应用HyperWorks的高速旋转支撑架模态及应力分析.pdf

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1、2011年第2期现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)CAD／CAE／CAPP／CAM应用HyperWorks的高速旋转支撑架模态及应力分析周爱国，陆亮，陆敏恂，王闻莉(同济大学机械学院，上海201804)摘要：基于Hypei-Works平台对已建立的某新型位标器的高速旋转支撑架模型进行了模态与应力分析，通过模态分析得到该高速旋转结构的固有频率与临界转速，确保该旋转支撑架的转速远离其临界转速，避免共振的产生；通过对高速旋转状态下支撑架结构的应力分析，得到其变形及应力分布情况，从而有效地预测机械结构疲劳破坏，同时为进一步优化该结构提供

2、了设计依据。关键词：旋转支撑架；有限元；模态分析；应力分析中图分类号：’rHl22文献标志码：A文章编号：1671_3133(2011)02----0076--05ModelandstressanalysisofsupportbracketwithhighspeedbasedonHyperW0rI【sZHOUAi—guo，LULiang，LUMin—xun，WANGWen—li(CollegeofMechanicalEngineering，TongjiUniversity，Shanghai201804，China)Abstract：BasedonHyperWorkst

3、hemodelandstressanalysishasbeendoneforthehigh-speedrotarysupportfralneofanewtypeseeker，naturalfrequencyandcriticalspeedofthesupportframeCallbegotfromtheanalysis，make$urethespeedofthesupportf／-alllefarawayfromthecfifieMspeed，avoidresollancehappen．BasedOnthestressanalysisofthesupportframe

4、onhishspeedsmtus，thedeformationandstressdistributionCarlbegot，80thatthefatiguefml哪eofmechanismCanbepredictedeffective-ly，meanwhileitprovidesthed∞ignconsiderationforoptimizingthestructure．，Keywords：rotationsupportframe；finiteelement；modalanalysis；stressanalysis0引言高速旋转支撑架是某新型位标器反射镜的支撑结构，位

5、标器通过主反射镜和次反射镜探测跟踪目标信号，工作时该结构支撑反射镜随陀螺转子高速旋转，在这种情况下支撑架的结构非常重要，它是跟踪精度能否达到要求的重要保证，因此高速旋转状态下支撑架的振动、疲劳变形等特性分析尤为重要。通过有限元的分析方法对该支撑结构进行模态分析，得到其各阶固有频率及变形情况，从而保证其转速远离临界转速，避免共振的产生；通过对高速转动状态下支撑架的应力分析，得到其变形及应力分布状况，从而有效地判断出该结构尺寸是否合理，为进一步优化结构提供理论基础。AltairHyperWorks是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成设计和分析所需各种工具，具有高76

6、度的开放性、灵活性和友好的用户界面，具有5大类解决方案，共有18大模块，满足CAE技术发展的未来趋势。Hypermesh作为杰出的前、后处理平台，拥有全面的CAD与CAE求解器接口、强大的几何清理与网格划分能力，能够高效地建立和处理各种复杂的有限元模型。1模态分析理论基础模态分析u1是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨识方法在工程振动领域中的应用。对于n自由度线性定常系统，设其质量、刚度和阻尼矩阵分别为[m]、[k]和[C]；激励矢量和位移响应矢量分别为啪、[菇]，则其运动微分方程为：[m][菇]+[c][主]+[k][戈]=[f3⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

7、⋯(1)该方程是一组耦合的物理坐标方程，模态分析的周爱国，等：应用HyperWorks的高速旋转支撑架模态及应力分析2011年第2期任务就是对上述耦合方程进行解耦，通过模态坐标代替物理坐标将该方程变成非耦合、独立的微分方程，从而求出各阶模态参数。对式(1)两边进行拉氏变换得：(s217"1,+sc+k)戈(s)=八s)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)对于线性不变系统，令s=如，则：(一∞2m+_i∽+k)z(∞)=，(∞)⋯⋯⋯⋯⋯(3)由振动理论可知，线性时系统的任一点响应均可表示为各阶模态响应的线性组合，对于点P的位移响应髫。(∞)为：％(∞)=％，q。(