带橡胶减振器的箭载电子设备动力学响应分析研究

发布时间：2020-06-26 08:08

【摘要】：箭载电子设备是实现火箭飞行控制的重要组成部分,在结构设计阶段,有限元仿真是对其恶劣服役力学环境适应性评估的重要手段。目前,箭载电子设备有限元仿真存在以下难点:一是箭载电子设备通常安装有橡胶减振器以提高其对振动冲击等恶劣力学环境的适应能力,但橡胶材料性能的高度非线性使减振器的建模一直是有限元分析的难点。其次,箭载电子设备的内部印制板上通常有成百上千的电子元器件,并且印制板组件通过复杂的锁紧机构固定在机箱内部,如何在印制板组件的建模过程中平衡计算规模与建模精度之间的关系也是箭载电子设备动力学响应分析的难点。本文以箭载摞板式电子设备为研究对象,基于结构动力学响应理论和有限元方法,利用ANSYS建立其有限元模型并进行动力学响应分析。在此过程中,根据现有试验条件及有限的材料参数,提出适合ZN-35橡胶减振器在宽频、小振幅应用工况下简洁、实用的两种建模方案:一种是基于橡胶减振器动态特性试验的弹簧阻尼单元建模法,一种是橡胶材料的本构模型建模法。并分别针对两种建模方案进行了试验验证,证实了建模方法的有效性。采用局部精细建模和等效质量相结合的思想,提出适合摞板式箭载电子设备内部电路组件的建模方法,并利用特征建模、局部节点自由度耦合以及局部节点合并等方法对电路组件在机箱内部的约束条件进行了模拟,给出兼顾计算规模与建模精度的箭载电子设备内部电路建模方法。在此基础上,对摞板式箭载电子设备进行了有限元模型建模和动力学仿真,通过计算模态与试验模态的对比,以及谱分析获得的随机振动激励作用下的PSD响应谱与随机振动试验结果对比,验证了动力学分析结果的正确性,以及箭载电子设备有限元模型建模方法的有效性。在暂不具备冲击试验的情况下,进行了冲击激励的瞬态响应分析,完成了对箭载电子设备适应冲击环境能力的评价。该仿真结果基于模态分析与随机振动响应分析中对有限元模型的验证,结果是可信的。本文基于动力学基础理论,采用计算机仿真与试验相结合的方式,对箭载电子设备进行了全面的动力学响应分析。本文研究工作可以为箭载电子设备动力学设计、力学环境适应性考核分析提供参考和借鉴。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V443
【图文】：

分析流程

图 3-1 ANSYS 分析流程图以下针对上述的三个步骤结合箭载电子设备结果的特点进行详细探讨。(1) 前处理在前处理中主要工作是建立有限元模型，建立箭载电子设备有限元模型法通常有两种，一是基于箭载电子设备真实的三维几何模型建立有限元模型二种方法就是对几何模型进行合理的简化，并进行力学特征提取的基础上的模型可能更能反映被研究对象的力学特性，这一建模过程称为特征建模述建模过程中两个方面都很重要，分别被称为有限元模型几何近似及物理原则[34]。箭载电子设备结构通常较为复杂，往往包含及时上百个零部件，对其结行动力学响应仿真分析时，建立反映其真实力学特性的有限元模型是获得计算结果的前提和基础。目前，各种商用有限元分析软件的前处理功能强大其是二十世纪末期，大量三维模型设计软件的普及应用[35]，即使建立复杂何模型也变得很容易。在建立箭载电子设备有限元模型的过程中，一般已

模型图,模型,电子设备,电子设备结构

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文箭载电子设备有限元模型网格划分与控制有限元分析是由建立的实体模型开始，再将其网格划分成形单元在节点处相连接。软件假设每个单元的特征在不同条件式变化，然后处理从各单元获得的信息，预测模型的总体特是有限元分析的重要步骤。将前文中建立的箭载电子设备结 ANSYS，并根据模型特点选定相应的单元类型并划分网格，NSYS 提供适应各种材料以及变形的单元库，常用的有梁单元元、实体单元等。摞板式箭载电子设备结构采用三维实体单元由十个节点定义，每个节点有三个自由度，可沿 X、Y、Z其单元几何形状、节点位置、坐标系描述如图 3-6 所示。

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