安装座结构优化设计

第27卷第1期弹箭与制导学报， 301安装座结构优化设计*赵志军,蒋晓，磊,卫社春(中国兵器工业第203研究所.西安710065)[摘要]采用有限元方法对四种不同结构形式的安装座系统进行了模态分析.所得固有频率与工作频率比较，确定了较优的结构设计方案.为安装座的结构修改提供了依据。[关键词]有限元方法;固有频率;优化设计[中图分类号] TJ760.3+5 [文献标识码] AStructure Optimization Design of a Fixing PedestalZHAO Zhirjun，JIANG Xiao-lei, WEI She chun(No. 203 Research Institute of China 0rdnance Industries. Xi' an 710065 .China)Abstract: This paper making use of finite clement method( FEM). four kinds of different structure fixing pedestal'smodes are analyzed. The resultant natural frequencies are compared with given working frequency. then optimal designof the fixing pedestal is ascertained.Key words : FEM; natural frequency ;optimization design装座系统有限元模态分析,安装座结构如图1~ .1引言4所示。安装座系统是某导弹陀螺仪、弹上计算机、热电池与安装座、立简等组成的系统。陀螺仪输出信号作为导弹控制指令的基准,要求有较高的信噪比,然而采用接触式电位传感器这种信号敏感方式使得该信号容易受到陀螺仪工作环境的图1方案一图2方案二影响;同时弹上计算机等精密器件的正常工作也要求具有良好的工作环境。通过减轻弹体的冲击振动诱因来提供弹上部件的正常工作环境是非常困难的,最有效的方法是通过优化设计改变系统的结构与布局,调整系统自身的特性参数，使得这种不良影响控制在一定的范围之内，能够图3方案三图4方案四保证弹上部件的正常工作即可。文中基于有限图1(方案一)为安装座初步设计方案。根元模态分析,通过建立安装座系统模型,施加系据试验结果,采用这种方案的陀螺仪输出信号伴统相似的边界条件,求解安装座系统模态固有频有毛刺而且具有很大的能量,导致陀螺仪提前倒率。根据不同安装座设计方案组成系统的模态框,使导弹失控。通过信号分析,干扰信号频率分析结果,确定较优的设计方案,改善陀螺仪输范围为500~600Hz之间,提高安装座系统的固出信号的质量。有频率来跨过这一频段,从而有效地抑制干扰信号,实现陀螺仪的正常工作。从安装座的结构来2安装座结构设计看,中国煤化工安装接口不能改.2.1安装座实体模型变，iYHC NMH G频率,可以采用文中针对四种不同构型的安装座进行了安修改安装座底面的厚度或者加强筋的尺寸和结收稿日期:2006-02 -08;修回日期:2006-06-07作者简介:赵志军(1979- ).男.甘肃定西人.硕士.研究方向:武器系统及运用工程。302弹箭与制导学报2007年构形式等方法改变安装座的刚度来实现。为了个系统的共振。通过改变安装座结构设计,从方不影响弹上计算机的安装定位,采用修改加强筋案一到方案四有效地提高了安装座系统沿安装来改变安装座的刚度。座轴向模态的固有频率,使系统固有频率跨出了图2(方案二)相对于初步设计方案,增加了陀螺仪干扰信号的频率范围,保证了陀螺仪良好安装座中心圆柱形加强筋的轴向尺寸,与其相接的工作环境。的径向发散板筋的高度相应加长,成斜坡延伸至2.4 实验结果安装座边沿。图8为方案一上陀螺仪的输出信号曲线,图图3(方案三)相对方案二有效地利用了安9为方案四上陀螺仪的输出信号曲线。装座陀螺仪、热电池之间的安装空隙,将径向发散板筋在安装座边沿附近分支。图4(方案四)相对方案三增加了径向发散板筋的厚度。2.2安装座系统模型安装座系统实体模型如图5所示。图8优化前陀螺图9优化后陀螺文中针对安装座四种仪输出信号设计方案建立了安装座系统有限元模型，如图6所3 结论示。模型采用具有中节点(1)从实验结果可以看出,改变设计后,陀螺的高精度实体单元划分网图5实体模型，仪工作时间(横向方框的个数)延长,输出信号的格,尽量防止单元畸形，各质量明显提高,说明文中安装座的结构优化设计模型材料特性相同,区别在是有效的。于安装座加强筋结构形式的.(2)采用有限元方法进行结构仿真通常与结不同。模型简化了零部件之构真实情况存在一-定的差距，寻求比较准确的仿间的连接方式,略去了螺钉、真建模方法以消除横向误差是工程应用中的重螺纹孔,接触面采用公共节图6有限元模型点,然而实现这一点是比较困难的。文中根据真.点保持自由度一致。安装座边缘采用周向自由实结构建立系统模型,利用纵向比较--步步优化度固定的边界条件,与安装座系统在仪器舱内的系统模型,对应地修改真实结构,从而达到优化安装方式相似。真实结构的目的,这种纵横结合的仿真优化设计2.3模态分析结果方法能够有效地解决工程问题。文中对有限元模型进行[参考文献]了模态分析,沿安装座轴向模态的振型如图7所示,各[1] 曹树谦.张文德,萧龙翔.编著.振动结构模态分设计方案沿安装座轴向模态图7轴向模态析一-理论、实验与应用[M]天津:天津大学出版的固有频率如表1所示。社.2001.表1各方案榄态固有频率[2]孙靖民.梁迎春 ,陈时锦,编著.机械结构优化设计[M].哈尔滨;哈尔滨工业大学出版社.2004.设计方案方案一方案二方案三方案四.[3] 谢祚水编著.结构优化设计概论[M].北京:国防固有频率(Hz)567604659736中国煤化工从表1可以看出,固有频率从方案--至方案[4]MHCNMHGYS[M].北京:清华四随安装座加强筋刚度的增加呈上升趋势。陀螺仪干扰信号频率范围为500~600Hz之间,方[5] 张洪武,关振群,李云鹏，等编著.有限元分析与案一系统固有频率在这一范围之内,从而引起整CAE技术基础[M].北京:清华大学出版社,2004.