从四个角度说明，为什么准确仿真振动应力是很难的！

    通用振动分析可以大致分为模态分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析和瞬态分析(隐式)。

    模态分析不研究结构的振动响应，只研究结构自身的振动特性。谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析和瞬态分析(隐式)属于振动响应分析。

    昨天有学员问我们，怎么根据动力学仿真结果对产品进行评估，这是一个好问题。因为目前很多仿真课程就是做做案例，展示仿真效果和流程，很少能讲清楚如何将仿真结果用于产品评估。

    就强度评估来说，结构动力学强度评估和静力学的强度评估，既有相同，也有不同。相同之处在于，它们的最终评估规则都是仿真应力要小于许用应力。不同之处在于，准确仿真结构振动应力的难度一般远远超过静力仿真。那为什么振动应力的准确仿真如此之难呢？笔者可以从四个角度来阐述，它们分别是：线性度、高频、阻尼、激励。

    无论是静力学分析还是动力学分析，实际结构都是非线性的。

    模态分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析只支持线性分析，所以对于非线性程度高的结构来说，这些仿真类型本身就存在困难。

    瞬态分析(隐式)虽然支持非线性，但实践经验表明，考虑非线性的振动响应分析的准确度更难以把握。

    就目前来说，对于线性度高的结构，振动仿真分析才有一定的参考价值和应用空间。

    仿真分析中的高频结果对仿真建模细节非常敏感。有限元分析中常规的去除倒角、填充小孔等操作、以及连接刚度的细微差异，对静力学分析一般不会造成很大误差而能接受，但对振动分析的高频振动部分影响是很大的。

    如果分析者关注结构振动的高频部分，那么仿真建模的规则需要重新研究，不能直接应用静力学建模的那一套经验。虽然大部分情况下，结构振动应力主要由低阶振动引起，但无法获得高频部分的准确结果，对总的振动应力仿真精度肯定也会存在一定影响。

    阻尼的理论模型非常复杂，充满吸引力；实际结构的阻尼分布和特点也非常复杂，让人向往。所以很多分析人员在做振动分析的时候，对阻尼都给与了过多的注意力。

    笔者的观点恰恰相反！笔者认为，阻尼就是因为复杂所以不需要过多关注。笔者的观点和仿真软件是一致的。第一，仿真软件提供的阻尼模型非常有限和简单，仿真软件对阻尼的考虑不以理论模型作为重点，其实更多是出于计算方便；第二，实际结构的阻尼分布和大小难于准确获得，通过试验也只能把握住单位周期的耗能等效，所以即便仿真软件提供更多的阻尼模型，参数也难以合理设置。

    虽然阻尼如此之复杂，仿真软件提供的设置方法如此之简单。但不得不提的是，在共振频率附近，结构的振动响应对阻尼是非常敏感的。通过一根简支梁谐响应分析即可表明。

    简支梁，无阻尼模态分析，第一阶弯曲模态。

    无阻尼谐响应分析，位移频响曲线。

    结构阻尼系数为0.01，位移频响曲线。

    结构阻尼系数为0.02，位移频响曲线。

    结构阻尼系数为0.03，位移频响曲线。

    汇总各阻尼下的共振位移幅值。可以看出在小阻尼下，共振幅值对阻尼是非常敏感的。

    由此可见，在缺乏结构的等效阻尼数据情况下(大部分情况下是缺乏的)，分析者想获得准确的振动应力是很难的，尤其是获得发生共振情况下的振动应力，更难。

    相比静力学分析，振动分析的动态载荷一般难以获得，并且复杂很多。

    比如，谐响应分析用于研究结构在简谐激励下的振动响应，非常适用于激励源是旋转设备的场景(因为旋转设备引起的振动激励主要为简谐激励)。但事实没那么简单，拿电机来说，激振力不仅包含了转频，还包含倍频，以及一些电磁频率。如果仅仅只研究转频激励的振动响应，对总的振动应力仿真精度肯定会存在一定影响。

    还比如，随机振动分析用于结构在随机振动下的振动响应，分析者输入标准PSD谱和结构实际经历的随机振动必然是不一样。既然PSD谱有误差，那么准确获得振动应力也是不可能的。

    总结上文的主要结论：

    1）在振动分析中考虑非线性效应，难度很大；

    2）在振动分析中考虑高频振动，难度很大。

    3）结构的阻尼难以准确了解，影响振动分析结果；

    3）振动的激励难以准确了解，影响振动分析结果；

    虽然准确仿真振动应力是很难的，但是这不表明我们不用做振动分析。笔者认为，振动分析应该以频率、振型、主要激励、低阶振动、定性分析、趋势分析为研究目的，虽然不能或者无法获得准确的振动应力及其它振动响应，但在工程层面来说，把握住问题的主要规律往往就能解决问题，顺利的完成产品动力学评估。

来源：华仿CAE