ANSYS Workbench——随机振动分析

Reginald

一、随机振动分析简介
-随机振动分析是另外一种谱分析的方法；
-随机振动分析的目的是为确定结构的一些统计性的结构响应，
通常是得到结构的标准方差（1西格玛）的位移，力和应力值。
-1西格玛的计算结果可以用来计算结构的随机振动疲劳寿命

-下面两幅图给出结构的正弦振动（强迫和自由）
-下面的振动曲线是输入的振动载荷是一个固定的频率

更加一般的振动载荷时随机振动，这种振动是在同一时间点以不同的频率进行振动

实际工程中存在很多随机振动问题：
-生产线上的零部件；
-汽车在路面行驶的振动；
-飞机起飞或降落过程；
-发射过程中航天器

这些随机振动过程在时间范围内包括所有频率信息
这些频率对应的振动幅值于时间具有随机分布的规律
-因此，我们需要找到一种方式来对随机振动激励进行描述和分类。

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。
-基于这个特点，我们就比较容易的描述随机振动激励的主要特征了。

（1）采用功率谱密封的方法可以描述随机振动激励的统计特征因此进行随机振动计算时可以输入PSD幅值与频率的关系曲线，来表征随机振动的这个统计性特征；
（2）PSD谱值支持多种设计谱；
（3）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

如果使用的频率带宽越大，则获得的激励信号的平均值和均方值就越大。
-因此需要建立一个统一的标准来考虑不同频率带宽的差异性；
-工程中，一般使用激励的均方值与频率带宽的比值来评估，即
PSD=(均方)/(f1-f2)；
从上式可以得出，PSD的单位为units2/Hz ；
对于结构振动，常用的单位：
-加速度随机激励 (mm/s2)2/Hz或G2/Hz；
-速度随机激励 (mm/s)2/Hz
-位移随机激励 (mm)2/Hz

PSD被描述为带宽频率的函数；每一个带宽的取其中心位置的频率值

使用一条包络线来描述整个变化过程。
在实际使用中一般将其转好为双对数坐标系进行描述

虽然整个过程是随机的，但是PSD曲线只有限的遵守其随机性

用来表征随机振动的一个参数称之为功率谱密度（PSD）

对于一个横定幅值的正弦振动，其1HZ的频率带宽的功率谱密度为其幅值的平方值。

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 = 2πf Hz