随机振动响应下空间相机支撑结构设计与试验

针对某高分辨率空间相机结构随机振动加速度响应大的问题,对空间相机支撑结构进行了优化设计。(1)建立了基于随机振动响应分析的数学模型,推导了随机振动均方根响应表达式;(2)基于三点定位原理和双脚架柔性结构原理设计了相机支撑结构,以相机安装点RMS值最小为目标,基频作为约束,建立了相机支撑结构随机响应优化模型,对支撑结构柔性环节位置进行了尺寸优化设计,采用MSC.PatranNastran有限元分析软件对优化处理后的支撑结构进行了工程分析,相机安装点随机响应RMS值最大19.6 grms;(3)对相机支撑结构进行了随机振动试试验。结果显示:有限元分析结果与试验测量数据符合的较好,最大相对误差为8.2%,所设计的空间相机支撑结构满足空间相机使用要求,验证了所采用优化方法的可行性。     

大孔径反射镜组件随机振动响应分析与试验

大孔径反射镜的柔性支撑在随机振动试验中应力响应较大,可能产生残余应变进而导致空间光学遥感器成像质量下降,因此,对大孔径反射镜组件进行随机振动响应分析尤为必要。阐述了随机振动分析的基本原理及其有限元实现。建立了反射镜组件的有限元模型,对其进行了随机振动响应分析,得出了反射镜的加速度均方根响应和柔性支撑的均值应力响应。分析结果表明：反射镜加速度响应均方根为16.3Grms;柔性支撑的均值应力响应为34.9MPa。随后进行了随机振动试验验证,结果表明：反射镜组件均方根加速度响应为16.0Grms;均值应力响应为30.3MPa。均方根加速度响应分析误差为1.8%,均值应力分析误差为13.2%,满足精度要求,验证了该方法的正确性。     

大口径透镜多点柔性支撑结构设计与分析

透镜面形精度是影响透射式光学系统性能的主要因素之一,支撑结构、自重和热载荷是引起透镜面形发生变化的三个主要原因。为了实现大口径透镜(Φ>200 mm)的高面形精度,本文设计了一种新的基于多点柔性支撑的透镜支撑结构,通过有限元分析,给出该柔性支撑结构下自重和热载荷对透镜面形的影响。分析结果表明：重力作用下透镜上、下表面面形RMS值分别为6.78 nm和3.46 nm;热载荷作用下透镜上、下表面面形RMS值分别为8.30 nm和5.57 nm。由此得出,本文设计的多点柔性支撑结构可以有效减少自重和热载荷对大口径镜面面形的影响,满足透射式光学系统对透镜面形的精度要求(RMS<λ/50,λ=632.8 nm)。     

长条形SiC空间反射镜轻量化结构优化设计

在保证空间光学遥感相机反射镜结构刚度、面形精度的同时,最大限度的降低反射镜质量,成为各国新兴的、重要的研究课题。本文从材料、支撑形式、相关几何参数以及轻量化结构形式等方面对反射镜进行详细设计。提出了通过拓扑优化确定反射镜背部轻量化形式的方案。采用有限元分析法对获得的优化结果进行分析。分析结果表明：重力载荷下面形精度达到 λ/10 PV,λ/50 RMS (λ=632.8 nm),PV值 7 nm,RMS值 1.68 nm,反射镜组件一阶固有频率 256 Hz,均优于传统结构形式的反射镜,能够满足应用要求。     

低温贮箱新型绝热支撑结构随机振动模拟分析

航天器在火箭发射过程中会经历严酷的随机振动环境,支撑结构作为航天器的关键承载部件,其强度和刚度能否满足要求显得十分重要。运用有限元分析软件ansys对低温贮箱的绝热支撑结构进行了随机振动的模拟分析,得出了支撑结构在随机激励载荷作用下的响应,响应结果表明,支撑结构的强度和刚度满足使用要求。。     

针对温度影响的空间反射镜局部面形优化

对于采用背部支撑的空间相机反射镜,温度变化会造成其支撑孔附近的局部面形精度降低,形成局部环形缺陷,从而影响光学系统中对应视场的成像质量。为了提高反射镜的温度适应性,通过增加支撑结构的柔性,降低局部连接刚度的方法,优化设计出一种柔性结构。对反射镜组件进行仿真分析,结果表明,在反射镜组件温度降低4℃的情况下,优化结构后的反射镜的中间支撑孔附近的局部视场面形的PV=4.9 nm,RMS=1.0 nm,与优化前(PV=16.6 nm,RMS=3.5 nm)相比,精度提高了3倍;全局视场面形的PV=16.3 nm,RMS=3.2 nm,相比优化前(PV=30.2 nm,RMS=5.2 nm),精度也得到提高;反射镜组件在优化前的1阶基频为191 Hz,优化后的1阶基频为183HZ,数据基本保持不变;反射镜在重力作用各工况下,优化结构前后的全局视场面形的PV值和RMS值基本保持不变。说明新的柔性支撑结构在保证了反射镜动、静态刚度的前提下,提高了反射镜的温度适应性,降低了温度变化对反射镜支撑孔附近局部面形精度的影响,提高了光学系统局部视场下的成像质量,达到了提高全视场下成像质量的目的。     

大口径主反射镜支撑结构设计

大口径空间反射镜支撑技术是空间相机研制中的关键技术之一.从保证反射镜组件刚度、强度和热尺寸稳定性的角度出发,对某型卡塞格林系统中980 mm口径主反射镜支撑结构进行了设计.提出采用背部六点支撑,三点为主另外三点为辅的支撑方案,通过在支撑结构中设置柔性环节,从而解决了大口径主反射镜在自重作用下面形精度满足要求而在温变栽荷作用下面形精度严重超差的问题.利用有限元分析软件进行了主镜组件的静、动态刚度及热尺寸稳定性分析,并在分析的基础上对支撑结构中的柔性环节结构参数进行修正,在保证支撑刚度的同时降低了重力、装配应力和热应力对面形精度的影响.分析和试验结果表明,主镜在重力和4℃均匀温升载荷下面形精度达到PV<λ/10,RMS相似文献   

一种采用凯夫拉纤维的低温容器支撑结构分析

针对某航天用小型杜瓦支撑结构的高强度和低漏热要求,采用了具有超高强度同时具有超低热导率且密度小的凯夫拉纤维作为支撑材料,对其合股纤维进行了力学拉伸实验,在此基础上,对所设计的支撑结构建立了计算模型。采用Ansys软件对支撑结构进行了模态、谐响应和随机振动的分析,结果表明,结构的最低固有频率为248.5 Hz,在低频简谐激励下位移可忽略不计,在随机载荷下3-σ最大应力值小于材料的强度极限,支撑结构性能优异。     

机载光电成像设备减振系统仿真及试验

一般的载机都存在宽频带、大幅值的随机振动，为保证设备安全及设备的成像质量，需要对设备加装减振系统。在对减振系统进行理论分析的基础上，针对光电成像设备的具体结构特点，结合载机的挂装空间位置要求，设计八点支撑的减振系统，对该减振系统进行仿真分析，并结合具体的设备进行试验测试。结果表明仿真分析和试验测试的谐振点频率值、最大振动传递率差异在2.5 %～4.5 %之内，且二者设备响应曲线走势基本一致，证明该减振系统的仿真分析方法是合理可行的。     

基于响应面-遗传算法的CSP焊点随机振动应力与回波损耗双目标优化设计

建立了芯片尺寸封装(Chip Scale Package,CSP)焊点有限元分析模型和电磁仿真模型,选取焊点直径、焊点高度和焊盘直径作为设计变量,以CSP焊点随机振动应力和回波损耗为目标值,设计17组焊点形态参数水平组合并建模进行仿真计算,采用响应曲面法对17组组合应力值、回波损耗值与CSP焊点形态参数间关系进行拟合,结合遗传算法对拟合函数进行优化设计,得到CSP焊点随机振动应力值和回波损耗值同时降低参数水平组合,并通过回波损耗测试实验对优化结果进行了验证。结果表明:优化后CSP焊点最大等效应力下降11%的同时回波损耗降低了2.78%,回波损耗实测试验验证了优化结果的正确性。     

大型离轴空间相机桁架支撑结构的设计

设计了一种18杆空间相机桁架式主支撑结构,解决了大型离轴三反空间相机主支撑结构要求同时具备轻质、高刚度、高强度和高热尺寸稳定性的难题。分析了采用整体框架结构及桁架支撑结构作为离轴三反空间相机主支撑结构的优缺点,根据光学系统及相机整体结构尺寸特点,确定了桁架支撑方案。分析对比了单层6杆桁架结构和双层18杆桁架结构的动静态刚度。合理选取了桁架式主支撑结构的材料,分析了对支杆基频的影响因素,优化设计了支杆的结构参数,分析了18杆桁架支撑结构的力、热特性,并对支杆与杆接头的胶粘结强度进行了试验测试。有限元分析结果表明,相机桁架主支撑结构一阶固有频率为78.4 Hz,次镜在X向重力作用下绕Y轴的最大倾角为4.6″,动静态刚度均满足设计指标要求。碳纤支杆拉伸试验结果表明,胶粘结支杆的抗拉强度为5.85 MPa,满足强度要求。     

救护直升机机载急救单元随机振动分析

为了解某救护直升机机载综合急救单元随机振动响应特性,针对载机平台振动特点,将载机宽带随机叠加正弦振动激励谱转换为ANSYS软件可用的纯随机振动谱,在ANSYS软件中建立了机载综合急救单元有限元模型,通过模态分析,获取了机载综合急救单元固有频率和振型。在此基础上施加转换后的载机振动谱并进行随机振动分析,得到了机载综合急救单元不同部位在激励频带范围内的动力响应及危险频率点,并对单元结构动强度进行了校核。仿真分析结果可为机载综合急救单元的抗减振设计提供参考依据。     

某新型导弹包装箱动力学特性分析

目的 研究某新型结构导弹包装箱的动力学特性。方法 利用有限元分析方法对导弹包装箱进行模态分析和随机振动分析。结果 得到了导弹包装箱的固有频率和振型,以及结构在随机载荷作用下的动力学响应结果,导弹包装箱的前6阶固有频率分布在13~44 Hz范围内,在随机载荷的作用下,导弹包装箱3个方向的最大应力分别为97.6,149.3,151.1 MPa。根据导弹包装箱的动响应结果确定了箱体在随机振动环境下的危险部位。结论 在路面随机载荷作用下,箱体的整体结构满足设计要求,为导弹包装系统的设计和校核提供了依据。     

复合环境激励下的声振耦合分析

基于有限元和边界元理论,建立了仪器舱典型结构的耦合模型,分析了声振耦合对结构响应的影响。当典型结构经受随机振动+混响声场复合环境激励时,采用随机分析的原理,用谱分析的分析方法定性的分析结构的动力响应情况,推导了节点响应谱密度的计算公式,解决了Sysnoise软件同时对声振复合环境进行数值模拟的问题。仿真结果表明：声振耦合影响结构的响应,且在各频率上影响程度不同,在低频时较弱,相当于附加阻尼的效果,随着频率的升高,耦合程度随之加强,改变了结构的响应分布;对声振复合环境数值模拟,在低频部分,随机振动激起的响应占主要部分,随着频率的升高,混响声场激起的响应占主要部分,混响声场激起的模态数也要多于随机振动激起来的。     

分析天平包装件随机振动仿真分析及优化设计

将有限元分析方法应用于分析天平包装件的模态分析和随机振动的加速度PSD分析,以获得应力分布云图和加速度功率谱密度响应曲线;对缓冲衬垫进行多目标优化设计以获得低成本高性能的缓冲结构。在Solidworks中建立有限元模型,用Ansys Workbench进行动力学仿真,分析包装件运输过程中的变形和振动情况,找出缓冲衬垫的薄弱点,以响应加速度、最大变形量和包装件质量为目标函数对分析天平缓冲衬垫进行响应曲面优化设计。经过响应曲面优化分析,优化值与初始值相比,包装件各项性能得到了提升。通过对分析天平包装件的仿真分析和优化设计,可以对缓冲衬垫结构尺寸进行改进,降低产品运输途中的破损率,并实现缓冲结构轻量化。     

某结构件的随机振动疲劳分析

为了对某机载产品进行结构疲劳分析,采用有限元分析软件ANSYS对产品结构进行了模态分析和随机振动分析。结合模态试验修正了有限元模型,由随机振动分析得到应力响应功率谱,最后利用频域方法计算结构的疲劳损伤。仿真结果基本吻合强化试验结果,并给出了产品结构设计改进方案。     

汽车物流器具随机振动损伤与疲劳寿命预测研究EI北大核心CSCD

汽车零部件产品常被采用堆垛形式的物流器具运输以避免损伤。应用随机振动试验方法,分析三种不同振动等级下,堆垛型钢质物流器具的振动损伤;基于物流器具—装载物—夹具相互作用关系,建立了全景天窗运输器具的有限元模型,研究了平稳高斯随机振动下该器具的疲劳响应,获得关键位置变形和等效应力,预测器具的疲劳寿命。研究结果表明:有限元分析得到的共振频率与随机振动试验结果相差3.4%;器具振动响应主要受低阶共振频率影响,最大应力集中在堆垛柱与托盘连接处;上层装载物响应加速度1.42g明显大于下层0.79g,而同处于上层的装载物响应加速度差别小于1.7%;上下层堆垛柱响应加速度分别为0.82g和0.79g,差别不明显。上述方法可模拟运输过程中汽车物流器具振动疲劳及装载物易损点,为汽车物流器具设计提供参考。     

地铁车底设备激励下地铁车体结构响应分析

地铁是当今人们日常出行的重要交通方式之一,乘客对于交通方式的乘坐舒适性要求越来越高。地铁车辆在运行过程中,车体结构会因轮轨随机不平顺、设备振动激励等原因引起振动。基于地铁A型车,应用有限元方法对车体进行分析,确定车体主要模态频率和振型;其次,确定车底主要振动源设备,以及车体对各设备振动的响应程度,最后给出相应的优化建议。研究发现,车体横向与垂向振动位移远大于纵向振动位移;司机室以及车顶空调位置处对车底设备振动激励响应最大,车体对各设备响应程度因安装位置不同、设备偏载情况不同、安装位置底板厚度不同、安装方式不同而各不相同;采用隔振设备、响应较大位置加厚处理以及采用柔性悬挂可以减少车体对于车底设备的振动响应。以上发现可为车辆结构优化设计提供理论基础。     

电动振动台随机振动试验有限元仿真

建立并修正了能反映某振动台、夹具以及试件整体动态特性的有限元模型,基于该模型进行了随机振动试验仿真研究,介绍了仿真方法。根据给定的加速度功率谱密度控制曲线,通过频率响应计算和随机响应计算对试件随机振动试验进行了仿真,获得了试件动态响应仿真结果。通过真实试验对仿真结果进行了验证,结果表明仿真控制曲线和试验控制曲线吻合很好,均在控制容差范围内;试件测点仿真结果和真实试验结果功率谱密度曲线比较一致,峰值频率相对误差为0.8%,仿真频段内各测点加速度响应均方根值相对误差在5%以内,自功率谱对应峰值最大相对误差约为22%。     

人群荷载下楼盖结构随机振动分析方法与试验研究

在大跨楼盖结构振动舒适度分析中引入人群行走的随机性对揭示人群荷载下结构的随机振动特性和真实响应具有重要意义。围绕该问题,首先建立了基于社会力模型行走的随机人群步行荷载模拟方法,并结合蒙特卡罗法,提出了大跨楼盖时域随机振动分析方法。随后,考虑人群分布、步频、相位等因素的随机性,数值拟合了等效同步人数计算公式,建立了随机振动响应的等效确定性分析方法。最后,开展了楼盖结构模型动力试验,获得该楼盖模型的结构动力特性和随机振动响应,并与数值模拟结果进行对比分析。结果表明:随机模拟方法和等效确定性分析方法在各个工况下与楼盖结构模型动力试验的结果的平均误差分别为22.4%和21.50%。对比两种分析方法计算结果的误差,共振工况时随机模拟方法计算误差较对方要小,非共振工况时等效确定性分析方法计算误差则要小,实际工程分析可结合考虑。