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July 30, 1999 随机振动分析 1、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。 1、随机振动分析简介 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 1、随机振动分析简介 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. 1、随机振动分析简介 1、随机振动分析简介 2、功率谱密度（PSD） 2、功率谱密度（PSD） 2、功率谱密度（PSD） 2、功率谱密度（PSD） 2、功率谱密度（PSD） 2、功率谱密度（PSD） 3、随机振动理论简介 3、随机振动理论简介 3、随机振动理论简介 3、随机振动理论简介 3、随机振动理论简介 3、随机振动理论简介 3、随机振动理论简介 3、随机振动理论简介 3、随机振动理论简介 3、随机振动理论简介 3、随机振动理论简介 3、随机振动理论简介 3、随机振动理论简介 4、PSD曲线拟合 4、PSD曲线拟合 4、PSD曲线拟合 5、PSD分析设置 5、PSD分析设置 5、PSD分析设置 5、PSD分析设置 5、PSD分析设置 5、PSD分析设置 5、PSD分析设置 （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。 （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 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。 （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。 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。 （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 -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。 Advanced Contact Fasteners Training Manual 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 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。 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