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1、第26卷第6期 宇 航 学 报Vol.26No.62005年11月 JournalofAstronauticsNovember2005惯性平台框架类结构件的试验模态分析王 卿,王佳民,杨朋军(航天时代电子公司第十六研究所,西安710100) 摘 要:为了更好的设计和改善结构的动态特性,从而提高产品及工程的质量,应用结构动态分析和计算方法,针对某型号惯性平台框架类结构件进行了模态试验分析,得出了各结构件在0～2000Hz内的各阶固有频率和振型,并通过将试验模态分析的结果和有限元分析结果进行对比,对有限元建模和分析结果的正确性给予了验证。最后,文中提出了各
2、框架结构件设计中存在的薄弱点和相应的优化措施,为今后结构的设计改进和动力学分析奠定了基础。关键词:惯性平台;框架;模态实验;有限元;模态分析中图分类号:V214.33 文献标识码:A 文章编号:100021328(2005)06207532051.2 平台内框架外形结构0 引言惯性平台内框架外形结构如图1(b)所示,主要平台系统在实际工作时,不仅处在高能量、宽频由同台体组件上下两轴轴承座相连接的圆盘部分、左带的随机激励条件下,而且工作时受到的振动、加速右两个轴孔以及过线孔、螺钉孔及布线槽等部分组度过载、航向姿态变化等因素对系统性能均有很大成。的影响
3、。在这种复杂的工作环境中,就平台结构系统而言,振动是对其性能影响最大、涉及面最广的主要有害因素之一,其不仅包括平台结构系统实际工作中所受到的大冲击、大过载及大量级随机激励等强迫振动,还包括平台上诸多元器件工作时所产生的自激振动。而惯性平台框架类结构件如内框架、外框架等不仅是平台结构系统的主要组成部分,也是平台系统工作的基准和关键部件。传统的平台框架类结构件主要采用静态分析方法进行设计,周期图1(a) 惯性平台外框架结构外形Fig.1(a)Thestructuremodelofoutsidegimbalpart长、成本高,已渐渐不能满足新型号惯性平台结构系统
4、设计所提出的动态要求。因此,针对平台框架类结构件进行模态试验,对其本身的固有动态性进行分析,并和有限元分析结果对比,提出相应的结构优化措施是本文研究的重点。1 惯性平台框架类结构件外形结构1.1 平台外框架外形结构惯性平台外框架外形结构如图1(a)所示,主要图1(b) 惯性平台内框架结构外形由两根对称的弓形梁、连接内框架轴承座的两圆盘Fig.1(b)Thestructuremodelofinsidegimbalpart部分、轴孔、过线孔、螺钉孔及布线槽等部分组成。收稿日期:2004212206; 修回日期:2005204206754宇航学报第26卷共计73
5、个结点,52个测点,共进行了2次测试。内框2 惯性平台框架类结构件的实验模态分析架模型共68个结点,62个测点,共进行了3次测试。2.1 实验模态分析概述实验模态分析又称模态分析的实验过程,是理论模态分析的逆过程。首先,实验测得激励和响应的时间历程,运用数字信号处理技术求得频响函数(传递函数)或脉冲响应函数,得到系统的非参数模型;其次,运用参数识别方法,求得系统的模态参数(模态质量、刚度、阻尼等)。实验模态分析是验证有限元分析可靠性的方法之一,由于有限元分析中对结构做了部分的简化,这些简化是否合理、简化的结构是否能反映真实的结图3(a) 外框架几何结构及测
6、点布置 构,采用实验模态分析的方法可以对其进行验证。2.2 实验条件本次实验采用的系统是DASP(达世普)大容量数据自动采集与信号处理系统(DataAcquisitionandSignalProcessingSystem)。由于本次实验主要测试结构部件的自由模态,所以待测结构采用弹性绳悬吊法,使结构具有较低的支撑刚度和阻尼,同时悬挂点尽可能选在结构的模态节点附近。实验中采用单点激励多点响应的方法,激励方式选择锤击法,锤击点图3(b) 内框架几何结构以及测点布置Fig.3(a)(b)Thegeometrystructureandcheckpoints的位置尽
7、量避免选在结构前几阶模态的节点处,以ofoutside(inside)gimbalpart免丢失模态。激励方法采用脉冲激励法,激励信号由丹麦B&K公司8200型脉冲锤(带力传感器)产2.4 实验模态分析结果及同有限元分析结果的对比生。实验中采用的是国产TS1115型三项压电加速2.4.1 外框架实验模态分析度传感器测量响应信号,由于实验测量加速度的点外框架两次实验的幅频响应曲线如图4(a)～很多,而结构材料为铸造铝合金,为了方便传感器磁图4(b)所示,固有频率实验结果和有限元分析结果座连接,在结构的测点位置粘贴了很薄的小铁片,这如表1所示,其中有限元分析所
8、采用的模型如图1样虽然增加了附件的质量,但相比实验结构的质量,所示
