基于MSC.Fatigue的电子设备随机振动疲劳分析（Drink法）.docxVIP

第38卷?第4期航空计算技术Vol.38No.4

2008年7月AeronauticalComputingTechniqueJuly.2008

基于MSC.Fatigue的电子设备随机振动疲劳分析

郭建平,任?康,杨?龙,南?雁

(中国航空计算技术研究所,陕西西安710068)

摘?要:针对机载电子设备随机振动问题,研究利用数字仿真技术预测结构随机振动疲劳寿命的方

法。以某机载电子设备结构为研究对象,根据随机振动理论和有限单元法,采用MSC.Fatigue软件

进行随机振动疲劳分析,计算疲劳寿命大小及分布。通过把计算结果与试验结果进行对比,证明利

用随机振动疲劳分析方法预测此类产品的疲劳寿命是可行的。

关键词:随机振动;疲劳寿命;功率谱密度;S-N曲线

中图分类号:O346????文献标识码:A????文章编号:1671-654X(2008)04-0048-03

元模型进行计算模型数,得到在引言

随机载荷下各种结构的疲劳寿命评估,一直是工

程上所关心的问题[1-3]。近年来,随着数字化仿真技

[1-3]。近年来,随着数字化仿真技

术不断发展,各种新的计算方法也不断在产品中得到

应用。,借助技术设计人员可以在

产品设计过程中命,根据疲劳寿命分布图

直观地判断出设备小及快速判

断设计方案疲劳性能优劣。同时还可避免反复多次试

验,,,降低资源消耗缩短开发周期提高产品市场竞争

力。

某机载电子设备框架在试验过程中出现裂纹。本

文利用随机振动疲劳分析方法,应用有限单元法和随

下模型在;

然后再根据数曲线等计算模

型的。

机振动理论,在计算机工作平台中完成该结构件的疲

图1?随机振动分析流程劳寿命预测。并根据计算结果和实际设计情况提出相

应的改进方案,实践证明改进方案的合理性。

1.2?材料S-N曲线估计

1?随机振动疲劳分析理论

在随机振动疲劳分析过程中需要输入材料的应力

-寿命曲线即S-N曲线。该曲线是在控制应力的条

1.1?随机振动及其疲劳分析流程

件下得到的破坏寿命与应力幅值之间关系的折线段,对于一个振动系统,它的输入又称振源或激励,系

其对于估算零件的疲劳寿命是至关重要的。在MSC.

统所产生的振动也称为对这个输入的响应。当响应是

Fatigue软件中,可以根据的

随机的,这种振动称为随机振动[4]。随机振动是不能

[4]。随机振动是不能

。估计S-N曲线时,应力轴的截距范围

用时间的确定性函数来描述的一种振动现象,但是从

到材料的断裂应力值,应力值限制在1000次循环,疲

总体上看,这种振动现象存在着一定统计规律性,可用

劳极限则根据不同系数确定[5]。

[5]。

该现象的统计特性进行描述,也就是在频率范围内描

1.3?Miner累积损伤理论

述。在通常情况下,描述随机振动载荷或响应的方式

随机振动疲劳分析采用的是Miner累积损伤理

是功率谱密度函数。

随机振动疲劳分析一般分两步进行。首先对有限

论。Miner做了如下假设[6-7]:试样所吸收的能量达到

[6-7]:试样所吸收的能量达到

极限值时产生疲劳破坏。从这一假设出发,如破坏前

?收稿日期:2008-01-17???修订日期:2008-02-02

?作者简介:郭建平(1981-),男,四川西充人,助理工程师,硕士,研究方向为电子设备结构强度和疲劳分析。

2008年7月郭建平等:基于MSC.Fatigue的电子设备随机振动疲劳分析??·???·

49

可吸收的能量极限值为W,试样破坏前的总循环为N,在MSC.Fatigue软件中根据

在某一循环数n1时试样吸收的能量为W1,则由于试估计材料的,如图3所示。

样吸收的能量与其循环数间存在着正比关系,因此有根据产品设计要求,在试验台上施加如表2所示

W

1

W

n

1

=

N

的分别对框架进行X,Y和

Z这3个方向的随机振动激励,在每个方向激励下,要

因此,若试样的加载历史由σ1,σ2,…,σl这样的l

求框不得出现疲劳破坏。

个不同的应力水平构成,各应力水平下的疲劳寿命依

次为N1,N2,…,Nl,各应力水平下的循环次数依次为

n,n,…,n,

则损伤

12l

表2?随机振动功率谱密度

l

D=∑ni/Ni=1

i=1

时,试样吸收