惯导系统结构拓扑优化方法研究

针对惯导系统结构拓扑优化问题,提出了一种考虑多工况组合和等效边界处理的优化方法.以惯导系统结构件为研究对象,梳理了不同结构件的载荷工况;以刚度最大为 目标函数,以体积分数、结构频率和最大变形等作为约束条件,研究了变密度拓扑优化方法;以某惯导系统的盖板、惯性台体和外壳体3个结构件为例,进行了优化方法验证.结果表明,与传统设计相比,在满足系统刚度、频率及动态特性的前提下,优化后的3个结构件质量分别减小18.3％、22.6％和18.0％,整体质量减小18.7％,实现了惯导系统结构的轻量化设计.     

石英挠性加速度计组件精密温控系统热分析

在捷联惯性导航系统中石英挠性加速度计是其核心器件,加速度计的温度 特性直接影响其测量精度。在高精度的惯性系统中,需要对加速度计组件进行精度优于 0.05℃的温度控制。为了研究加速度计组件精密温控系统,利用有限元分析软件ANSYS 建立石英挠性加速度计组件温控系统的有限元模型,仿真计算其有限元模型的温度场。 首先根据组件的结构特性建立了其有限元模型,介绍了热分析中求解条件的确定方法。 通过仿真得到温控系统的温度场模型,根据温度场模型计算温度梯度并且确定系统的测 温点、控制方式,最后利用加速度计输出数据验证分析结果的正确性。研究结果可以为 加速度计组件精密温度控制系统中的测温点选取、控制方式确定以及捷联惯导系统中温 度补偿、温度控制与热优化提供参考依据。     

惯组结构热变形控制方法研究

针对降低外界温度变化对惯性仪表输出精度影响的目标，开展惯性结构热变形控制方法的研究，建立基于伽辽金有限元方法的一维单向稳态热传导有限元方程和热变形方程，提出了4种控制热变形的结构优化设计方法，并进行了有限元仿真分析论证和试验验证，为后续惯组产品的热设计提供了依据。     

一体化小型惯导平台系统结构动力学仿真分析

微电子和计算机技术的发展促进了惯性平台系统的数字化、智能化和小型化,惯导平台系统正从复杂笨重变为精巧智能,小型化、一体化是平台设计的一个重要发展方向。本文对某小型化、二级减振、复杂装配及相对运动关系的惯导平台系统进行大规模有限元模型构建并对系统动态特性进行仿真分析,根据分析结果对相对薄弱的零件进行了结构优化设计,使系统动态性能得到了进一步提高。     

航空惯性稳定平台的框架刚度及模态分析

在航空惯性稳定平台的框架结构设计中,采用ANSYS有限元软件对其结构进行了刚度和模态分析,得到了大载荷作用下的应力、应变分布及模态特性,并根据分析结果对其结构进行了优化设计,以满足稳定平台的控制精度要求。分析结果表明,优化后的框架结构刚度得到了大幅的提高,同时其动态特性也得到了有效的改善。从而验证了在稳定平台设计中进行工程力学分析的必要性和合理性,为航空惯性稳定平台的设计提供理论依据     

旋转式SINS的自标校技术研究

惯性器件常值及慢变误差是影响捷联惯导系统精度的主要因素之一,所以在捷联惯导系统出厂前需要对常值及慢变误差参数进行标定。但这些误差参数会随时间发生变化,对于高精度捷联惯导系统,每次启动后需要对惯性器件的误差参数进行重新标校。针对光纤惯导系统,建立了IMU误差模型,并根据提出的旋转式捷联惯导系统自标校转位方案原则设计出了一种8位置自标校方案,对惯性器件标定参数进行激励和辨识,并建立了Kalman滤波状态方程及量测方程,对惯导系统误差参数进行在线标定。实验结果表明,该方案对其惯性器件误差参数能进行准确估计,具有一定的参考价值。     

空空导弹SINS飞行中对准技术

针对空空导弹捷联惯导系统传递对准的精度和快速性之间的矛盾,设计一种利用弹载北斗卫星导航信息的捷联惯导系统飞行中对准算法,详细推导了惯性系下基于北斗卫星伪距/伪距率的飞行中对准模型,优化了飞行中对准的量测方程,对北斗卫星接收机的钟差和钟漂进行了降维处理.相应的数学仿真试验结果表明,所提算法能够在飞行过程中实现捷联惯导系统的初始对准,在10s内对准精度优于6',同时该算法通过在线标定惯性传感器随机启动误差,能够提高捷联惯导系统导航精度和导弹系统抗干扰能力.     

平台惯导系统飞行试验性能误差分析

针对某型平台式惯导系统试飞中存在的性能超差现象,对惯导系统误差机理和飞行数据进行了分析,提出了影响飞行性能的误差因素。根据分析结果,从提高惯性元件精度和对相关误差进行标定和补偿两方面采取措施对惯导系统进行改进。改进后的惯导系统经过试飞验证,其性能满足设计指标,表明所采取的改进措施有效可行。     

测温电路线性化设计及噪声分析

本文针对某型号惯导原有惯性仪表测温电路存在非线性以及测温不够精确等缺点,通过优化电路参数、选取温度系数合适的电压基准,对原电路进行改进设计。随后的噪声分析及建模仿真表明该电路不仅能够实现全温度范围内的精确测温,而且具备良好的线性度。     

星敏感器主反射镜组件的设计与分析

对星敏感器主反射镜组件利用有限元分析软件MSC.Patran建立了有限元模型,用MSC.Nastran对其进行模态分析及正弦振动分析,并进行了随机振动响应分析。通过对该结构在正弦激励下的加速度、速度、位移响应,以及随机振动结果的分析,验证该主反射镜组件设计是否合理,并最后给出了组件结构的改进建议。     

惯性平台轴端结构仿真分析与改进设计

轴端结构是惯性平台系统的主要承载部件,并且实现平台环架结构的转动自由度。因此,轴端构件需要具备足够结构强度和刚度保证惯性平台系统在空间飞行、地面运输等振动冲击工况下可靠工作。本文以某型号惯性平台轴端结构件为研究对象, 探讨了轴端结构件的有限元分析方法。利用HyperWorks 11.0分析软件, 进行了结构静力和模态分析,并对原始的模型结构进行了改进设计。改进后的轴端机盖在相同工况下,结构的强度和刚度上均得到有效提高。     

航空电子设备安装支架的刚度与频率优化设计

航空电子设备用于飞行中的数据采集,通常使用安装支架固定于机头雷达罩,研究安装支架的刚度和一阶频率性能,避免设备支架在飞行过程中出现塑性变形和共振现象,对提高飞行稳定性具有重要的工程意义。在惯性载荷下对安装支架进行静强度和模态分析,采用一种灵敏度分析方法确定安装支架的设计变量,以结构总质量最小为优化目标,在保证安装支架的刚度和一阶模态性能的前提下对支架各个构件的厚度进行优化设计,并对优化后的安装支架结构进行振动试验。结果表明：优化后的安装支架结构刚度基本保持不变,一阶频率提高了18.09%,质量减少了19.33%,改进设计满足设备安装要求。     

Generation of Accelerated Stability Experiment Profile of Inertial Platform Based on Finite Element

The residual stress generated in the manufacturing process of inertial platform causes the drift of inertial platform parameters in long-term storage condition.However,the existing temperature cycling experiment could not meet the increased repeatability technical requirements of inertial platform parameters.In order to solve this problem,in this paper,firstly the Unigraphics(UG) software and the interface compatibility of ANSYS software are used to establish the inertial platform finite element model.Secondly,the residual stress is loaded into finite element model by ANSYS function editor in the form of surface loads to analyze the efficiency.And then,the generation based on ANSYS simulation inertial platform to accelerate the stability of experiment profile is achieved by the application of the analysis method of orthogonal experimental design and ANSYS thermal-structural coupling.The optimum accelerated stability experiment profile is determined finally,which realizes the rapid,effective release of inertial platform residual stress.The research methodology and conclusion of this paper have great theoretical and practical significance to the production technology of inertial platform.     

基于重力梯度测量系统的组件结构模态分析

重力梯度测量系统设计过程中,对重力梯度旋转平台中仪表的位置特性有严格要求。按照传统的设计流程,等到结构件设计、安装完毕再进行振动试验能充分反映结构的真实位移,但是会消耗大量的时间及人力成本,效率较低。对此,本文采用数值模态分析方法在实际生产之前对整体结构进行了较为详尽的有限元分析,计算出了前十阶模态频率和振型,并且检验了结构设计中的刚度问题。对样机结构进行修改,从而保证了一阶主频率达到539.74 Hz,从而满足了航空搭载的环境要求。对整体结构的模态分析为重力梯度旋转平台工程样机的研制奠定了基础。     

基于Ansys的永磁同步电机转子振动分析

振动是电机的重要指标,对电机转子进行振动分析为其结构改进和性能优化提供理论依据。运用Ansys有限元分析软件对永磁同步电机转子进行模态分析,得到该电机转子振动系统的低阶固有频率和模态振型,分析了电机振动特性。 通过电机转子模态试验,求得电机低阶固有频率,对比仿真与试验结果,验证有限元分析结果的可靠性。由结果分析可知,研究对象在额定转速下未产生共振,验证了其结构设计的合理性。研究内容对永磁同步电机的设计和优化有一定的指导意义。     

某型飞机的某零部件优化设计分析

运用AltairHyperWorks强大的结构优化功能对某型飞机的一个重要零部件进行有限元优化设计,软件采用AltairHyperWorks和CATIA,优化方法采用拓扑优化。通过对优化结果分析、简化和再设计,结果表明,去掉该零部件的局部材料,该零部件的刚度增加,重量减轻,应力基本没有变化。     

Thermal–structure coupling analysis and multi-objective optimization of motor rotor in MSPMSM

With the high speed, the rotor of magnetically suspended permanent magnet synchronous motor(MSPMSM) suffers great thermal stress and mechanical stress resulting from the temperature rise problem caused by rotor losses, which leads to instability and inefficiency.In this paper, the mechanical–temperature field coupling analysis is conducted to analyze the relationship between the temperature field and structure, and multi-objective optimization of a rotor is performed to improve the design reliability and efficiency. Firstly, the temperature field is calculated by the 2 D finite element model of MSPMSM and the method of applying the 2 D temperature result to the 3 D finite element model of the motor rotor equivalently is proposed. Then the thermal–structure coupling analysis is processed through mathematic method and finite element method(FEM),in which the 3 D finite element model is established precisely in a way and approaches the practical operation state further. Moreover, the impact produced by the temperature and structure on the mechanical strength is analyzed in detail. Finally, the optimization mathematical model of the motor rotor is established with Sequential Quadratic Programming-NLPQL selected in the optimization scheme. Through optimization, the strength of the components in the motor rotor increases obviously and satisfies the design requirement, which to a great extend enhances the service life of the MSPMSM rotor.     

基于改进准则法的复合壳阻尼结构拓扑减振动力学优化

针对复合壳阻尼结构的拓扑减振优化问题，以约束阻尼层的有限单元为设计变量，采用体积比、模态频率和振型为优化约束条件，构建以多模态权重系数的结构模态损耗因子数值关系为优化目标函数的拓扑减振优化模型。为了拓展优化目标灵敏度具有不局限于某一变密度法插值模型的形式，推导了数值表达式的一般函数式。动力学优化中优化目标灵敏度正、负数集共存，使得非凸性的目标函数设计变量出现负值或优化函数寻优于局部极值点。为此，推导出复合壳阻尼结构的全域灵敏度改进优化准则法迭代格，以确保每次迭代域均为全域设计变量集。结合有限单元法编程实现了复合壳阻尼结构改进准则法，并对复合壳结构进行拓扑减振优化分析。结果表明：在敷设体积减为全覆盖的50%时，复合壳结构的模态损耗因子增减偏差为10%，具有提升减振的轻量化设计目的；各阶目标函数和拓扑构型所需的迭代次数少，中间密度区域较小，多阶优于单阶模态优化函数，易于获得全域寻优的有效减振。     

双后掠布局无人机翼面结构设计与分析

对双后掠布局无人机进行了结构设计,确定了翼面结构方案,并利用有限元软件MSC.Nastran进行应力变形分析,结果达到设计要求;同时为了节省计算周期,以布局外形参数设置为驱动参数,使用CAD软件Catia为结构建立了参数化模型,并将其作为结构优化的输入文件,通过Patran完成优化设置,用Nastran完成结构质量优化,这些工作为气动结构一体化设计奠定了基础。