得到总寿命。
下面围绕该方法举例说明 ANSYS随机疲劳分析的一般原理。
当应力历程是随机过程时，疲劳计算相对比较复杂。
但已经有许多种分析方法，这里仅介绍一种比较简单的方法，即Steinberg 提出的基于高斯分布和 Miner 线性累计损伤定律的三区间法（应力区间如图 1 所示）：应力区间发生的时间68.3% 的时-1~+1间27.1% 的时-2~+2间4.33% 的时-3~+3间99.73%大于 3的应力仅仅发生在0.27%的时间内，假定其不造成任何损伤。
ANSYS在梁_板壳结构随机振动分析中的应用
图 2 施加谱载荷后的有限元模型
谱分析计算出了每一阶扩展模态在结构中的最 大响应, 即计算出了每一阶扩展模态产生的最大位 移和最大应力。通过模态合并 , 可以计算出各阶扩 展模态最大响应时的总体响应结果。
3
ANSYS 后处理分析结果
在 ANSYS 后处理中可以对多种结果进行观察
4
随机疲劳计算
每次随机振动循环都对累积损伤具有贡献 , 当
和打印输出, 限于篇幅本文仅对一些重要的结果进 行简要分析。在时间历程后处理器中, 经过软件计 算处理后 , 可以得出某一节点的位移、 速度和加速度 响应谱。本文选取框架顶层左前节点 108, 其坐标 位置 ( 0, 1 8, 0 5) 。图 3~ 图 5 分别为节点 108 在 Z 向上的位移、 速度和加速度响应谱 , 可以看出结构 发生共振的频率值 , 这就是工程结构设计时要力求 避让的频率, 对于本框架结构 , 就是要避免其固有频 率落在 0 8 H z、 2 4 H z 和 3 7 H z 附近的频段内。 40 新技术新工艺
i
环的次数。 利用 1 、 2 和 3 应力和统计平均频率计算随 机疲劳是一个有效的过程。注意, 统计平均频率等 于载荷步 4( 1 sigm a 速度 ) 除以载荷步 3( 1 sig ma 位 移 ) 结果的商。这样随机疲劳计算的一般过程如下。 1) 计算感兴趣应力分量的统计平均频率 ( 应力 速度/ 应力) ; 2) 假定 68 3% 的时间处于 1 水平, 95 73% 68 3% = 27 43% 的时间 处于 2 水平 , 99 73% 95 4% = 4 33% 的时间处于 3 水平 ; 3) 基于期望寿命和统计平均频率 , 计算 1 、 2 和 3 水平下的循环次数; 4) 基于 S -N 曲线计算疲劳寿命使用系数。 注意 , 上 面所 述只是 为了 说明 如何 利用 ANSYS 随机振动结果进行随机疲劳计算, 仅仅介绍部 分应用途径。 用户还可以根据其他随机振动疲劳计算理论进 行计算 , 这里不一一罗列。在 ANSYS 中不能直接 实现上述计算过程。 而本例从 ANSYS 的分析结果中可以知道, 载 荷步( L oad St ep) 3 第 1 子步的 1 最大 Von Mises 应力值为 66 7 M P a, 位置 就在 节点 27 处。 根据 St einberg 提出的 基于高斯 分布的三 区间法 , 利用 M iner 定律就可以进行疲劳计算。假设结构振动时 间 T = 3E+ 5 s, 振动平均频率 v 0 = 15 次 , 那么就of ANSYS on the Random Vibration Analysis of Beam -shell Structure
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随机振动分析功能可以获得结构随机振动响应过程的各种统计参数（如：
均值、均方根和平均频率等），根据各种随机疲劳寿命预测理论就可以成功地预测结
构的随机疲劳寿命。
本文介绍了ANSYS随机振动分析功能，以及利用该功能，按照Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法进行ANSYS随机疲劳计算的具体过程。
１．随机疲劳现象普遍存在
在工程应用中，汽车、飞行器、船舶以及其它各种机械或零部件，大多是在随机
载荷作用下工作，当它们承受的应力水平较高，工作达到一定时间后，经常会突然发
生随机疲劳破坏，往往造成灾难性的后果。
因此，预测结构或零部件的随机疲劳寿命
是非常有必要的。
2．ANSYS随机振动分析功能介绍
ANSYS随机振动分析功能十分强大，主要表现在以下方面：
1.具有位移、速度、加速度、力和压力等PSD类型；
2.能够考虑a阻尼、阻尼、恒定阻尼比和频率相关阻尼比；
3.能够定义基础和节点PSD激励；
4.能够考虑多个PSD激励之间的相关程度：共谱值、二次谱值、空间关系和波传
播关系等；
5.能够得到位移、应力、应变和力的三种结果数据： 1位移解，1速度解和
1加速度解；
3．利用ANSYS随机振动分析功能进行疲劳分析的一般原理
在工程界，疲劳计算广泛采用名义应力法，即以S-N曲线为依据进行寿命估算的
方法，可以直接得到总寿命。
下面围绕该方法举例说明ANSYS随机疲劳分析的一般原理。
ANSYS在印制电路板组件随机振动分析中的应用_高驰名
了材料疲劳寿命 n / N 部分，而其他应力水平的循环
也以相同的方式对材料产生部分损伤。如果应力的
循环次数 ni没有达到对应的许可次数 Ni，那么产生
∑ 的累积损伤为 D
=
i =1
ni Ni
，当
D
=1
时，表示疲劳寿
命已经耗尽，预测发生疲劳。考虑到该假设的不精
确性和缺点，有时也假设累积损伤 D 为小于 1 的常
本文通 过 POST1 找 出 了 组 件 中 应 力 最 大 点
专题技术与工程应用
40 736处的应力统计值为 20． 743 MPa，应力速度为 0． 137 82E11，该点位于模块的引脚处。印制板面上 的应力最大点 917 的应力统计值 0． 696 57E6。图 4 和图 5 为第 1 阶、第 4 阶模态振型，图 6 和图 7 为上 述 2 个节点的位移功谱密度与频率的关系曲线图。
高驰名1 ，刘 莹2 ，马建章1
（ 1． 中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081； 2． 中国核电工程有限公司河北分公司，河北 石家庄 050011）
摘 要 基于 ANSYS 软件建立了印制电路板组件的有限元模型，对印制板组件在基础激励作用下的随机振动响应进行
受力分析，并利用后处理的结果对其进行了随机疲劳计算。通过实例介绍了利用 ANSYS 软件对印制电路板组件进行随机疲
收稿日期： 2015-04-22
2015 年 无线电工程 第 45 卷 第 7 期 95
专题技术与工程应用
2 700 kg / m3 ，高度 10 mm，直径 6 mm，模块化器件插 装焊接到印制板上，取引脚弹性模量为 69 GPa、泊 松比 0． 35，密度 2 700 kg / m3 ，引脚的抗拉强度 σb = 200 MPa［1］，引脚直径 2 mm，模块焊接后底面距印 制板 上 表 面 1 mm，假 设 整 个 结 构 的 阻 尼 比 为 0． 01［2］，支撑柱底面施加激励重力加速度谱如表 1 所示，求应力最大点的响应普并核算该点的疲劳强 度。
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。
电子第2章-ANSYS 在电子产品设计中应用
第二章 ANSYS 在电子产品设计中应用一. 电子封装在典型的半导体封装过程中，首先进行元器件的布局，布局的合理性需要用热分析来决定，目的是为了使温度分布最优化。
接着，连接导线完成封装模块电路，在这一过程中需要进行热-电分析以平衡压降和温度。
同时，塑性分析被用来研究装配和制造过程中发生的导线挠曲现象，采用粘塑性分析校核焊点的强度。
最后，用线弹性结构分析和动力分析研究整个封装模块的整体性能，用电磁场分析提取电子寄生参数，如瞬时电容和电感。
热分析：由于热是电子设备/电路的致命敌人，因此在电子封装中要进行大量的热分析，目的是在最小的空间内布置元件而又不使它们过热。
为确定模块中的温度分布，在分析中要考虑每个元件产生的能量以及通过传导、对流和辐射散发出的热量。
热—电分析：在这种耦合场分析中要同时考虑电参数和元件的加热，例如：在电源和信号线等导线中，电压要降低而温度要升高。
ANSYS 的热－电耦合单元与以前的间接耦合相比，可同时进行这些分析，间接耦合要进行两种不同的分析，既费时又要进行大量的文件操作。
与时间无关的塑性分析：在半导体封装中一个常见的问题就是当导线等铜质元件在载荷作用下发生变形时（在生产过程中或在使用过程产生的热造成的），材料会表现出非线性即应力与应变不成比例。
其特点是当应力达到一定值时材料会发生永久变形。
ANSYS 利用随动硬化、等向硬化、各向异性或用户定义的过程来考虑这一现象。
粘塑性分析：ANSYS 基于Anand 模型的粘塑性分析功能可描述高温下与变形速率相关的金属成型/变形过程，此时材料随时间要发生不可恢复的大变形。
在开发过程中采用这些高级分析替代原来的样机测试方法节约了可观的时间和大量的资金。
结构分析：这种分析用来确定元件在载荷作用下的位移、应力、应变和力。
在电子封装设计中，结构分析可预测元件及组装件如电路板、导线和硅器件的应力分布。
动态/模态分析：瞬态分析是用来确定在已知的随时间变化的载荷作用下元件的响应。
某机载控制板随机振动和冲击仿真分析
某机载控制板随机振动和冲击仿真分析发布时间：2022-01-04T01:59:04.972Z 来源：《福光技术》2021年21期作者：李新亮[导读] 最后利用Ansys Workbench软件对该控制板进行了模态分析、随机振动仿真和冲击仿真分析，验证了设计的合理性。
中国电子科技集团公司第二十研究所陕西西安 710068摘要：分析了机载环境对电子设备可靠性和使用寿命的影响，介绍了随机振动和冲击的数学模型，对机载控制板进行了结构设计，最后利用Ansys Workbench软件对该控制板进行了模态分析、随机振动仿真和冲击仿真分析，验证了设计的合理性。
关键词：控制板；模态分析；随机振动仿真；冲击仿真1 概述电子设备在运输、使用过程中不可避免的会受到振动、冲击等环境应力的作用，这对电子设备的可靠性是严峻的考验错误！未找到引用源。
某控制板安装在飞机上，在飞行过程中产生的气动扰流、发动机排气噪声、载机振动传递等使该控制板受到很大的随机振动与冲击，严重影响着设备的可靠性。
在对控制板进行设计时，同步开展控制板的随机振动和冲击的仿真分析，随时调整设计方案，提高设计的可靠性，避免了由于设计不合理而导致的重复设计。
2 数学模型2.1随机振动的数学模型随机振动仿真分析的理论依据是强迫振动理论，若一个振动系统受到简谐激励，它的稳态响应也是同频的简谐运动，但幅值和相位不同。
若用复数来表达，假定系统输入x(t)=eiωt，则系统的输出为0，0，0：式中，S(ω)是随机振动系统的激励功率谱密度，它可以表示力、速度、位移、加速度等类型，该类型的随机振动信号在各个频域段上的分布密度即为激励功率谱密度；Y(ω)表示响应的分布密度，类型同样可以为力、速度、位移、加速度等。
2.2 冲击的数学模型单自由度系统受到冲击激励时，产生相应的冲击响应。
一系列不同固有频率、具有一定阻尼的线性单自由度系统受冲击激励作用时产生的最大响应值与各个系统固有频率的关系曲线，称为冲击响应谱错误！未找到引用源。
电子第4章-ANSYS 在家用电器及电器设备设计中的应用
第四章 ANSYS 在家用电器及电器设备设计中的应用ANSYS 的热、结构、流体、电磁场仿真优化分析功能，以及解决各物理场之间的耦合作用问题的能力，为开发设计各种机电产品、家用电器等提供了优秀的分析仿真和优化手段。
从而保障产品的稳定性、可靠性与耐用性，争取产品在市场中的优势与地位。
目前在机电系统、家电产品整体性能评估等各个领域都有广泛的应用。
一. 家电的耦合场分析功能具有温度和位移自由度的耦合场单元，温度载荷与机械载荷可分别或同时施加，分析高频或低频加热时，结构中的热分布及其由此产生的应力和变形。
解决如芯片发热失效、电子系统散热、PCB 板的热疲劳、热变形及其电子结构的整体刚度与稳定性等研究设计中系列问题。
美国Maytag 现代科技集团冰箱生产部运用ANSYS 进行冰箱概念化设计，冰箱每个部件都要经过ANSYS 严格的数值分析模拟，考察冰箱在堆放、运输、门摆动、甚至向搁板上丢东西时各部件的可靠性，并降低能耗、材料和制造成本，使新开发的新型冰箱电耗降低30％，只相当于75W 灯泡，仅1998年，保守估计使用ANSYS 进行产品开发和优化设计给Maytag 带来了超过2亿美元的商业利润，图（a）为冰箱有限元模型，图（b）为冰箱热应力分布，图（c）为冰箱抽屉垂直挠曲变形，图（d）为冰箱箱门中间铰链应力分布。
Whirlpool 公司利用ANSYS 进行优化分析设计，不但显著提高了产品性能，而且大大降低了物理样机、测试以及材料成本等费用。
（a）双门冰箱门的热变形；（b）冰箱箱体静载下的变形。
图4-1 SONY电视机机箱及内部的散热分析（a）（b）（c） （d）图 4-2 Maytag 公司冰箱分析设计（a ） （b ） 图 4－3 Whirlpool 冰箱分析信息产业部第12研究所利用ANSYS 软件对国家“八五”重点项目“HDTV 投影管玻壳”进行了分析，发现应力集中部位发生在玻屏侧面，而锥部应力分布均匀（图4－4），并提出了玻壳优化设计方案，使我国玻壳生产成品率（防炸裂比例）达到了国际先进水平，这对于我国开发高清晰度大屏幕电视有着重要价值。
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。
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。
Aansys Workbench在锂离子动力电池系统中的应用-强度分析、振动分析、机械冲击
二、输入条件
材料
边界条件
G 产品为一只箱体，产品重量360kg G=3600N
三、过程介绍-Z方向振动分析
1 、 Z 轴 PSD 值。 2 、 分 析 流 包括 静态分 析、模 态分析 、振 动 分 析 、 瞬 态动力 学分析
1
2
三、过程介绍-Z方向振动分析之静态分析。
1 、 静 态 分 析， 分配材 质。 2 、 网 格 划 分。 3 、 添 加 约 束， 约束箱 体 8 只脚。 4 、 约 束 图 示。 5 、对 箱体施 加重力 G ， 并标明 力所 在位置 。
1 2 3
4
三、过程介绍-机械冲击
1 、 添 加 分 析时 间 1 5ms 。 2 、 添 加 约 束。 3 、 约 束 图 示。 4 、 添 加 重 力 g 对 其 位 置 进 行 定义。 5、添加重力g。 6 、 力 方 向 以及 位置图 示。
5 4 6 1 2 3
三、过程介绍-机械冲击
1 、 添 加 应 力分 析。 2 、 应 力 分 析、过程介绍-分析转向工况。
1 、 添 加 约 束， 固定八 个螺栓 孔。
2 、约束图示。
3 、 添 加 力 的位 置在箱 体中间 。 4 、 分 别 把 力的 数值添 加到 Y 与 Z 处。
1 2
5、力图示。
6 、 添 加 应 力分 析。 7 、 分 析 结 果图 示，数 值为 1 27 MPa.
二、输入条件
材料
边界条件
工况 加速 制动 转向 垂向 描述 Z1g；X1g Z1g；X-1g Z1g；Y1g Z4g
G 产品为一只箱体，产品重量360kg G=3600N
三、过程介绍
1 、导入静力学分析模块。