陀螺稳定跟踪平台的有限元模态分析研究

论文摘要

陀螺稳定跟踪平台是直升机重要的影像记录设备,用于目标的搜索、观察、摄录和跟踪。随着陀螺稳定跟踪平台性能不断提高,结构不断复杂化,设计密度不断增大,体积和重量不断缩小,装配体中各种动静连接对模态的影响,特别是螺栓连接结构对模态的影响越来越引起使用者和研发人员的重视。螺栓连接在陀螺稳定跟踪平台零件连接方式中应用最多,约占95%以上,过去对螺栓连接模态的分析一直依赖设计者的经验和样机的模态测试;近年来随着计算机性能的迅速提高和有限元商业分析软件的不断完善和发展,数值仿真成为研发的重要工具之一,对螺栓连接的数值模态分析方法也越来越受到重视。本文采用与航空界常用三维CAD软件SolidWorks无缝集成的、速度快、占用磁盘空间少、分析功能全面的有限元分析软件COSMOSWorks,研究螺栓连接结构的低阶机械谐振频率。螺栓连接涉及到摩擦接触,是典型的非线性问题,通常的有限元分析软件的模态分析方法无法直接仿真这种非线性问题,所以需要找到一种比较适合的方法仿真非线性问题。本文提出了三种方法,并比较得出较好的一种:标准件式弹簧单元。使用标准件式弹簧单元,以模态测试试验为基础,建立与测试试验一致的有限元模型,使用COSMOSWorks进行模态分析,以获得与测试试验一致的仿真结果。在此基础上改变螺栓预紧力矩、规格、数量和分布,仿真螺栓连接模态的变化,以获得螺栓连接关于预紧力矩、规格、数量和分布变化的规律,确定弹簧单元的相关参数,最终整理出应用数据库。将上述方法和规律实际应用于某型陀螺稳定平台上,仿真结果与测试具有较好的一致性。综上所述,尽管有限元软件的模态分析难以直接描述非线性的螺栓连接,但使用标准件式弹簧单元方法进行仿真是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 本论文的研究目的和意义
• 1.3 螺栓连接模态分析的国内外研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 模态分析基础、COSMOSWorks 使用方法及谐振频率测试方法简介
• 2.1 概述
• 2.2 模态分析基础与预紧力对模态的影响
• 2.3 COSMOSWorks 及使用方法简介
• 2.3.1 COSMOSWorks 简介
• 2.3.2 COSMOSWorks 频率分析使用方法
• 2.4 谐振频率测试方法
• 第三章 螺栓连接的三种模态仿真分析方法
• 3.1 引言
• 3.2 弹簧单元的使用方法
• 3.3 试验装置及模态测试
• 3.4 螺栓连接的附加面方法
• 3.5 螺栓连接的接触面弹簧单元
• 3.6 螺栓连接的标准件式弹簧单元
• 3.7 三种模态仿真分析方法的比较
• 第四章 螺栓连接用弹簧单元相关参数的确定
• 4.1 引言
• 4.2 试验装置
• 4.3 预紧力（矩）的确定
• 4.4 弹簧刚度的确定
• 4.5 弹簧作用面积的确定
• 4.6 螺栓不同分布的研究
• 4.7 本章小结
• 第五章 螺栓连接模态仿真方法规律在陀螺稳定平台上的应用
• 5.1 陀螺稳定平台外俯仰框的仿真应用
• 5.2 陀螺稳定平台内俯仰框的仿真应用
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 全文总结
• 6.2 对本课题未来研究的展望
• 参考文献
• 致谢