HyperWorks仿真：随机振动实例精讲(一）

1. 随机振动简介

关于随机振动，网上相关的资料比较多，这里就不再介绍了。可以看下如何理解随机振动的功率谱密度。这里补充一点:

利用OptiStruct 分析结构在随机振动的作用下发生的响应，其结果与随机振动一样都是符合正态分布的。这是因为正态分布满足线性叠加性，而且在OptiStruct分析结构振动过程中未涉及到非线性部分。

当我们求出随机响应应力结果后，需要分析在多大概率下结构是安全的，可参考下图，按照正态分布来确定结构可靠程度。一般按照3σ的原则确定最大应力。

2. 一个简单实例——四边简支板 的随机振动分析

以一个四边简支平板为例，说明下如何利用OptiStruct进行随机振动分析。

平板的尺寸为1000mm x 500mm，厚度为10mm，材料弹性模量210GPa，密度为7.85e-9 ton/mm3，泊松比为0.3。

平板四边简支，随机振动的输入按照电池包随机振动的国标输入。

随机振动分析步骤如下：

1. 创建平板模型

>打开Hypermesh ，选择Optistruct模块

>Geom面板下选择nodes，选择xyz，依次输入平板单元4个角点坐标并创建节点

>在2D面板下选择edit element(或按F6快捷键)，选择quad，依次选择4个角点，点击Creat

>按F12进入automesh，选择elems，单元尺寸定为20，选择平板单元，点击mesh

>点击保存，将文件保存在指定的路径下。

2. 模型属性，边界条件的创建

边界条件的创建：

>在左侧空白处右键单击，选择creat，点击load collector，重命名为spc

>在analysis面板下，点击constrains，选择网格的四条边上节点(可以按shift+左键选取，或者利用nodes by path)

>勾选dof1、2、3，其值为零，点击creat

>点击保存

材料、属性的创建：

>在左侧空白处右键单击，选择Creat，点击material，在弹性模量E、泊松比NU、密度RHO栏分别输入材料参数

>在左侧空白处右键单击，选择Creat，点击property

>card image为PSHELL(表明单元类型为壳单元)，material处选择上一步创建的材料，在厚度T处填入10

>点击创建的单元Component，在Property处选择创建的属性(可以看到，材料和属性都与单元关联起来了)

>点击保存。

3. 随机振动分析

在进行随机振动分析时，需要先对模型进行模态分析和单位频响分析 。这是为了得到模型的模态振型和传递函数。

3.1 模态分析设置

在左侧空白处右键单击，选择Creat，点击load collector，重命名为eigrl

> card image选择EIGRL，V2处填1000(表明模态分析最高阶模态计算到1000Hz)

> 在左侧空白处单击，选择Creat，点击load step，重命名为normal modes

>analysis type 选择normal modes，SPC选择创建的spc，method(struct)选择eigrl，在label处打勾，填入normal modes

>保存模型

3.2 单位频响分析

创建单位载荷曲线：

>在左侧空白处右键单击，选择Creat，点击Curve

>出现curve editor，点击new，输入名称unit_load_curve，点击proceed，在表格处输入(0，1)和（1000，1），点击update

>将card image改为tabled1

>保存模型

创建单位加速度载荷：

>在左侧空白处右键单击，选择Creat，点击load collector，重命名为spcd

>在analysis面板下点击constrains，load type选择spcd，勾选dof3，其值为1，选择模型4条边上的节点，点击Creat。

创建单位激励：

>在左侧空白处右键单击，选择Creat，点击load collector，重命名为rload2

>将card image 选为rload2，EXCITEID选择SPCD，TB选择unit_load_curve，Type选择Acce

>保存模型。

创建分析频率:

>左侧空白处右键单击，选择Creat，点击load collector，重命名为freq1

>Card image选择freqi，勾选freq1，F1填入10，DF填入10，NDF输入99（表明每隔10Hz计算一个结果，直到1000Hz）

>点击保存。

创建模态阻尼：

>在左侧空白处右键单击，选择Creat，点击Curve，选择New，输入名称tabdmp1，点击proceed>在表格处填入(0，0.02)，（1000，0.02），点击update

>Card image选择tabdmp1

>保存模型

创建频响分析步：

>在左侧空白处右键单击，选择Creat，点击load step,重命名为unit_load_freq

>analysis type 处选择freq.resp(modal)，spc选择创建的spc，Dload处选择rload2，method（struct）处选择eigrl，freq选择freq1，sdamping(struct)处选择tabdmp1

>label处打勾，填入unit_load_freq，保存模型。

3.3 随机振动设置

>在左侧空白处右键单击，选择Creat，点击Curve，点击new，输入名称PSDZ，点击Proceed

>在表格中输入z向自功率谱密度，近似取g=10m/s2，所以将各个值乘以 $10^{8}$10^{8} ，如下图所示填入表格中。点击update

>card image 选择tabrnd1，xaxis和yaxis都设置为log，保存模型。

创建随机激励功率谱randps矩阵：

>在左侧空白处右键单击，选择Creat，点击load collector，重命名为randps

>card image选择randps，J和K选项选择单位频响工况，将x设为1，TID选择psdz。保存模型

创建随机振动分析步：

>在左侧空白处右键单击，选择Creat，点击load step，重命名为randomz

>analysis type选为random，random选择randps，在label处打勾，填入randomz，保存模型。

4. 输出设置

>在左侧空白处右键单击，选择Creat，点击param

>勾选autospc，V1选择no; 勾选effmass，effmas选择yes

>在左侧空白处右键单击，选择Creat，点击output

>在Global_output_reques中选择想要输出的结果，如加速度(acceleration)、位移（displacement）、应力（stress）、应变（strain）等，在Format处选择H3D，在random处点击PSDF;

按Ctrl+F，在右上角搜索框输入output，点击output

>在output中将keyword选择html，option选择no（选择不输出html格式文件）

>保存文件。

5. 查看结果

>将文件导出为fem格式文件，在optistruct中打开，点击run进行计算,计算完成后点击result，在hyperview中查看结果。

>先点击set transient animation mode，让模型运行一遍，然后在左上角选择subcase3（randomz）,选择RMS over frequencies

>点击contour，选择RMS element stress(2D)，选择segalmen von mises stress（Z1）

>components选择displaysed，average method选择simple，点击apply，结果如下图所示。

还需要切换到segalmen von mises stress（Z2）查看应力，两者较大的作为最大应力。

查看最大值和最小值：

点击measure, 勾选dynamic mixmax result, 会显示最大最小值的位置及大小。

后处理还有不少功能，因为本篇着重在介绍随机振动设置和求解，所以这里只对后处理做一个简单介绍，后面计划写一个专题来介绍后处理的功能。