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[硕士论文] 吴鲲
机械工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:振动环境试验作为导弹等武器装备研制过程中至关重要的一项研究手段,对于保证系统电路可靠性、操纵安全性、结构强度等诸多方面具有极为重要的意义。对于导弹等大长径比产品,传统单点单轴向振动试验存在悬臂部位过多、推力不足、振动应力分布集中等缺陷;多点激励振动试验能够更加真实地模拟实际力学环境,已逐渐成为力学环境试验技术的发展趋势。目前国内多家单位开展了双台联振试验,但试验中控制点位置、控制方式、振动台激振位置的选取多通过摸底试验确定,导致试验人员工作量繁重且最终也难以确定较优的试验方案。随着计算机、数字仿真、结构动力学分析等技术的发展,虚拟振动试验成为辅助与指导实际试验的一种新兴技术。通过虚拟振动试验,可使试验人员在正式试验前了解、分析并比较各种试验方式的效果,提前知晓不同试验方案下试件各部位振动响应。
  为了避免导弹多点激励振动试验中制定试验方案的盲目性,保证结构试件各部位振动响应量级控制在合理范围内,需要开展多点激励随机振动虚拟试验技术研究。主要研究成果如下:
  1、研究了结构动力学分析的相关理论及功率谱均方根值理论计算方法。主要研究了随机振动在频域内激励与响应的关系;研究了随机振动自功率谱密度曲线并提出了一种基于坐标系转换的功率谱均方根值的计算方法。
  2、研究了多点激励随机振动虚拟试验响应控制算法。基于随机振动激励与响应的关系,借助ANSYS Workbench,得出一种适用于多点激励随机振动的响应控制算法;通过Matlab与ANSYS Workbench软件相结合的手段,开展多点激励随机振动仿真试验完成了该算法的可行性验证。
  3、提出了两种改进的多点激励随机振动试验的控制方式。理论上对方阵控制及长方阵控制的控制机理进行了研究,针对传统控制方式的不足,对之改进得到了“方阵+限幅”控制及坐标转换控制两种方式,并详细论述了其实现机理;结合多点激励随机振动响应控制算法,借助 Matlab软件编写了各控制方式的振动响应控制算法,通过ANSYS Workbench软件开展了典型细长型结构各种控制方式下的多点激励振动仿真试验,对比分析了各种控制方式的控制效果。
  4、开展了某型号导弹全弹自由飞双台联振虚拟试验。完成对导弹CAD模型的简化与质量等效,建立了导弹有限元模型;对导弹有限元模型模态与试验模态数据进行了对比验证;依次开展了全弹双台联振在方阵控制、长方阵控制方式及方阵+限幅控制、坐标转换控制下的有限元试验仿真,对比分析了控制效果;对导弹多点激励随机振动试验各控制方式优劣进行了总结分析,给出了选择建议。
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