结构随机振动仿分析n.doc

结构随机振动仿真分析 李如忠 四川省绵阳市919信箱515分箱 621900 摘要 利用Ansys有限元分析软件对某一安装架结构进行了动力学仿真分析，首先进行了模态分析，在此基础上进行了随机振动的PSD (Power Spectral Density)分析，通过分析，提出了结构的改进方案。说明了在产品的设计过程中，对结构进行动力学仿真分析，可以预测产品的环境适应性，寻求最优化的设计方案，并缩短产品的开发周期，降低开发成本。 Li Ru-zhong P.O.Box 919-515, Mianyang, Sichuan 621900,CHINA Abstract The dynamic simulation of a bracket structure is done via Ansys, a FEA(Finite Element Analysis) software program. First, the modal analysis is done, then the PSD(Power Spectral Density) analysis of random vibration is studied. The improved design is presented. The dynamic simulation plays an important role in product design cycle. It is helpful not only in seeking optimum solution for product, but also efficient in shortening the research cycle, reducing cost. Keywords FEA, random vibration, spectrum analysis, PSD 前言 在电子产品的结构设计生产完成后，一般都要进行产品的随机振动试验，以检验其环境适应性。如果在产品生产完成后，不能满足环境适应性要求，则需要重新设计重新生产，会造成大量的人力物力的浪费。本文利用Ansys仿真分析软件，在产品的概念设计阶段进行随机振动仿真分析，寻找出设计中的重要缺陷，对结构设计进行优化，提高产品的可靠性，这样就避免了生产的浪费，并缩短了产品开发周期，降低成本。 Ansys有限元分析软件是一个功能强大的分析软件，能对复杂模型进行各种力学分析，并支持与其它三维软件的接口，在三维软件中建立的模型能直接输入到Ansys中进行分析。本文就是利用Pro/E三维设计软件进行建模，然后输入到Ansys中，首先进行模态分析，确定安装架结构的固有频率，再在模态分析的基础上进行随机振动分析，随机振动分析采用功率谱密度（PSD）响应分析。 建立分析模型 模型简化和导入 安装架结构的模型，是根据实际的设计尺寸，在Pro/E软件中建立的三维实体模型，如图1所示。在做有限元分析时，为了减少分析的运算量和分析的可行性，必须对模型进行简化，根据经验，如一些对分析结果影响很小的倒角、孔可以简化去掉。在Ansys软件中用输入命令把经过简化后的三维实体模型导入Ansys中，形成Ansys的三维模型。在三维模型中的有的地方是采用螺钉连接，但连接处螺钉间距较密，在通常试验条件下，可以认为连接面不发生相对滑移，所以为了简化分析把这些面粘接在一起。 安装架结构三维实体模型 设置单元类型和材料参数 在安装架结构模型中主要由三维实体组成，全部采用SOLID45单元，支架材料为硬铝（LY12），方盒材料根据相对密度，为自定义材料，各材料的力学性能见表1。 表1 材料特性 材料 密度(kg/m3) 弹性模量(MPa) 泊松比 硬铝（LY12） 2800 71000 0.31 自定义材料 240 71000 0.31 划分网格 利用Ansys的网格划分工具对模型的各个部分分别划分网格，共划分了13727个单元。划分后的有限元网格模型如图2所示。 安装架结构有限元模型 设置边界条件 安装架结构在使用和环境试验中，采用四个螺栓通过端头的孔与基体固定，所以在模型中把支架与基体连接处固定三个方向的自由度。 模态分析 利用Ansys的模态分析模块对模型进行了模态分析，扩展了模型的五阶模态，其自振频率见表2。 表2 模型的前五阶模态自振频率 模态 1 2 3 4 5 自振频率(Hz) 67.336 103.39 185.34 597.92 613.65 随机振动分析 随机振动分析采用Ansys中谱分析的PSD分析功能，随机振动是以概率理论为基础，分析的输入输出都是具有随机概率特性。它的原理是首先计算模型的每阶