螺栓连接结构振动基频优化设计方法研究

发布时间：2019-09-12 00:21

【摘要】：随着光电经纬仪对观测分辨率、集光能力的要求不断提高,使得其整体结构尺寸变得越来越大,因此振动特性的研究对提高经纬仪可靠性以及测量精度显得非常重要。为避免结构因共振带来的不利影响,应对结构的振动特性进行优化设计。但由于其结构中存在螺栓连接带来的非线性刚度影响导致结构动态性能的分析以及振动特性的控制变得十分复杂,线性模型的可信度受到质疑,因此必须对非线性带来的影响加以深入研究。对含有螺栓联接的动力学问题进行研究时,常用方法是基于线性化的思想将螺栓连接以线性弹簧和线性的阻尼单元相组合来近似代替,再通过模型的修正以及试验参数辨识等方法给出弹簧和阻尼单元的具体参数。在周期受迫振动环境下,螺栓联接结合面在切向可能发生相对滑移,在法向可能发生间隙分离和冲击碰撞,因此螺栓连接必须采用非线性弹簧的近似方法。与此同时,实际工程中为获得简洁准确的螺栓连接振动特性,需要抑制螺栓连接引起的非线性谐振效应。本文主要针对抑制螺栓连接结构的谐振效应以及提高结构的振动基频进行展开研究。针对螺栓连接结构非线性振动特性,首先定性的分析了谐振响应的产生及其振动形式。根据螺栓连接非线性的产生来源,提出在螺栓连接结合面添加弹性胶层的方法来弱化由于螺栓接触状态的周期变化导致的谐振效应,并进行实验验证,结果表明采用在接触面添加弹性胶层的方法可以有效的弱化非线性谐振响应;基于实验结果对胶层分布进行拓扑优化,在合理胶层分布下更加有效的抑制了谐振响应。在弱化了非线性谐振的基础上对螺栓连接结构进行振动基频的优化设计,以悬臂梁和法兰盘为例进行结构基频的优化设计,实现了振动基频的提高,避免因非线性谐振对其结构可靠性以及测量精度等方面的影响。最后总结和展望了利用此方法计算结构谐振频率的可展性,并指出需要进一步计算和研究并完善的内容。本论文的创新点在于通过分析螺栓连接结构在周期受迫振动的谐振特性,提出在螺栓连接结合面添加弹性胶层的方式来抑制谐振效应,并对胶接层的分布进行拓扑优化,在有限的胶层厚度和面积的前提下有效的抑制了非线性谐振响应;通过对螺栓连接结构的优化设计实现了基频的提升,改善了结构的振动特性。
【图文】：

结构图,经纬仪,结构图,螺栓连接结构

1.2 螺栓连接对基频优化设计的影响从图1.1中光电经纬仪的结构可以看出其整体结构的振动特性受到电机，转台、立柱、凸轮机构、轴承、螺栓连接等各部分结构的影响，其中螺栓连接结构作为在经纬仪中最常见的结构连接形式，，且其振动特性的研究对于提升经纬仪跟踪精度等特性具有深远的意义，因此选择螺栓连接结构进行研究。图1.1 经纬仪结构图螺栓连接结构当在外载的作用下受迫振动时，其连接的结合面处可能存在着沿着切向的方向上产生相对的滑动，沿着法向的方向上发生接触面的分离和碰撞等情况[6]。该现象的影响下，螺栓连接的动力学特性表现出复杂的非线性振动现象

单调增加,等能量线,鞍点,非线性振动理论

第2章非线性振动理论11图2.1 ( )单调增加的情况接下来考虑 ( )有一个极大值的情形。如图2.2，当系统的能量 < 0时，每一等能量线由两个分支组成，它们均与轴相交，其形状类似于双曲线的两个分支。当 > 0时，每一等能量线也由两个分支组成，但不与轴相交，当 = 0时，等能量线由四个分支组成，在一点相接，此点是一个奇点，称为鞍点。经过鞍点的分支称为分界线
【学位授予单位】：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH743;TH131.3

【引证文献】