利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析
ansys疲劳可靠性及随机振动分析
ANSYS疲劳分析
5. 调入载荷步计算并储存节点应力分量
Main Menu>General Postproc>Read Results>First Set(Next Set) Main Menu>General Postproc>Fatigue>Store Stresses>From rst File
ANSYS疲劳分析
3. 定义材料应变强化指数M和N
Main Menu>General Postproc>Fatigue>Property Table>Elas-plas Par
ANSYS疲劳分析
4. 定义关键点及应力集中系数
Main Menu>General Postproc>Fatigue>Stress Locations
！定义载荷变量 ！设置实常数 ！定义材料参数
！建立平面 ！建立中间圆孔面 ！面的布尔操作 ！设置单元划分的分段数 ！定义单元为四边形 ！网格自由划分 ！划分网格 ！结束前处理
ANSYS可靠性分析
二．进入概率分析模块，选定分析文件
Main Menu>Prob Design>Analysis File>Assign
ANSYS可靠性分析
② 显示输入随机变量的采样曲线
（Main Menu>Prob Results>Sampl History）
ANSYS可靠性分析
③ 显示输入随机变量的累计概率分布曲线
（Main Menu>Prob Results>CumulativeDF）
ANSYS可靠性分析
④ 还可以显示输出随机变量的概率敏感图以及输出随机变 量和输入随机变量的相关性等。
ANSYS 使用技巧24则
目录1 如何定制Beam188/189单元的用户化截面 (1)2 ANSYS 查询函数（Inquiry Function） (2)3 ANSYS是否具有混合分网的功能？ (4)5 利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析 (5)6 膜元Shell41是否能作大变形分析？ (7)7 耦合及约束方程讲座一、耦合 (7)8 耦合及约束方程讲座二、约束方程 (9)9 巧用ANSYS的Toolbar (12)10 如何得到径向和周向的计算结果? (14)12 如何考虑结构分析中的重力 (15)13 如何实现壳单元的偏置 (16)14 如何使用用户定义用户自定义矩阵 (17)15 如何提取模态质量 (18)16 ANSYS的几种动画模式 (19)17 如何正确理解ANSYS的节点坐标系 (20)18 为什么在用BEAM188和189单元划分单元时会有许多额外的节点？可不可以将它们删除？ (21)20 用ANSYS分析过整个桥梁施工过程 (21)21 用单元死活模拟浇铸过程中的温度分布 (22)22 在ANSYS5.6中如何施加函数变化的表面载荷 (24)23 在ANSYS中怎样给面施加一个非零的法向位移约束? (25)24 在任意面施加任意方向任意变化的压力 (26)1 如何定制Beam188/189单元的用户化截面ANSYS提供了几种通用截面供用户选用，但有时不能满足用户的特殊需求。
为此，ANSYS提供了用户创建截面（库）的方法。
如果你需要创建一个非通用横截面，必须创建一个用户网格文件。
具体方法是，首先创建一个2-D实体模型，然后利用SECWRITE 命令将其保存(Main Menu>Preprocessor>Sections> -Beam-Write Sec Mesh)。
该过程的细节如下：1.创建截面的几何模型（二维面模型）。
2.对所有线设置单元份数或者单元最大尺寸 (Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Lines-Picked Lines或使用MeshTool)。
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： 1σ位移解，1σ速度解和1σ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-1σ ~+1σArray间27.1%的时-2σ ~+2σ间4.33%的时-3σ ~+3σ间99.73%大于3σ的应力仅仅发生在0.27%的时间内，假定其不造成任何损伤。
基于Ansys二次开发的随机振动疲劳寿命可视化程序开发
基于Ansys二次开发的随机振动疲劳寿命可视化程序开发
丁杰;唐玉兔
【期刊名称】《机械强度》
【年(卷),期】2014(36)5
【摘要】为解决现有随机振动分析中存在的结构各节点的振动频率计算、三个方
向振动结果的叠加、全域可视化显示等问题,进行了基于Ansys软件的二次程序开发。
通过程序在某变流装置中的应用,表明了二次开发的程序可以更加快速、全面、有效地进行虚拟样机的疲劳寿命分析,为产品结构的优化设计提供理论指导。
【总页数】6页(P813-818)
【关键词】Ansys;随机振动;加速度谱密度;疲劳损伤;疲劳寿命;可视化
【作者】丁杰;唐玉兔
【作者单位】南车株洲电力机车研究所有限公司南车电气技术与材料工程研究院【正文语种】中文
【中图分类】TB123;U264.37
【相关文献】
1.基于ANSYS的机床滑合随机振动疲劳寿命分析 [J], 孟行;孟广耀;黄居鑫;石英训;生开明
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3.基于ANSYS二次开发的大跨桥梁疲劳寿命与失效概率的可视化技术 [J], 侯士通;王莹
4.基于ANSYS的连接件随机振动疲劳寿命分析及优化设计 [J], 白永明; 邱恩举; 王宏建
5.基于ANSYS的连接件随机振动疲劳寿命分析及优化设计 [J], 白永明; 邱恩举; 王宏建
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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。
Ansys nCode疲劳分析及应用
破坏模式1：
结构在恒定载荷作用下，当应 力超过抗拉强度时发生破坏， 这种破坏属于静力破坏。
破坏模式2：
在应力水平较低的情况下，对 结构施加循环载荷，最终引起 结构破坏，这种破坏属于疲劳 破坏。 疲劳是由应力的不断改变引起 的，不是最大应力的原因。
4
疲劳破坏的断面
粗粒状 或
纤维状
静力破坏
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• 拉伸平均应力减少疲劳寿命
• 压缩平均应力增加疲劳寿命
Smax
Sa
Sm
DS
Sa Smin
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3.3 平均应力对疲劳寿命的影响
对于应力-疲劳寿命，平均应力的影响通常使用Goodman 或者 Gerber平均应力 修正理论
Goodman 平均应力修正理论假设一条直线
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Ansys nCode疲劳分析优势（三）
完全集成在Workbench平台下
以流程图形式建立分析任务； 无缝读取ANSYS计算结果； 与ANSYS共享材料数据库； 在WB平台上统一进行参数管理，可用 DX进行优化。
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ANSYS nCode 疲劳分析优势（四） 提供专业的疲劳分析技术，协助用户在产品设计中：
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3.1 材料表面状况对疲劳寿命的影响
在 ANSYS nCode DesignLife中，用表面因子(Ksur)同时考虑表面光洁度和处 理对疲劳的影响
− 表面因子用来调整材料s-n曲线
Ksur是三个用户定义因子的乘积 − Ksur = KTreatment * Kuser * Kroughness
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 高清晰 精品资料：第15章 随机振动和随机疲劳分析实例
第15章 随机振动和随机疲劳分析实例 谱分析是一种将模态分析的结果与一个已知的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术，主要用于确定结构对随机载荷或随时间变化载荷(如地震、风载、海洋波浪、喷气发动机推力、火箭发动机振动等等)的动力响应情况。
谱是谱值与频率的关系曲线，它反映了时间—历程载荷的强度和频率信息。
谱分析分为：响应谱分析、动力设计分析方法(Dynamic Design Analysis Method ，DDAM)和功率谱密度(Power Spectral Density —PSD,也称为随机振动分析)。
其中，一个响应谱代表单自由度系统对一个时间—历程载荷函数的响应，它是一个响应与频率的关系曲线，其中响应可以是位移、速度、加速度、力等。
下面以一个梁—板壳结构在地震位移激励作用下的随机振动分析为例，来将讲解用ANSYS6.1进行随机振动分析的具体过程，对于其它类型的谱分析的基本分析步骤可参阅本书第10章。
15.1 问题描述某板—梁结构如图15.1所示，计算在Y方向的地震位移激励谱作用下整个结构的响应情况。
板—梁结构的基本尺寸如图13.1所示，地震谱如表15.1所示，其它材料属性和几何特性数据如下：图15.1 梁－板壳结构模型A3钢的材料特性：杨氏模量EX ＝2.1 E11 N/m 2，泊松比PRXY ＝0.3，密度DENS ＝7.8 E 3 Kg/m 3。
板壳：厚度＝2E-3 m梁几何特性：截面面积＝1.6E-5 m 2， 惯性矩＝21.333E-12 m 4 ， 宽度＝4E-3 m ，高度＝4E-3 m表15.1梁—板结构所受的谱表位移激励谱频率(Hz) 0.5 1.0 2.4 3.8 17 18 20 32 位移(×10-3m) 0.01 0.016 0.03 0.02 0.005 0.01 0.015 0.0115.2 建立模型跟所有在ANSYS6.1中进行的结构分析一样，建立本实例的有限元模型同样需要完成如下工作：指定分析标题，定义材料性能，定义单元类型，定义单元实常数，建立几何模型并进行有限元网格划分等。
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
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。
基于ANSYS的专用喷洒车主管路随机疲劳分析
减小 ， 但超过一百万 次后最大应力不再 发生变化 ， 曲线维持 且 在 ２ × ０Ｐ 处 。该应力称为完全交变 应力 下的材料疲劳持 ． １８ａ ３ 久极 限。对 于铝合金试件 ， 能找到这样 的材料疲劳持久极 就不 限。有几种方程可 以近似描述 ｓ Ｎ曲线 ， 简单、 — 最 最可接受 的
ＰＤ Ｓ 激励谱 ｒ． １ 系统的传递函数Ｉ Ｉ 而△ｊ一 — 正
一
＝二］ 旺
ｌ 频率响应分析 ｌ ｌ 矩 ｝ 惯 强 直至 苫
ｌ型 模
堙 劳析 Ｉ Ｉ命 疲分 寿ｌ
结果分析
本文采用疲劳寿命数值仿真分析方法 ， 通过动力 学仿 真计
算， 得到结构在频域上 的动应力分布和传递 函数 ， 根据这些 动 应 力分布 ， 应用 Ａ Ｓ Ｓ中 Ｆ ｔｕ 疲劳 分析模块 ， ＮＹ ａｇ ｅ ｉ 计算管路 的
是幂 函数形式 ：
性能参数和损伤模 型计算疲劳 寿命 。 疲劳分析的简单流程如图
１ 所示。 文根据线性 累积损伤理论 ， 本 采用功率谱法 ， 在获得结
构 动态 应力响应 Ｐ Ｄ 功率 谱密度 ） Ｓ（ 和 Ｎ曲线后 ， 计算结构
收稿 日期 ：０ ８ ０ － ５ ２０ － ２ ０ 作者简介 ： 申祖武 （９ ＆ ） ， 南固始人 ， １６ 一 ， 河 男 博士 ， 副研究 员， 主要研究领域为机械 动力学 、 动控 制、 振 防护工程等 ； 许志贵 （９ ４ ）男 ， １７ 一 ， 湖北
ｔ ～ ～ 一
式 中 ， 是疲劳强度系数 ， 由 Ｓ Ｎ曲线外推到第一个半 ， 是 －
循 环 ２ ： ） （ １ 的应力 幅值 ； ６是疲 劳强度 指数 ， 双对数 坐标 是 中 Ｓ Ｎ曲线的斜率 。 －
疲劳寿 ｕ 。
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3.2 缺口应力集中对疲劳寿命的影响
理论分析：
与材料相关的参数，可通过下式估算：
q：缺口敏感系数
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缺口半径
Kf：疲劳缺口系数 光滑件疲劳极限与缺口件疲劳极限之比
Kt：弹性应力集中系数 缺口处最大实际应力与该处名义应力之比
一般Kf小于Kt ，两者的关系可以用缺口敏 感系数q表征。
40
3.4 多轴状态对疲劳寿命的影响
如果加载过程中主应力方向改变，计算应力范围使用一个派生的单轴应力可 能是不正确的
临界平面法可用于计算主应力方向改变的情况
临界平面法计算平面应力和在几个径向平面进行重新求解
− 默认是每10度 (18 个平面) − 雨流计数法在每个平面上计算疲劳损伤 − 准则平面是最大损伤的平面
• 拉伸平均应力减少疲劳寿命
• 压缩平均应力增加疲劳寿命
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3.3 平均应力对疲劳寿命的影响
对于应力-疲劳寿命，平均应力的影响通常使用Goodman 或者 Gerber平均应力 修正理论
Goodman 平均应力修正理论假设一条直线
1. 避免设计缺陷引起的疲劳破坏
2. 避免过于保守的设计
产品出现不应当发生 的疲劳失效，会使企 业的信誉受损，经济 损失更大！
过于保守设计，使得产 品的成本增加，市场竞 争力下降！
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ANSYS nCode 的功能特色
支持的有限元结果： 静态分析(线性/非线 性) 瞬态分析 模态分析 频谱响应
ANSYS疲劳分析
ANSYS疲劳分析ANSYS是一种流行的工程仿真软件，用于进行各种工程问题的有限元分析。
在工程实践中，疲劳分析是一个非常重要的领域。
疲劳是指材料在重复载荷作用下逐渐破坏的过程。
疲劳分析的目的是评估结构在实际使用条件下的寿命和性能。
ANSYS可以用来进行疲劳分析，通过确定应力和应变的分布，评估结构在长期使用中可能出现的问题。
在进行疲劳分析之前，首先要进行有限元模型的建立。
这包括将结构模型导入到ANSYS中，确定边界条件和加载条件等。
在进行疲劳分析时，首先要确定疲劳载荷的类型和大小。
这可以通过实验测量或数值模拟来获取。
然后，将载荷应用在结构模型上，并进行动态分析。
ANSYS可以模拟不同的载荷情况，例如正弦载荷、随机载荷和脉冲载荷等。
通过分析结果，可以获得结构在不同位置的应力和应变分布。
在完成动态分析后，可以对结果进行验证和修正。
如果分析的结果与实际测量不符，可能需要对模型进行修正。
修正的方法包括调整材料的本构模型、改变模型的几何形状或重新定义载荷条件等。
完成验证后，可以进行疲劳分析。
在ANSYS中，可以使用不同的疲劳分析模块进行分析。
其中最常用的是疲劳寿命评估模块。
该模块可以根据疲劳参数和材料的S-N曲线，预测结构在给定载荷下的疲劳寿命。
这可以帮助工程师评估结构的安全性和可靠性，并采取适当的措施来延长结构的使用寿命。
疲劳分析还可以进行应力寿命曲线分析。
该分析方法可以通过建立不同应力水平和循环数的组合，预测结构的疲劳寿命。
这对于识别结构中的关键部位和进行寿命预测非常有帮助。
此外，还可以使用应变寿命方法进行疲劳分析。
该方法通过应变历程和损伤累积，评估结构在疲劳载荷下的性能。
在完成疲劳分析后，可以对结果进行后处理。
这包括评估结构的疲劳寿命、疲劳裕度和故障位置等。
通过分析结果，可以确定哪些部位可能会在疲劳过程中发生破坏，并采取适当的措施来加强这些部位。
总之，ANSYS是进行疲劳分析的强大工具。
它可以用于建立结构模型、应用载荷、进行动态分析和预测结构的疲劳寿命。
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。
车身配件的随机振动疲劳分析
D=S1N1+S2N2 +…+S n Nn=ni=1∑S i Ni当D=1时，表示疲劳寿命已耗尽，预测发生了疲劳破坏。
实验数据表明，各种情况下，D值相当分散，并非都等。
况且疲劳损伤能否像上述线性理论中设想的简单叠加，也需要进行深入的研究。
这是因为在前面的应力循环会对后继的应力循环带来影响，同时后继应力循环也会对前面已经形成的损伤带来进一步的影响。
考虑到该假设的不精确性和缺点，有时也假设积累损伤D为小于1数时也会发生疲劳破坏。
当然，损伤的形成过程相当复杂，而线性积累损伤理论由于计算简单，概念直观，所以在工程中广泛应用于疲劳寿命计算。
这里只简单提供积累损伤理论，还有其他计算理论，不再陈述。
1.3随机振动的分析方法图1S-N曲线图23σ区间它表示：的时间应力值在-1σ~+1σ之间；的时间应力值在-2σ~+2σ之间；99.73%的时间应力值在-3σ~+3σ之间；因而，在利用Miner定律进行疲劳计算时，力处理成三个区间：应力区间发生的时间-1σ~+1σ68.3%的时间-2σ~+2σ27.1%的时间-3σ~+3σ 4.33%的时间该方法的前提是，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。
在利用定律进行疲劳计算时，将应力处理成上述总体损伤的计算公式就可以写成：+n2σ+n3σ图3随机振动分析流程2.2支架的功率谱密度（PSD）汽车上不同位置的配件所承受的功率谱密度函数PSD）不一样，如车身、发动机、变速箱、行走机构等。
本文中的支架属于车身上配件，受不良路面（比利时路）产生随机振动。
图4为支架上应施加的功率谱密度振动波形及相应数值，另外对于产品的随机振动测试还可参考国标[2]上的规定。
图4车身配件宽带随机振动波形图2.3支架的模态分析和频响分析在ANSYS中提供完全法和模态叠加法两种算法进行频率响应分析，本案例使用的是模态叠加法，即通过对模态分析得到的振型（特征值）乘上因子并求和来计算结构的响应。
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。
振动疲劳—ansys
振动疲劳—ansys随机振动疲劳分析随机振动疲劳分析流程图随机振动疲劳分析将第一步频率响应分析得到的结果文件作为输入，并在疲劳软件中输入振动过程中的PSD曲线，经计算得到零件的振动疲劳寿命。
故随机振动疲劳分析可分为如下步骤：1.频率响应分析结果输入2.功率谱密度PSD输入3.材料疲劳特性设置4.各工况与PSD关联设置5.振动疲劳求解器参数设置6.输出设置7.分析结果处理频率响应分析结果输入功率谱密度PSD输入振动疲劳求解器Ncode云图显示输出设置Ncode随机振动疲劳分析流程图1.频率响应分析结果输入频率响应分析应与PSD 的单位相对应，比如PSD 单位为g^2/Hz ，则进行频率响应分析时可输入1g 的加速度激励来分析。
（如采取单位制ton-mm-s-N ，此时1g 的加速度激励为9800mm/s^2，应在分析中输入9800大小的加速度激励）1.1单位问题1.2频率响应分析结果输出设置为了避免输出结果过大，可以在输出中设置需要进行疲劳分析的部件，以set 形式输出，同时可设置输出频次Frequency=n ，只输出频响分析应力结果即可。
*OUTPUT, FIELD, Frequency=5 *ELEMENT OUTPUT, ELSET = ele_setS, 以Abaqus 进行频响分析为例，输出设置如下：每5步输出一次只输出单元集合名为ele_set 的应力结果2.功率谱密度PSD输入PSD可以用以下2种方式输入：1.通过MultiColumnInput读入定义好的CSV文件输入2.通过VibrationGenerator生成PSD 曲线CSV文件格式如下：（可在帮助文档中找一个PSD的CSV文件作为模板）。
Ansys nCode疲劳分析
© 2015 ANSYS, Inc.
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Ansys nCode疲劳分析优势（二）
ANSYS nCode DesignLife是ANSYS与HBM的nCode强强 联合的结晶。Ncode公司是国际著名的疲劳耐久性工程专 业公司和技术领导者。自80 年代公司成立至今，引导并推 动了疲劳理论在工业领域中的应用及其发展。
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3.4 多轴状态对疲劳寿命的影响
von-Mises 应力 标记的 von-Mises 应力
− 以最大绝对主应力的符号标记
最大剪切应力 最大主应力
− 用于脆性材料
绝对最大主应力 任一分量的应力 临界平面法
标记的 Von-Mises 应力是最常用的
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平滑区域
扰动载荷 局部性 发展过程
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疲劳分析方法
应力疲劳分析（S-N）
第一种疲劳分析方法 循环应力水平低、寿命长
应变疲劳分析（E-N）
循环应力水平高、寿命短 屈服后应变变化大、应力变化小
高周疲劳：材料在低于其屈服强度 的循环应力作用下，经104-105以上 循环产生的失效；
低周疲劳：材料在接近或超过其屈服 强度的应力作用下，低于104-105次塑 性应变循环产生的失效；
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3.2 缺口应力集中对疲劳寿命的影响
理论分析：
与材料相关的参数，可通过下式估算：
q：缺口敏感系数
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缺口半径
Kf：疲劳缺口系数 光滑件疲劳极限与缺口件疲劳极限之比
Kt：弹性应力集中系数 缺口处最大实际应力与该处名义应力之比
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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、β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： 1σ位移解，1σ速度解和
1σ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
-1σ ~+1σ
68.3%的时间 -2σ ~+2σ
27.1%的时间 -3σ ~+3σ 4.33%的时间
99.73%
大于3σ的应力仅仅发生在0.27%的时间内，假定其不造成任何损伤。
在利用Miner 定律进行疲劳计算时，将应力处理成上述3个水平，总体损伤的计算公式就可以写成：
其中：
：等于或低于1σ水平的实际循环数目（0.6831 ）；
：等于或低于2σ水平的实际循环数目（0.271 ）；
：等于或低于3σ水平的实际循环数目（0.0433 ）；
, , ：根据疲劳曲线查得的1σ、2σ和3σ应力水平分别对应许可循环的次数。
综上所述，针对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的ANSYS 随机疲劳分析的一般过程是：
(1) 计算感兴趣的应力分量的统计平均频率(应力速度/应力)；
(2) 基于期望(工作)寿命和统计平均频率，计算1
，2 和3 水平下的循环次数 、 和 ；
(3) 基于S-N 曲线查表得到 、 和
； (4) 计算疲劳寿命使用系数。
显然，根据其他随机疲劳分析方法和ANSYS 随机振动分析结果，我们还可以进行许多类似的疲劳分析计算。