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客车在运行过程中，当它们承受的应力水平较高达到一定工作时间后，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，预测结构的随机疲劳寿命非常有必要。由于车辆的真实行使工况千变万化，实际工况的准确确定几乎是不可能的。目前只能根据统计典型工况来确定，随机振动分析是结构对随机动力载荷响应的概论统计。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，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，随机振动分析采用模态叠加法。
1 有限元模型
线槽结构的模型，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。本部件有限元模型采用高精度的四边形和少量的三角形单元进行网格离散。19个梁单元，壳单元用Shell181单元，粱单元用beam188单元，有限元模型如图1所示。
由于线槽和U型粱、线槽和底架横梁紧固连接，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，即线槽和U型粱用刚性单元连接，线槽和底架横梁用粱单元连接。
2 工况计算
线槽材料为6063-T5，密度2.7×106Kg/m3，弹性模量69GPa，泊松比0.33。执行IEC 61373-2010标准进行仿真运算，功率谱密度曲线如图2所示。
当质量＜500kg时，f1=5Hz，f2=150Hz；
当质量＞500kg＜1250kg时，f1=(1250/质量)×2Hz，f2=(1250/质量)×60Hz；
当质量＞1250kg时，f1=2Hz，f2=60Hz；
3 ANSYS后处理分析结果
本文进行线槽结构带有约束的模态分析，取其固有频率在160Hz以内的模态。通过计算得出，共有5阶模态的固有频率在0Hz~160Hz范围内。进行模态分析主要是了解模型的动态特性，得到它在PSD载荷谱所覆盖的频带内每一阶的固有频率。为下一步的频率响应分析做准备，图3为模态分析云图，图4为应力分析云图。
3.1 随机振动分析结果
每次随机振动循环都对累积损伤均具有贡献，当总的累积损伤达到100%时就表示发生了失效，随着应力循环次数的不断增加，累积损伤也不断增多，直至发生失效。对于恒定应力幅，疲劳失效允许的循环次数是按材料的疲劳(S-N)曲线进行确定。一般工程材料的S-N曲线是对数S-N曲线，在坐标图上近似为一条直线，近似的数学公式为：
式中N为应力幅对应的最大循环次数；S为应力幅；b为对于大多数材料为5~20的常数；C为取决于材料的常数。
如果应力幅的循环次数消耗了材料疲劳寿命的n/N部分，没有达到对应的许可次数Ni，那么产生的累积损伤为：
当D=1时，表示疲劳寿命已经耗尽，预测发生了疲劳破坏。
基于高斯分布的三区间法，它表示：
68.3%的时间应力值在-1σ~+1σ之间；
95.4%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，材料总体损伤的计算式为：
根据国际焊接学会标准IIW-2008如图5所示，查得材料6063-T5在相应应力下的振动次数为：
应力1σ=26.2774MPa时，N1σ=1.70×108
应力2σ=52.5548MPa时，N2σ=1.72×106
应力3σ=78.8332MPa时，N3σ=5.11×105
根据标准分析结果第三工况及第四工况可以得到线槽振动的平均频率为155.9Hz，则线槽满足振动5小时的标准规定时间损伤值为：
计算结果表明，按照标准IEC 61373-2010中规定的功率谱密度施加激励，线槽强度满足标准要求。
4 总结
本文用ANSYS软件对线槽结构的随机振动响应特性进行了分析，对于工程实际中部件结构的随机振动分析具有重要的参考价值，可以使工程设计人员在设计阶段考虑得更加深入，以期提高结构的抗振性能和使用寿命。
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