發(fā)布時(shí)間：2021-09-15 11:45

　　提出了一種對(duì)應(yīng)用于風(fēng)洞試驗(yàn)的飛行器模型支撐機(jī)構(gòu)進(jìn)行剛度優(yōu)化的方法,對(duì)飛行器模型支撐機(jī)構(gòu)施加一個(gè)不同頻率的激振力,通過模態(tài)和諧響應(yīng)分析得到機(jī)構(gòu)剛度最薄弱的環(huán)節(jié)。應(yīng)用這一剛度優(yōu)化方法,以飛行器模型支撐機(jī)構(gòu)中的主支板為優(yōu)化對(duì)象,通過靈敏度分析法得出主支板質(zhì)量和固有頻率對(duì)主支板根部尺寸的靈敏度,建立優(yōu)化方程,基于MATLAB軟件求解得到主支板的優(yōu)化結(jié)果。主支板剛度優(yōu)化后,減小了飛行器模型支撐機(jī)構(gòu)整體在Y方向和Z方向的最大共振峰值,所對(duì)應(yīng)的共振頻率相應(yīng)提高。 

【文章來源】：機(jī)械制造. 2019,57(07)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

俯仰滾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

底畬蟮墓艙竦惚皇游???中的最薄弱環(huán)節(jié)。通過對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行諧響應(yīng)分析，找到機(jī)構(gòu)在各方向上振幅最大的點(diǎn)，然后通過模態(tài)分析得出機(jī)構(gòu)在這幾個(gè)點(diǎn)處的振型，再通過分別剛化結(jié)構(gòu)件識(shí)別出機(jī)構(gòu)最薄弱的部件，最后進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到以優(yōu)化局部進(jìn)而提高整機(jī)剛度的效果。將機(jī)構(gòu)模型導(dǎo)入ANSYSWorkbench仿真軟件中進(jìn)行分析，對(duì)各部件材料進(jìn)行設(shè)置，將主支板的材料定為合金鋼，其它主要結(jié)構(gòu)件為普通碳鋼。在機(jī)構(gòu)有限元模型尾支桿處施加X、Y、Z方向均為1000N、頻率為0~300Hz的激振力，得到尾支桿在各個(gè)頻率下的振幅曲線，如圖2所示。從三個(gè)方向的激振頻率與幅值關(guān)系可以看出，在0~300Hz的頻率范圍內(nèi)，機(jī)構(gòu)出現(xiàn)了多個(gè)共振點(diǎn)，其中X方向和Y方向約在148Hz處出現(xiàn)最大共振峰值，Z方向約在94Hz處出現(xiàn)最大共振峰值。大幅值的共振點(diǎn)說明機(jī)構(gòu)存在薄弱的結(jié)構(gòu)件，使機(jī)構(gòu)發(fā)生了共振。通過模態(tài)分析對(duì)機(jī)構(gòu)在這兩處頻率下的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行識(shí)別，見表1。俯仰箱體連桿主支板安裝座主支板尾支桿滾轉(zhuǎn)套筒YXZ▲圖1俯仰滾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)振幅/mm3.02.52.01.51.00.50050100150200250300頻率/Hz（a）X方向050100150200250300頻率/Hz（b）Y方向050100150200250300頻率/Hz（c）Z方向50454035302520151050振幅/mm9080706050403020100振幅/mm▲圖2支桿振幅曲線絲杠螺母導(dǎo)軌滑塊專題報(bào)導(dǎo)12

病⒅髦О�、主支盀疁姘�?⒘?恕⒌脊旎?欏⑺扛藶菽?進(jìn)行剛化處理，再重新進(jìn)行模態(tài)分析，得到兩種振型對(duì)應(yīng)的固定頻率，見表2。表2剛化后機(jī)構(gòu)固有頻率由表2可以看出，對(duì)兩種振型固有頻率影響較大的構(gòu)件是滾轉(zhuǎn)軸、滾轉(zhuǎn)套筒和主支板，其余構(gòu)件對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)固有頻率的提高作用則不明顯�？紤]到滾轉(zhuǎn)軸、滾轉(zhuǎn)套筒一般和尾支桿配合安裝，可以改造的空間不大，因此選取對(duì)機(jī)構(gòu)模態(tài)固有頻率有最大影響的主支板進(jìn)行優(yōu)化，這是提高機(jī)構(gòu)整體剛度的最有效途徑。對(duì)主支板進(jìn)行模態(tài)分析，得到主支板沿Z方向和Y方向扭動(dòng)的模態(tài)，如圖3所示。由圖3可知，主支板沿Z方向扭動(dòng)頻率為59.83Hz，模態(tài)位移為10.477mm；主支板沿Y方向扭動(dòng)頻率為166.18Hz，模態(tài)位移為9.961mm。在主支板整體質(zhì)量變化不大的情況下，提高主支板沿Z方向和Y方向扭動(dòng)的固有頻率，可以在最大程度上提高主支板在這兩個(gè)頻率處的剛度，進(jìn)而提高整個(gè)機(jī)構(gòu)的剛度。3主支板優(yōu)化設(shè)計(jì)在主支板的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，筆者以主支板根部的尺寸，即主支板與主支板安裝座相連部分的厚度、長度和寬度為變量，依次設(shè)為x1、x2、x3，則機(jī)構(gòu)固有頻率和質(zhì)量對(duì)尺寸參數(shù)的靈敏度Sfi、Smi分別表示為：Sfi=墜f/墜xi（5）Smi=墜m/墜xi=ρAi（6）式中：f為主支板的固有頻率；ρ為材料密度；Ai為xi對(duì)應(yīng)的表面積。以主支板固有頻率和質(zhì)量對(duì)主支板根部尺寸參數(shù)的靈敏度為參考，可以通過改變主支板根部尺寸實(shí)現(xiàn)對(duì)主支板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。以主支板質(zhì)量變化為約束，目的是盡可能提高其固有頻率。以主支板根部尺寸為優(yōu)化對(duì)象，具體優(yōu)化參數(shù)見表3。表3主支板優(yōu)化參數(shù)定義主支板待優(yōu)化的固有頻率f為主支板沿Z方向和Y方向扭動(dòng)模態(tài)的固有頻率之和，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3396020