振动试验夹具共振频率设计要求研究

为了使振动试验夹具的频率设计要求更加符合工程实际,文章对传统设计要求进行了总结,根据随机振动理论研究了传统设计要求与试验实际情况的差异。研究表明传统设计要满足一阶固有频率最大化的要求,而该要求存在不足：一是建立试验系统动力学模型时未考虑试件的质量及刚度,二是未考虑夹具与振动台连接的边界条件,三是未考虑载荷激励方向与模态关系。针对这些不足,文章提出了夹具共振频率最大化设计要求。分别采用传统的一阶固有频率最大化设计要求和共振频率最大化设计要求对某导弹夹具进行了设计,对比研究结果表明采用共振频率最大化设计要求所设计的夹具共振频率更高、质量更小。     

振动夹具一阶共振频率的试验数据识别

振动夹具的一阶共振频率是衡量振动夹具设计质量的一个重要参数,其高低直接关系到试验的成功与否.文章在设计出某部件的振动试验夹具后,对夹具进行了随机振动加载试验,并依据有关试验数据识别出了夹具的一阶共振频率,结果表明振动夹具满足设计要求.     

电路板工装结构设计及其振动传递特性研究

针对印制电路板环境应力筛选试验要求,为减小夹具对试验结果的影响,提出以电路板尺寸、筛选效率以及固有频率等为约束的电路板工装设计优化方法,并以某型电路板为例进行电路板工装设计与迭代优化;继而开展模态仿真分析验证了工装设计的有效性;研究设计工装振动特性并固化电路板环境应力筛选测试方案,采用设计工装及固化方案完成电路板随机振动环境应力筛选试验。结果表明:所设计工装的一阶固有频率高于试验规定频率上限,满足工装夹具刚度特性要求。通过合理装夹和调整传感器布局等可使得电路板安装位置加速度功率谱密度曲线及均方根值满足GJB 1032A相关要求。     

系外行星成像星冕仪模块光学基板结构优化设计与分析

为确保星冕仪的成像性能,文章针对中国空间站巡天空间望远镜（CSST）系外行星成像星冕仪（CPI-C）的光学基板结构进行优化设计与分析。首先,通过数值仿真分析方法获取光学基板的最优结构设计方案;然后,对优化设计方案进行动力学性能仿真分析评估;最后,对试验工装夹具进行设计,并试验测试加工完成的光学基板的力学性能。结果显示：优化后的光学基板重8.6 kg,轻量化率为70.19%,一阶固有频率为322.46 Hz;试验工装和光学基板耦合后的一阶固有频率为269.63 Hz(>150 Hz)。以上表明光学基板的性能满足设计指标要求,能够用于CPI-C模块。     

联合被试设备的振动夹具结构仿真分析

由于和被试设备之间的耦合影响,所以对振动夹具的评价非常复杂。文章以轨道交通悬挂类变流装置的某通用型振动夹具为研究对象,与被试设备联合进行模态、动强度、疲劳等分析。仿真分析与试验的结果对比表明,振动夹具的固有频率会对被试设备的随机振动1σ应力和动力学响应产生较大影响;其承受的载荷在引入被试设备后更为合理,从而可以准确地预估振动夹具设计的合理性。联合被试设备的振动夹具结构仿真方法和结果可为振动夹具的校核、振动试验结果评价提供理论依据。     

振动试验条件在夹具动态特性设计中的考虑

夹具作为试件与振动设备之间的连接部件在振动试验中起着非常重要的作用。为了减少夹具对试验的影响,文章采用有限元分析法进行夹具动态特性设计,并结合一个设计实例分析了振动环境试验条件与夹具动态特性的相关性。研究结果表明:在进行较宽频带振动试验时,合理处理振动试验条件与夹具固有频率之间的关系,可减少夹具对试验的影响。     

大尺寸矩形工装在实际振动试验中的应用

在进行振动试验时,因产品种类及用途不同,尺寸大小也不同,试验设备台面尺寸又为固定尺寸,必然会遇到产品工装超出振动台扩展台面的情况,通过简化工装模型建立材料的挠曲方程,结合振动与材料力学的特征,从伸出长度及疲劳损伤两个角度论证了这种大尺寸矩形工装的安全使用范围,并且以常见的转接平板型夹具及锥体形夹具为例,讨论了在工装尺寸超过振动台面时,以上这两种工装的应用情况,以结论的形式确定了安全使用的范围从而为此类情况的出现,提供了有价值的工程数据。     

轨姿控发动机振动试验夹具结构拓扑优化

针对轨姿控发动机部分振动试验夹具存在质量偏大、频率特性差等问题,采取拓扑优化的方法对典型试验夹具进行了结构设计改进。基于Optistruct的拓扑优化模块,讨论了动力学拓扑优化模型及多目标优化的实现策略,介绍了离散度参数及最小成员尺寸等优化控制参数的设置。通过对推力装置块状试验夹具的拓扑优化,研究了优化目标及控制参数对优化结果的影响。优化后夹具频率特性满足试验要求,减速效果明显。通过实物振动试验,验证了正弦振动和随机振动试验条件下夹具控制响应平稳,满足试验容差要求。最后,通过对某型轨姿控发动机整机锥状试验夹具的结构设计改进,进一步拓展应用了拓扑优化方法。仿真结果表明,优化后夹具的模态频率和动态响应特性显著改善,为后续发动机振动试验夹具设计提供借鉴。     

磁悬浮飞轮优化设计与实验

针对在轨磁悬浮飞轮转子系统,考虑发射主动段振动工况,提出一种基于灵敏度分析的多学科优化设计方法。通过比较分析内、外锁紧方案对锁紧状态飞轮转子系统共振频率的影响,得到了较优的抱式外锁紧方案。在此基础上,对飞轮转子进行灵敏度分析,并选择高灵敏度结构参数作为优化设计变量。考虑其结构强度、转动惯量、控制性能、自由状态和锁紧状态一阶共振频率,以飞轮转子质量最小为优化目标,利用序列二次规划法对其进行多学科优化设计。优化结果表明,在满足发射振动工况下,飞轮转子极转动惯量与质量的数值比达到最大为0.0070,比初始值0.0064提高了9.4%。该优化方法提高了飞轮转子设计的可靠性和效率,其首次在轨实验成功对我国磁悬浮飞轮空间应用具有重要意义。     

航空航天用CQFP封装复杂集成电路振动夹具优化设计

针对航空航天对复杂集成电路振动试验的严酷条件以及芯片封装的复杂特性,文章以某航空航天用CQFP228封装复杂集成电路振动夹具设计为实例,采用基于ANSYS Workbench软件的拓扑优化和多目标遗传算法（MOGA）对振动夹具进行结构设计优化,并对夹具结构进行扫频振动及随机振动响应仿真分析,最后通过试验证明了夹具设计的有效性及合理性,有效解决了集成电路夹具设计中容易出现的试验共振、动态响应差和夹具质量过大等问题。     

载人航天某装置人机交互式结构优化设计

为了解决复杂结构在动力学响应约束下优化的难题,综合人工以及计算机在复杂结构优化中的优点,提出一种人机交互式优化方法用于载人航天某复杂装置的优化设计。经过结构优化后的装置,在质量保持基本不变的情况下一阶振动频率提升41.1%,正弦试验条件下关心节点的最大加速度响应值减小24.3%,优化效果明显,满足优化设计要求,验证了该优化设计方法的可行、有效。     

六自由度振动台台体结构优化设计研究

在应用六自由度振动台进行高频振动测试试验时,若台体结构被激发产生共振,则会影响测试结果的准确性。为保证台体的共振频率在工作频带之外,同时使台体重量更轻,文章提出基于二级多点逼近算法的六自由度振动台台体结构优化方法。首先建立台体结构的有限元模型,并根据实际应用工况确定台体连接面法向位移约束的边界条件,以壳、梁单元的截面尺寸和外形半径大小为设计变量,建立以台体结构一阶固有频率和静强度为约束、质量最小为目标的模型。然后,利用二级多点逼近算法对模型进行尺寸优化,并以人机交互的方式实现外形半径的优化,得到满足约束条件的优化解。最后依据优化结果设计与制造出台体结构,并完成台体样机。该台体结构实现了轻量化设计要求并应用于振动试验,验证了该结构优化方法的有效性。     

卫星电子设备振动试验用超高基频夹具设计

卫星电子设备振动试验用夹具作为固定试件和传递激励信号的重要部件,应具备高刚度和高基频的特性。文章提出卫星电子设备振动试验夹具的设计指标,包括对基频和横向振动响应的要求。通过结构优化,设计了一种轻质平板型夹具。振动试验验证结果表明,该夹具基频在2000 Hz以上,横向振动响应小于10%,达到了卫星电子设备振动试验夹具的设计要求。     

卫星三向力限FMD振动夹具设计

文章论述了某卫星三向力限FMD振动夹具的设计方法,并运用有限元方法分析了其频率和受力情况。通过两种力传感器分布方式的对比给出了优化设计方案。最后针对螺钉进行了校核,给出了选型依据。     

力限试验夹具及FMD技术研究

文章以某卫星中心承力筒纵向振动力限控制试验为例,对力限控制试验的夹具及FMD（力测量装置）进行了介绍。通过与加速度控制试验比较,对力限控制试验引起产品一阶频率前移的原因进行分析,并通过有限元仿真探讨了力限试验夹具及FMD存在问题及改进方法,为今后国内深入开展力限试验研究提供了参考。     

卫星肼瓶系统减振优化设计

由于布局和安装条件的限制,某卫星肼瓶支架采用了“十”字型截面设计,这导致在发射过程中某方向肼瓶振动幅度过大,发生较大变形甚至断裂破坏。为减小肼瓶系统的过度振动,采用结构优化方法进行了减振动力学设计。考虑以下方案:1)固有频率约束下,以肼瓶系统重量为目标函数的尺寸优化;2)频率响应约束下,以肼瓶系统重量为目标函数的尺寸优化;3)以频率响应极小化为目标函数的肼瓶系统尺寸优化;4)频率响应约束下阻尼材料拓扑布局优化,以肼瓶系统重量为目标函数。对优化模型1)~3)进行直接线性化处理,采用序列二次规划方法求解。在阻尼材料拓扑布局优化中,采用了作者提出的基于阻尼拓扑敏度综合评价的阻尼材料拓扑优化准则。综合比较上述方案优化效果,阻尼拓扑布局优化设计的减振效果是最佳的。文中对动力响应优化设计问题的优化模型选取也进行了探讨。     

宇航产品振动试验用夹具绝对传递率的问题分析研究

振动试验作为考察产品可靠性的重要手段,如何正确有效的进行振动试验,是每个实验室或者试验人员必须要掌握的技能,振动试验夹具的优劣性,是保证振动试验顺利进行的重要前提,在实验室模拟振动时,输入量级和输出量级进行1∶1的传递,是不可能的.如果将振动台的激励源、夹具、产品看做三个不同的单元,则振动台的激励源可被视为输入,夹具视为传递,产品视为输出,这三者尽可能的刚性连接,由于阻尼的存在,在量级的传递过程中不可避免的会出现能量损失,导致无法实现1∶1的传递,但可将这种输入和输出之间的传递比尽可能的做到最大,也就是夹具的传递率最大,以这种假设为前提,以系统运动微分方程为理论基础,通过试验时的工作频率与产品及夹具在粘性阻尼系统中固有频率的关系,得出一个关于系统阻尼系数方程,同时借鉴半功率带宽法求的其阻尼系数,从而得到完整的输入与输出的关系比,即为夹具的绝对传递率,这样可以使得试验操作人员在进行试验的同时,更加明确输入的量级与产品实际经受的量级的对比关系,同时为工程中遇到此类问题时,提供一个切实可行的方法.     

有限元动力学模型的综合修正方法

以复杂结构振动的有限元模型为研究对象,根据部件及整体特征研究了基于参数和基于矩阵的模型修正法以提高有限元计算的精度.以一双锥筒试件为例,在对模型作缩聚处理的基础上,综合应用多种商用程序功能给出了锥筒固有频率和夹具参数的修正.结果表明:该法能实现开放式修正,具较强灵活性,对工程实际有一定的应用价值.     

多轴随机振动环境的疲劳损伤机理浅析

多轴随机振动试验能够同时激发结构在不同方向的模态,使动力响应表现出比单轴振动更为丰富的共振峰,因此对经受多轴振动环境的产品开展疲劳损伤机理分析很有必要。文章围绕多轴随机振动环境疲劳损伤机理的技术现状和发展趋势进行初步分析,调研多轴随机振动环境疲劳损伤机理的研究现状,为多轴振动试验及可靠性试验方法研究提供了理论依据;并为多轴振动系统的原理研究和相关试验设备的优化设计奠定了理论基础。     

多轴低频随机振动试验控制方式研究

文章基于某三轴六自由度液压振动试验系统,开展了多轴低频随机振动试验控制方式研究。首先介绍了多轴低频随机振动控制的基本原理,然后设计了台面下、台面上、夹具上等6种控制方式,详细介绍了各种控制方式下转换矩阵、转角条件的计算方法,并开展试验研究。结果表明:在多轴低频振动试验中,只要符合刚体六自由度计算原理,试验中可根据具体情况选择不同数量、位置的控制点,配合不同的转动条件和控制转换矩阵,实现规定的多自由度加载条件。该研究成果可为今后开展多轴低频振动试验时合理设置控制参数提供参考。