基于有限元分析的机载电子设备减振设计

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1、振动与冲击第２９卷第５期ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫＶｏｌ．２９Ｎｏ．５２０１０殏檪檪檪檪檪檪殏檪檪殏檪工檪程应檪用檪檪檪殏基于有限元分析的机载电子设备减振设计杨文芳，魏强，朱兰琴（中国电子科学研究院，北京１０００４１）摘要：以安装在螺旋桨飞机上的电子设备机柜为例，介绍了一种基于有限元分析的机载电子设备减振设计方法。利用ＡＮＳＹＳ软件建立电子设备机柜有限元模型，通过有限元模态分析，得到机柜的固有频率。施加载机真实的振动谱型进行随机振动分析，得到机柜不同部位

2、在激励频率范围内的响应和危险频率点。利用分析结果和减振理论确定减振系统的减振效率，进行系统减振设计。通过结果分析和试验验证，证明该方法是合理可行的。关键词：电子设备；有限元分析；减振设计中图分类号：ＴＮ０３；Ｏ３４文献标识码：Ａ机载电子设备是飞机武器系统的重要组成部分，自身刚强度优化设计和减振设计。机载电子设备减振在航行或作战中经常受到各种各样的振动。如果设备设计流程见图１。自身的抗振能力差，在使用过程中就会因振动作用产生故障。设备出现故障大体有以下两种情况：一种是在某个频率点上产生共振，以致超过设备能够承受的振动量级而破坏；一种是振动虽然未超过设备所承受的振动量级，但由于长期

3、振动而使设备因疲劳而破坏。为了保证设备的可靠性，必须对设备进行减振设计。机载电子设备主要安装在标准机柜、机箱或显控台内。其内部一般都含有精密的电子部件和较为复杂的机构，在减振设计上主要采取电子设备结构自身的加固设计和采用减振系统两种措施。传统的电子设备减振设计主要依靠经验设计和大量的摸底试验来保证。产品研制过程往往需要多次反复，周期较长。随着环境平台的日益复杂，研制周期日趋紧张，传统设计方法很难满足研制要求。王茂介绍过结合振动理论进行机载机柜隔振设计［１］的方法。沈文军介绍过通过有限元分析进行舰载机柜刚强度设计的方法及通过不同减振器对比试验进行图１电子设备减振设计流程［２］减振

4、器选择的过程。李玉峰等人介绍过某机载机柜Ｆｉｇ．１Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｎｔｉ－ｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｅｑｕｉｐｍｅｎｔ［３］设计中采取的一些具体减振措施。本文介绍基于有限元分析技术的机载电子设备减２螺旋桨载机平台振动环境振设计方法，以安装在螺旋桨飞机上的电子设备机载假设螺旋桨载机的振动频带为１５Ｈｚ～２０００Ｈｚ，机柜为例，模拟载机振动环境，对机柜进行模态分析和其振动环境由宽带随机谱迭加窄带尖峰所组成。宽带随机振动分析，并基于分析结果进行减振设计。随机是由飞机的起飞、着落、滑跑时跑道对飞机的激１设计流程励，发动机振动、发动机喷气噪声以及气流激励等因素产生的。

5、尖峰形式的窄带随机是由螺旋桨叶所带动的对设计的电子设备机柜，首先考虑与载机刚性连旋转压力场引起的。这些峰值的中心频率位于螺旋桨接，建立有限元模型，加载载机随机振动谱型，计算机叶通过频率及其谐波的比较窄的频带内。柜对随机激励的响应。并依据分析结果进行电子设备［４］螺旋桨载机的舱内设备振动谱型参见图２，根据安装位置不同Ｌ０取值不同。收稿日期：２００９－０５－０４修改稿收到日期：２００９－０８－１０第一作者杨文芳女，硕士，工程师，１９７８年生第５期杨文芳等：基于有限元分析的机载电子设备减振设计２３１∞１ｉωπＲｘｘ（τ）＝∫Ｓｘｘ（ω）ｅｄω（４）２π－∞４．２建立机柜有限元模型借助

6、ＡＮＳＹＳ软件建立机柜有限元模型。由于机柜的结构和连接形式非常复杂，如果对整机柜进行结构分析，要求的计算容量和时间将大大超出目前所能允许的。因此，需要把模型简化，忽略一些对整体强度影响不大的结构细节。构成主机柜的框架主要由铝钣金折弯焊接而成，图２螺旋桨飞机振动谱型其结构的基本拓扑形式可归类于框架结构，采用Ｆｉｇ．２Ｐｏｗｅｒｓｐｅｃｔｒｕｍｄｅｎｓｉｔｙｏｆｐｒｏｐｅｌｌｅｒａｉｒｃｒａｆｔｂｅａｍ１８８梁单元。考虑了铝钣金较薄的非规则截面，对３电子设备机柜刚强度设计机柜顶框、底座选用ｓｈｅｌｌ６３壳单元。对机柜内的插箱单元，按实际几何形状建模，其上用均布质量块来代替由于载机的

7、振动频带较宽，按照二倍倍频程法则，实际设备质量，采用ｓｏｌｉｄ４５体单元。建立的机柜有限无法使机柜的固有频率避开载机激振频率。机柜是电元模型参见图３（ｂ）。子设备的承载体，机柜结构刚度的好坏直接决定电子４．３边界条件设备的抗振性能。兼顾机柜刚强度和机载设备重量的结合机柜的外形尺寸和重心位置，并根据非耦合限制，电子设备机柜主要选用高强度的铝合金材料，承条件，确定机柜在舱内采用底部和背部的安装方式并载结构件选用强度更高的不锈钢材料。同时采用冲确定安装点位置。对建立的有限元模型在安装点施加肋、加筋