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。如图-2所示。

这样模态分析结果会作为随机振动分析的条件，两个分析数据也会互相连接共用。操作完毕后会如图-3所示。

图-1 启动模态分析图-2 启动随机振动分析

图-3 打开分析项目图-4 导入模型

1.5.3导入模型

（1）在项目管理区双击Model（模态分析）中的A3 Geometry （几何模型）项目进入DM模块。如图-3所示。

（2）单击DM模块菜单栏上的File（文件）→Import External Geometry File（输入外部几何模型文件），如图-4所示。然后选择合适的模型文件→单击“打开”按钮，如图-5所示。

（3）单击菜单栏上的（刷新）按钮来刷新此次操作完成对外部模型的导入。刷新模型过程可能需要等待几分钟时间。模型导入后如图-6所示。

图-5 打开模型文件图-6 导入后的模型

（4）保存项目文件。单击菜单栏中的（保存）按钮先将此次分析项目保存，出现如图-7所示的对话框。在合适的文件夹处，我们暂时命名为“1”然后单击“保存”按钮。

注意：对于ANSYS WORKBENCH 14.0，随着分析规模的不同可能需要几百兆到几万兆的硬盘空间，保存项目文件时请尽量选择磁盘空间较大的分区。而且有限元分析过程中将会出现大量的数据交换工作。硬盘作为计算机中数据交换速度最慢的部件，有时会成为整机的瓶颈，需要尽可能高速的硬盘。

由于大部分用户的硬盘都是传统的机械硬盘，其转速一定。磁盘外圈的线速度较大从而其读写速度相对较快。常规情况下磁盘外圈的分区一般为C盘。为了减少数据交换瓶颈，笔者建议如有可能尽量将项目文件保存在C盘中。为了节约宝贵的C盘空间，完成分析后请将项目文件转移到其他分区。

如有更多投资，为了提高数据硬盘整体读写效率及可靠性，还建议使用更高转速（10000转或15000转）的硬盘以及使用基于RAID技术的一些冗余方案。

如果用户有足够的资金，笔者强烈建议使用更高速的固态硬盘。

对于SATA3.0接口最新的固态硬盘其最高读写速度普遍能比机械硬盘快2倍或以上。而部分PCI-E 4X 接口的固态甚至能快近10倍，而4K小文件的随机读写速度甚至可以快近100倍。从而带来比普通机械硬盘快几倍甚至几十倍的效率提升。对于时间紧迫的有限元分析工作来说，同样投资额下增加固态硬盘投资带来的性能提升比例会大大优于提高其他部件的性能带来的效果。

对于固态硬盘来说其不存在内外圈速度不同的问题，故可以保存在任意固态硬盘分区下。但是由于固态硬盘的本质原因，其在整盘磁盘空间接近饱和时读写速度会下降，故请尽量使其预留一定的空闲空间。

如笔者2012年春节前后进行的某核电站空调结构抗震分析，由于电脑硬盘速度较慢，在整个连续近80小时运行的分析过程中，有70多个小时都是CPU占用率5%左右而硬盘占用率接近100%。硬盘读写效率瓶颈明显，极大的影响了电脑其他部件性能的发挥。分析完成后，最终结果文件共23G。故笔者购买了某品牌容量为120G的固态硬盘，更换后笔者的Windows 7 系统硬盘部分评分从5.4分提高到了7.8分，直逼系统默认硬件最高评分7.9分。取得了良好的加速效果。

由于使用固态硬盘尽可能的消除了硬盘部分的性能瓶颈，使得计算机其他硬件性能更集中发挥，这会带来发热量增多问题，故请适当考虑加强散热。

图-7 保存项目文件图-8 网格划分

1.5.3网格划分

（1）下面将实体模型进行离散化从而划分出有限数量的节点与单元，方便程序分析计算。回到项目管理区双击A4 Model （模型），如图-8所示。

（2）单击Outline（分析树）→Mesh（网格）。我们先使用自动划分网格查看质量后再考虑是否进行网格控制。

单击Mesh（网格）菜单栏上的（刷新网格）。稍等几分钟后网格划分完毕，如图-9所示。