随机振动疲劳分析方法、装置、电子设备和存储介质与流程

本技术涉及产品寿命技术分析领域，具体而言，涉及一种随机振动疲劳分析方法、装置、电子设备和存储介质。

背景技术：

1、振动载荷广泛存在于诸多产品的工作环境中，例如航空设备、列车、舰船、车辆设备等。其中，对于车辆设备，振动疲劳破坏是工程结构中最常见的一种失效形式，在车辆工程等领域普遍存在，产品结构的振动疲劳失效已成为疲劳领域中的一个热点问题。在汽车制造行业中，对于主机厂或汽车零部件厂商而言，在汽车的主要零部件的设计研发过程中，都需要考虑其安全性能。由于路面的不平度，车辆行驶过程中会发生随机振动，零部件结构在随机振动载荷作用下容易出现疲劳破坏，因此，研究随机振动对零部件的疲劳寿命影响具有重要意义。

2、目前获得结构振动疲劳寿命的途径主要有试验和数值仿真两种方法。最初的振动试验大多采用简单的正弦波输入，同时结合雨流法和一定的损伤累积准则对结构振动寿命进行预测。

3、对车载电子设备而言，例如车载激光雷达，在行驶过程中路面对于车载电子设备的振动环境非常严酷，对设备的环境性要求大大提高，相关设备的耐久试验振动量级、试验时间也大幅增加，设备的安全性和可靠性面临极大挑战。机载设备传统分析方式：设计－试验－改进，这种方法周期长、成本高，已无法满足研发效率的要求。因此，急需一种简单有效的方法，能够相对准确地分析出结构的振动疲劳特性，为工程设计人员结构选型提供依据。

技术实现思路

1、本技术的目的包括，例如，提供了一种随机振动疲劳分析方法、装置、电子设备和存储介质，其能够适用于工程上快速判断结构设计的有效性，且为设计人员结构选型提供依据。

2、本技术的实施例可以这样实现：

3、第一方面，本技术提供一种随机振动疲劳分析方法，所述方法包括：

4、构建待分析的目标对象的有限元模型；

5、基于随机路谱创建的随机振动工况下，对所述有限元模型进行有限元仿真，获得所述有限元模型的频响信息；

6、基于所述频响信息及所述目标对象的疲劳寿命曲线，计算得到所述目标对象的疲劳损伤值；

7、根据所述疲劳损伤值判断所述目标对象是否存在疲劳失效。

8、基于第一方面所提供的随机振动疲劳分析方法，通过对目标对象进行有限元仿真，基于疲劳寿命曲线和频响信息进行疲劳损伤分析，适用于工程上快速判断结构设计的有效性，为工程设计人员结构选型提供依据。

9、在可选的实施方式中，所述基于随机路谱创建的随机振动工况下，对所述有限元模型进行有限元仿真的步骤，包括：

10、分别在多个不同的方向上，基于随机路谱创建各所述方向上的随机振动工况，以对所述有限元模型进行对应方向上的有限元仿真。

11、通过从多个不同的方向施加随机振动以对有限元模型进行有限元仿真，可以从多方向进行结构疲劳分析，可以得到更加符合实际场景中结构的疲劳特性。

12、在可选的实施方式中，所述基于所述随机路谱创建各所述方向上的随机振动工况，以对所述有限元模型进行对应方向上的有限元仿真的步骤，包括：

13、针对各所述方向，获得随机路谱中加速度激励谱的频率范围；

14、在所述频率范围内按照预设步长依次产生多个加速度激励，并将各所述加速度激励从所述方向上施加至所述有限元模型以进行有限元仿真。

15、通过基于随机路谱的加速度激励谱，从频域分析角度进行有限元仿真，可以用相对较少的时间获得仿真结果，且避免不收敛的情况出现。

16、在可选的实施方式中，所述基于所述随机路谱创建各所述方向上的随机振动工况，以对所述有限元模型进行对应方向上的有限元仿真的步骤，还包括：

17、在产生的多个加速度激励中不存在所述有限元模型的结构响应的峰值位置对应的加速度激励时，在所述多个加速度激励的基础上增加峰值计算频率；

18、将所述峰值计算频率从对应方向上施加至所述有限元模型。

19、通过增加峰值计算频率并施加至有限元模型进行仿真，可以仿真获得有限元模型结构响应的峰值特性。

20、在可选的实施方式中，所述目标对象通过连接点连接至连接对象上；

21、所述基于所述随机路谱创建各所述方向上的随机振动工况，以对所述有限元模型进行对应方向上的有限元仿真的步骤，还包括：

22、针对各所述连接点，从所述对应方向上施加单位加速度激励至所述连接点以进行有限元仿真。

23、通过对连接点施加单元加速度激励以进行有限元仿真，可对容易出现疲劳失效的连接点进行针对性分析，保障结构设计的有效性。

24、在可选的实施方式中，所述频响信息包括所述有限元模型的基频、最大均方根应力及所述最大均方根应力对应的发生时间；

25、所述基于所述频响信息及所述目标对象的疲劳寿命曲线，计算得到所述目标对象的疲劳损伤值的步骤，包括：

26、基于所述目标对象的疲劳寿命曲线和所述最大均方根应力，计算得到所述目标对象发生疲劳破坏所需的应力循环次数；

27、基于所述基频和所述最大均方根应力对应的发生时间，计算得到所述目标对象实际发生的应力循环次数；

28、根据所述目标对象实际发生的应力循环次数和所述目标对象发生疲劳破坏所需的应力循环次数，计算得到所述目标对象的疲劳损伤值。

29、通过分析目标对象实际发生的应力循环次数和目标对象发生疲劳破坏所需的应力循环次数，可以数值化目标对象的疲劳损伤程度，为目标对象结构优化提供有效依据。

30、在可选的实施方式中，所述最大均方根应力包括多个应力幅值下的最大均方根应力；

31、所述根据所述目标对象实际发生的应力循环次数和所述目标对象发生疲劳破坏所需的应力循环次数，计算得到所述目标对象的疲劳损伤值的步骤，包括：

32、分别得到各个应力幅值下的目标对象实际发生的应力循环次数与所述目标对象发生疲劳破坏所需的应力循环次数之间的比值；

33、将得到的多个比值进行累加，得到所述目标对象的疲劳损伤值。

34、基于正态分布理论的多应力幅值下总的疲劳损伤值计算，可以计算得到更加符合实际场景的疲劳损伤值，计算结果更具鲁棒性。

35、在可选的实施方式中，所述基于所述目标对象的疲劳寿命曲线和所述最大均方根应力，计算得到所述目标对象发生疲劳破坏所需的应力循环次数的步骤，包括：

36、基于所述目标对象的疲劳寿命曲线获得所述目标对象的抗拉强度、在所述抗拉强度下对应的循环次数以及所述疲劳寿命曲线的斜率；

37、根据所述抗拉强度、在所述抗拉强度下对应的循环次数、所述疲劳寿命曲线的斜率以及所述最大均方根应力，计算得到所述目标对象发生疲劳破坏所需的应力循环次数。

38、通过直接基于疲劳寿命曲线所体现的目标对象最大可承受应力情况，以进行目标对象发生疲劳破坏所需的应力循环次数的计算，可获得目标对象本身具有的疲劳特性。

39、在可选的实施方式中，所述根据所述疲劳损伤值判断所述目标对象是否存在疲劳失效的步骤，包括：

40、将所述疲劳损伤值与预设阈值进行比较，若所述疲劳损伤值大于或等于所述预设阈值，则判定所述目标对象存在疲劳失效；

41、若所述疲劳损伤值小于所述预设阈值，则判定所述目标对象不存在疲劳失效。

42、通过将计算得到的疲劳损伤值与预设阈值进行比较，可以实现目标对象是否存在疲劳失效的有效判定。

43、在可选的实施方式中，所述目标对象为激光雷达模组。

44、可以实现激光雷达模组这类容易在随机振动工况下出现疲劳失效的车载电子设备的疲劳分析，进而为工程设计人员对激光雷达模组的优化和结构选型提供依据。

45、第二方面，本技术提供一种随机振动疲劳分析装置，所述装置包括：

46、构建模块，用于构建待分析的目标对象的有限元模型；

47、仿真模块，用于基于随机路谱创建的随机振动工况下，对所述有限元模型进行有限元仿真，获得所述有限元模型的频响信息；

48、计算模块，用于基于所述频响信息及所述目标对象的疲劳寿命曲线，计算得到所述目标对象的疲劳损伤值；

49、判断模块，用于根据所述疲劳损伤值判断所述目标对象是否存在疲劳失效。

50、第二方面提供的装置可以执行第一方面中任一种实现方式所述的方法，此处不在一一赘述。可选的，构建模块、仿真模块、计算模块和判断模块可以分开设置，也可以集成在一个模块中，即处理模块，也可以集成在两个或多个模块中，本技术对于构建模块、仿真模块、计算模块和判断模块的具体实现方式，不做具体限定。

51、此外，第二方面所述的装置的技术效果可以参考第一方面中任一种实现方式所述的方法的技术效果，此处不再赘述。

52、第三方面，本技术提供一种电子设备，包括一个或多个存储介质和一个或多个与存储介质通信的处理器，一个或多个存储介质存储有处理器可执行的机器可执行指令，当电子设备运行时，处理器执行所述机器可执行指令，以执行前述实施方式中任意一项所述的方法。

53、此外，第三方面所述的电子设备的技术效果可以参考第一方面中任一种实现方式所述的方法的技术效果，此处不再赘述。

54、第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令被处理器执行时实现前述实施方式中任意一项所述的方法。

55、此外，第四方面所述的计算机可读存储介质的技术效果可以参考第一方面中任一种实现方式所述的方法的技术效果，此处不再赘述。

56、第五方面，本技术提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括：计算机程序(也可以称为代码，或指令)，当该计算机程序被运行时，使得计算机执行第一方面中的任一种可能的实现方式所述的方法。

57、此外，第五方面所述的计算机程序产品的技术效果可以参考第一方面中任一种实现方式所述的方法的技术效果，此处不再赘述。

58、第六方面，本技术提供一种芯片系统，芯片系统包括：处理器和存储器，该存储器用于存储一个或多个程序；当该一个或多个程序被该处理器执行时，实现第一方面中的任一种可能的实现方式所述的方法。

59、此外，第六方面所述的芯片系统的技术效果可以参考第一方面中任一种实现方式所述的方法的技术效果，此处不再赘述。