资源描述：
《基于振动特性的光纤陀螺结构件改进设计_吴磊》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、20基于振动特性的光纤陀螺结构件改进设计吴磊,程建华,孙枫(哈尔滨工程大学哈尔滨150001)摘要:光纤陀螺作为导航元件应用时,载体振动将对陀螺的精度产生影响,本文以舰船为载体环境,初步探讨了光纤陀螺的振动特性。通过ANSYS有限元振动模态分析,研究了光纤陀螺的结构体共振频率以及振动对陀螺性能的影响,并在此基础上,提出了陀螺结构件设计的改进方法。关键词:光纤陀螺;振动特性;结构设计ImprovementofFOG'sframeworkdesignonthecharacteristicofvibrationWuLei,ChengJianhua,SunFeng(h
2、arbinengineeringuniversity,Harbin150001,China)Abstract:whentheFOG(fiberopticgyroscope)isappliedasacomponentofnavigation,vibrationofthecarriereffectstheprecisionofFOG.ThispaperresearchedintothecharacteristicofvibrationofFOGinthesurroundingsofship.BasedonthemodelanalysisusingANSYS(finiteele
3、mentanalysissoftware),westudiedtheframework'sresonancefrequencyofFOGandtheimpactonFOGscharacteristicfromvibration.Atlast,webroughtforwardthemethodstoimproveontheframeworkdesignofFOG.Keywords:fiberopticgyroscope;characteristicofvibration;frameworkdesignANSYS有限元振动模态分析,初步研究了光纤陀螺的1引言结构体共振
4、频率以及振动对陀螺性能的影响,并在此基础上,提出了陀螺结构设计的改进方法。对陀螺结组成干涉型光纤陀螺系统的组件按照各自的功能构件进行仿真的目的是避免由于单个结构组件的结构特点可以分为两部分:光学功能器件部分(光源、耦合设计不合理而导致的系统整体谐振频率下降。器、集成光学芯片、光纤环、光电检测器等)和承载光学器件的机械和电气结构件部分。两者因各自的材料、[2-3]2振动理论与有限元分析振动机制不同,振动表现也不相同。机械和电气结构件可以按照传统的惯性元件或弹性元件,依照传统的尽管在各种应用领域内的振动问题千差万别,解机械振动理论来分析其固有的振动特性;而光学功能决的途径往
5、往具有共同性。首先要从具体的工程对象器件因为其敏感光弹效应(应力双折射效应)的特殊提炼出力学模型;然后应用力学知识建立所研究问题性,应从光学调制效应来分析其振动机理。的数学模型,通常是微分方程组和代数方程组;接着对[1]理论上,单轴光纤陀螺对于其轴向(即角速度方数学模型进行分析和计算,求出精确、近似或数值解。向)上的振动是不敏感的。但受结构、光纤绕环工艺以对于实际工程问题的复杂模型,只能求数值解,这时需及封装的限制,当在系统内部的谐振频率上振动时,极要利用电子计算机并编制或应用计算软件(如ANSYS大的振幅和应力会使光纤环产生变形。因此和温度一有限元仿真软件)。样,振动会
6、对光纤环施加一个非互易性的相位调制,是2.1有限元分析理论方程与瞬态现象有关的寄生效应的一个潜在来源。现通过固有振动特性分析是通过研究无阻尼的自由振21动,得到振动系统的自然属性,包括固有频率和振型。振型。[4]根据达朗伯原理,只要引入相应的惯性力,就可以将弹2.2陀螺结构件的ANSYS有限元分析性体的动力问题化为相应的静力问题,即化为弹性体传统的光纤陀螺骨架的结构件,为了适应光纤的的平衡问题来处理。绕环工艺要求,通常设计为中间凹槽,上下档板的铝制e用{x(t)}来表示元素e上的节点位移向量,基本圆柱体形状(见图1)。关系如下:根据有限元基本理论,元素e上的任意一点的
7、位移量{f(t)}可以表示为:e{f(t)}=[N]{x(t)}[N]为型函数矩阵。在元素e上的应变向量为:ee{(t)}=[B]{x(t)},[B]为联系应变和节点位移的几何矩阵元素e上的应力为:eee{(t)}=[D]{(t)}=[D][B]{x(t)},[D]为弹性矩阵,或材料矩阵图1光纤陀螺骨架元素e上的刚度矩阵定义为:eT[K]=e[B][D][B]对该结构划分网格进行模态分析和0~4000Hz元素上的负荷向量通常有两部分组成。一部分是谐响应分析(见图2),得到该结构的共振频率为e作用在元素e上的动载荷
