ANSYS的随机疲劳分析方法

时间：2026-01-16

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AN SY S的随机疲劳分析方法房永朝 (河北冀电电力工程设计咨询有限公司河北石家庄 002) 5 0 1摘要：随机振动广泛存在于在工程界的各个领域。本文主要介绍了如何利用有限元软件 ANS YS计算结构的随机土劳以及分析方法。关键词：AN Y 随机振动随机支劳 SS中图分类号：T 3 B 5文献标识码：A 文章编号：1 7 - 7 12 0 ) 7 c 0 1 - 1 6 2 3 9 ( 0 9 0 () 0 9 0一

在各工程领域中，振动系统的外载荷或称振源，可以分为确定性的和随机性的两类。一般来说，随机振动产生的主要原因是随机激振，但也有例外，如随机系统

般过程是： 1计算感兴趣应力分量的统计 ( ) M十C x x +K x= FI |、 2 1 平均频率(力速度/应力 2假定 6%的应 ( ) 8时间处于 1 a水平，2 45的时间处于 2 7.%

式中，M,C,K分别为质量、阻尼、刚度矩阵；。分别为节点位移、速度、

o平，4.%的时间处于 3口平 3 水 3 3水 () F f为输入力向量。在式 ( )基于期望(作 ) 1的振动和非线性系统的“沌”特性，即加速度向量； ()混工寿命和统计平均频率，计 ( )使激振是确定性的，系统的响应也是随机中，令 F t=0,得到自由振动方程。在实算 1 o,2 o 3口和水平下的循环次数 4 ()际工程中，阻尼对结构固有频率和振型的的。根据传递函数理论，对于一个常参数基于 s—N曲线计算疲劳寿命使用系数。的线性系统，在多点的输入激励的作用下影响不大，可忽略阻尼力，得到无阻尼自

响应的自功率谱密度函数可按下式计算：

振动方程：一

3结语∞=0 () 3

()∑∑Ⅳ( ( ( ( =厂G -: ) 1 .朋厂/ ) ) )● l , =I

ANSYs的随机振动分析功能十分强大，能够准确有效地研究结构的疲劳累积

设结构做简谐运动 x= s o,代 i t nt损伤问题。其中，G O(=,,是第 i i l…q j 2个输入激入上式，得齐次方程：。。

励和第 J个输入激励之间的互功

率谱宽度

…

函数。当 f时，G ∽ (,,,为第 i f=1 2…q

A,+ Kx= 0

~, 4

参考文献[】刘建伟 .疲劳累积损伤理论发展概述 1 f】山西建筑， 0 8 3 (3: 6 8 J. 2 0, 4 2 ) 7~7 .【】傅志方 . 2振动模态分析与参数识别【】 M . 北京：机械工业出版社， 9 . 1 0 9【】星谷胜 . 3随机振动分析【】北京： M .地震出版社， 9 7 l9.

个输入激励的自功率谱宽度函数。H (是 / )第i个输入激励对计算输出点的频率响应

通过解上述特征方程即可得到结构固有频率和振型。 ANS YS随机振动分析可以获得结构随机振动响应过程的各种统计参数 (:均如疲劳寿命预测理论就可以成功地预测结构

函数。 ./是 H,的共轭函数。日 ) ( ∽

在结构的随机振动响应分析的问题值、均方根和平均频率等 ),根据各种随机上，国内外公司研制了多种以有限元为基

础的分析软件，如 ANs, S 2 0 Ys AP 0 0等。

的随机疲劳寿命。ANSYS的随机振动分析类型包括：直

1疲劳累积损伤理论当材料承受高于疲劳极限的应力时，些些损伤时能积累的，当损伤积累到临界

接频率响应通过求解整个模型的阻尼耦合方程，得出各频率对于外载荷的响应。该外力谱的作用下的响应。结构可以具有粘

每一循环都使材料产生一定量的损伤，这类分析是求结构在一个稳定的周期性正弦值时就发生损坏，这表示发生了随机疲劳性阻尼和结构阻尼，分析得到复位移、速 l,随机疲劳和确定性疲劳分析在理论上度、加速度、约束力、单元力和单元应力。】是相同的。对于恒定应力幅的周期载荷作这些量可以进行正则化获得传递函数。

用下的随机疲劳过程，波动应力的每次循

模态频率响应分析和随机响应分析在。结构矩阵用忽略阻

环都在材料中产生小的变化，产生微小裂频域中解决的 2类问题与直接频率响应分缝，累积损伤不断增多，直到疲劳失效。结析解决的问题相同构疲劳损坏过程分为疲劳裂纹的形成，疲劳裂纹的扩展，瞬时