仿真流程专题----随机振动分析_随机振动仿真分析

本篇专题，将以wb软件为例，介绍随机振动分析的仿真流程。

一、随机振动分析的介绍

随机振动是指所受激励载荷本身不确定（载荷随时间变化规律曲线没有）。随机振动分析可以简化理解为：(模态)谱密度分析→(本篇文章专指随机振动)谱分析技术的特定情况。整体思路还可以理解为输入和输出两大部分。其中，输入部分为：输入频谱→功率谱密度函数（PSD）→随机载荷时间历程的统计响应。输出的部分为：输出→响应的概率统计。

另外，随机振动分析与响应谱分析流程大体相同，都是在模态的基础上进行仿真分析。同样的随机振动结果精度与模态结果有很大关系。模态分析和响应谱分析流程本篇文章不再赘述，有兴趣的读者可以翻阅“仿真流程专题----模态分析仿真流程”、“仿真流程专题----响应谱分析仿真流程”文章进行了解。

二、随机振动的流程分析

随机振动分析的流程总体可以简单归纳为“三大步三小步”。其中三大步为：前处理、求解和后处理。三小步是在三大步基础上继续进行划分得出的。其中前处理的三小步为：几何模型系统构建、材料模型系统构建、有限元系统模型构建。求解的三小步为：位移边界条件、载荷边界条件、求解设定。后处理的三小步为：结果趋势判定、结果量级判定、结果误差分析。总结绘制成的思维导图如下：

接下来的内容，将按照上述思路进行讲解。

随机振动分析可以类比响应谱分析技术。通常需要用到随机振动分析的例子有很多方面。比如，在汽车领域，校验汽车在道路行驶时，会运用到路谱，此时需要进行随机振动分析。在航空航天领域，火箭发射时外界环境复杂，使得载荷不确定时，需要进行随机振动分析。

在模态分析中已经完成本身对应的仿真流程，并得出计算评估结果。随机振动分析继承模态的模型、材料、网格和计算结果。另外，在wb中可以直接将随机振动分析流程创建完成。快捷创建如下图所示：

这里简单描述模态的参数设置。模型还是以单柱方桌为模型，固定底部4个孔，模态阶数为20阶，材料为steel。下图展示为模态形变的计算结果：

三、wb软件的随机振动分析流程

3.1前处理

前处理的流程已在模态分析中完成，随机振动分析直接继承过来。具体如下图所示：

需要注意的是：模态分析中，需要查看结果的参与率。建议数值0.9以上，实体振动参与率90%以上。(涉及误差分析)查看操作图如下所示：

3.2求解

3.2.1位移边界条件

添加“RS Velocity”，设置1[(mm/s)²/Hz]的参数。频率范围最大设置为4000。最大值的选取参考模态的最大频率3899.9Hz。如下图所示：

3.2.2求解设定

求解类型均采用默认设置。其中步长设置重要参数介绍有：Exclude Insignificant Modes 是否排除非显著模态(保证模型精度，通常选择否)；Keep Modal Results 模态结果，通常设置参数有计算速度和加速度；Stiffiness Coefficient，阻尼选项。关键参数如下图所示：

3.3后处理

3.1结果趋势判定

结算得出结果后，对伪色图的结果进行判定。判断伪色图分布趋势是否符合力学原理。

3.2结果量级判定

在判定结果趋势正确后，需要查看伪色图分布的量级是否正确。其中量级包括材料的量级、载荷施加的量级、计算结果的量级等方面。

3.3结果误差分析

误差分析可以主要分为模型误差、网格误差两部分。模型误差包括孔、圆角、倒角等特征造成的误差。网格误差包括：网格层数不够造成误差、网格形状存在尖角造成的应力奇异误差。仿真结果需要进行判定结果是否为软件计算造成的误差。

结算结果如下图所示：

需要注意的是：随机振动的结果，在工程上一般采用3σ范围，进行结果分析。

以上介绍为模态分析全部流程，其他流程内容，可以关注微信公众号：芝士仿真

后续会持续更新。