虚拟振动试验技术(仿真)在产品研发生产中的应用
将产品经历特定的振动环境，可以发现产品的设计制造缺陷，验证产品的振动环境适应性和可靠性，保证产品在振动环境下结构的完整性且性能精度不降低。所以振动环境试验是产品研发和生产阶段不可缺少的必要手段。
振动试验的必要
产品研发阶段的振动试验属于研发试验，目的是在产品研制过程中暴露设计缺陷，为修改设计提供依据。产品生产阶段的振动试验称为鉴定试验，目的是考核产品在预定振动环境下的功能性能是否满足要求。
振动试验是如此必要，所以各行各业都有这方面的行业规范。比如对于民用电工电子行业，可能需要依据GB/T2423标准来执行必要的振动试验。对于汽车行业，可能需要依据EN60068标准来执行必要的振动试验。对于军工行业，可能需要依据GBJ150A标准来执行必要的振动试验。关注运输包装，可能需要依据GB/T4857、ISO8318或ASTMD4728等标准来执行必要的振动试验。
振动试验的成本
进行振动试验肯定离不开振动设备。一台国产额定推力5吨左右的振动台试验系统市场价不低于50万，另外实验室还存在维护成本和试验成本。总之，实际振动试验会产生不菲的成本。
垂直振动台设备（左） 水平振动台设备（右）
当前企业进行振动试验有两种途径，第一种是在厂内振动实验室完成振动试验，第二种是委外完成振动试验。很显然，委外试验花费肯定和试验次数相关，少做试验意味着成本降低。具备规模的企业一般会自有振动实验室，多做振动试验可以充分发挥振动实验室的价值，这听起来是件不错的事情。但根据笔者经历，大部分自有振动实验室面向整个企业的研发生产任务，忙的不可开交，振动试验不是想做就立马能做的，需要排长队，耽搁项目周期。
虚拟振动试验
振动试验必要，振动试验系统资源有限，成本也高。有没有折中的办法，不用振动试验系统，又能完成振动试验。答案就是虚拟振动试验技术，其实质是仿真技术，有限元软件ANSYS Mechanical可以全面的完整这项任务。下表是各种振动试验类型对应的ANSYS分析模块。
振动试验类型 | ANSYS分析模块 |
扫频或定频试验 |  |
随机振动试验 |
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冲击响应谱振动试验 |
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经典冲击试验 |
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瞬态冲击试验 |
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时域振动试验 |
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案例演示
4.1几何模型
某电子产品的几何模型如下图所示。
4.2正交各向异性材料设置
已知PCB为正交各向异性材料，在Engineering Data里设置材料参数，在Mechanical中指定材料方向。
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指定材料方向的操作方法：
4.3 固定约束
固定约束PCB上的三个安装孔。
4.4 扫频振动试验
设扫频振动试验条件为：扫频范围为5-2000Hz，对数扫频。
应力和位移结果如下图所示。
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4.5 随机振动试验
设随机振动试验条件如下。
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应力和位移结果如下图所示。
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4.6 冲击响应谱振动试验
设冲击响应谱振动试验条件如下。
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应力和位移结果如下图所示。
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4.7 经典冲击试验
设经典冲击试验条件为：锯齿波，峰值为20g，持时为11ms。
应力和位移结果如下图所示。
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4.8 瞬态冲击试验
设瞬态冲击试验条件如下。
应力和位移结果如下图所示。
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4.9 时域振动试验
设时域振动试验条件如下。
应力和位移结果如下图所示。
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总结
除了试验资源有限和试验成本高昂之外，传统的振动试验必须要等产品制造出来之后才能开展试验。使用虚拟振动试验技术(仿真技术)可以在设计阶段完成产品的振动环境适应性和可靠性研究，提前预知产品缺陷，加速研发流程，提高产品可靠性。并且虚拟振动试验技术还可以用于产品失效分析，探索试验过程中或者现实服役过程中失效件的失效原因。
当然，虚拟振动试验技术不能完全取代传统振动试验。但用好虚拟振动试验技术无疑会减少产品研发生产过程中传统振动试验的次数，加快研发流程和降低研发成本，必然是未来的趋势。
