導(dǎo)語：航空懸掛裝置振動(dòng)試驗(yàn)夾具探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文以航空懸掛裝置振動(dòng)試驗(yàn)夾具為例，建立的動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算得到振動(dòng)夾具的固有頻率，以及時(shí)域上的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，形成航空懸掛發(fā)射裝置振動(dòng)夾具的動(dòng)力學(xué)分析方法。

關(guān)鍵詞：航空懸掛裝置；振動(dòng)夾具；動(dòng)態(tài)模型

1前言

在航空懸掛發(fā)射裝置振動(dòng)試驗(yàn)環(huán)境中，夾具的一階固有頻率應(yīng)高于最高試驗(yàn)頻率，還應(yīng)避免發(fā)生夾具和航空懸掛裝置的共振耦合。因此，設(shè)計(jì)夾具一定要計(jì)算振動(dòng)夾具的固有頻率。建立振動(dòng)夾具的力學(xué)模型并合理簡(jiǎn)化為桿、梁、板、殼等構(gòu)件的組合，應(yīng)用有限元分析軟件對(duì)夾具進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，這是精確、實(shí)用的技術(shù)分析方法之一。

2頻率響應(yīng)分析

通過頻率響應(yīng)分析獲得夾具在各個(gè)頻率下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。在頻率響應(yīng)分析中，在頻域中明確定義激勵(lì)載荷，在每個(gè)指定的頻率上所有外力都是己知的。直接法和模態(tài)法是頻率響應(yīng)分析方法主要的兩種分析方法。直接頻率響應(yīng)分析是按照給定的頻率直接求解耦合的運(yùn)動(dòng)方程；模態(tài)頻率響應(yīng)分析是利用結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型對(duì)耦合的運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行縮減和解耦，同時(shí)由單個(gè)模態(tài)響應(yīng)的疊加得到某一給定頻率下的解。

2.1頻率域內(nèi)的動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)方程

（1）在用有限元軟件進(jìn)行求解時(shí)，剛度矩陣、質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣都是經(jīng)過矩陣組裝和疊加而成。由單元矩陣組裝成為整體矩陣，直接輸入與整體矩陣自由度相同的質(zhì)量、阻尼或剛度矩陣，并與之相應(yīng)整體矩陣求和得到最終總體矩陣。阻尼矩陣[C]是由阻尼單元組裝以及直接輸入的整體阻尼矩陣等組成的，剛度矩陣[K]由單元結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)、單元?jiǎng)偠染仃囈约翱傮w結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)、總體剛度矩陣組合而成，表達(dá)如下：[]()[]11EEK=+iGK+iGk（2）式中，1K為總體剛度矩陣；G為總體結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)；[]Ek為單元?jiǎng)偠染仃?；GE為單元結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)。對(duì)于給定的頻率，由方程（1）進(jìn)行復(fù)數(shù)運(yùn)算，利用類似于靜態(tài)問題的方法即可進(jìn)行求解。

2.2模態(tài)頻率響應(yīng)分析

模態(tài)頻率響應(yīng)分析時(shí)，將物理坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)變換為模態(tài)坐標(biāo)，將其作為一個(gè)解耦的單由度系統(tǒng)求解。解耦后的動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)方程為：求得各模態(tài)坐標(biāo)后，通過坐標(biāo)變換以及疊加，便可得到所求頻率下的響應(yīng)。用模態(tài)頻率響應(yīng)分析求解動(dòng)力學(xué)方程響應(yīng)速度的方法，比直接法快，但是，僅對(duì)無阻尼系統(tǒng)或者可用模態(tài)阻尼表述的系統(tǒng)才可以使用，其他的仍然需要用效率較低的直接法求解。

3動(dòng)態(tài)分析方法

動(dòng)態(tài)分析的方法有兩種，振型疊加法和直接法。

3.1振型疊加法

振型疊加法用于線性動(dòng)態(tài)分析，采用線性攝動(dòng)的方法得到夾具的振型和固有頻率，包括以下幾種類型：（1）瞬時(shí)模態(tài)動(dòng)態(tài)分析，系統(tǒng)要滿足線性，響應(yīng)只受到相對(duì)較少頻率的支配，載荷的主要頻率應(yīng)在所提取的頻率范圍之內(nèi)，特征模態(tài)應(yīng)能夠精確描述任何突然加載所產(chǎn)生的初始加速度，系統(tǒng)的阻尼不能過大。（2）基于模態(tài)的穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)分析，求解引起夾具結(jié)構(gòu)響應(yīng)的振幅和相位，得到的結(jié)果是在頻域上的。（3）反應(yīng)譜分析，結(jié)構(gòu)的固定點(diǎn)處于動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)，計(jì)算其峰值響應(yīng)，得到的結(jié)果是在頻域上的。（4）隨機(jī)響應(yīng)分析，結(jié)構(gòu)承受隨機(jī)連續(xù)激振時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，激勵(lì)的表示方法是統(tǒng)計(jì)意義上的能量譜函數(shù)。

3.2直接解法

對(duì)于非線性動(dòng)態(tài)問題，必須進(jìn)行直接積分，直接解法的分析類型主要包括：（1）隱式動(dòng)態(tài)分析，通過隱式直接積分，求解強(qiáng)非線性問題的瞬態(tài)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。（2）基于子空間的顯示動(dòng)態(tài)分析，通過顯示直接積分，求解弱非線性問題的瞬態(tài)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。用向量空間的形式來描述動(dòng)力學(xué)平衡方程。（3）顯示動(dòng)態(tài)分析，通過顯示直接積分，計(jì)算非線性動(dòng)態(tài)問題。（4）基于直接法的穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)分析，直接分析夾具的穩(wěn)態(tài)簡(jiǎn)諧響應(yīng)。（5）基于子空間的穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)分析，直接分析夾具的穩(wěn)態(tài)簡(jiǎn)諧響應(yīng)，其動(dòng)力學(xué)平衡方程以向量空間的形式來描述。

4動(dòng)態(tài)模型的建立與計(jì)算

使用ABAQUS進(jìn)行建模計(jì)算，進(jìn)行頻率提取和模態(tài)分析。

4.1頻率提取

頻率提取的目的是得到航空懸掛裝置振動(dòng)試驗(yàn)夾具的振型和固有頻率，在使用各種振型疊加法進(jìn)行線性動(dòng)態(tài)分析的過程中，頻率提取都是必不可少的第一步。具體過程如下：（1）建立幾何模型。根據(jù)航空懸掛發(fā)射裝置振動(dòng)夾具現(xiàn)有尺寸，使用Solidworks建立幾何模型，并在ABAQUS中直接導(dǎo)入，如圖1所示。（2）定義材料特性。設(shè)置航空懸掛發(fā)射裝置夾具材料剛度E=210000MPa，泊松比0.3，密度為7.82e-9。（3）定義分析步。確定輸出特征值為5，最終得到振動(dòng)夾具的前5階固有頻率，并對(duì)安裝懸掛裝置與懸掛物一體的振動(dòng)試驗(yàn)夾具進(jìn)行頻率提取。（4）計(jì)算結(jié)果。計(jì)算得到夾具前5階的特征值和固有頻率見表1，1～5階振型的位移分布均在夾具使用要求范圍內(nèi)。

4.2瞬時(shí)模態(tài)分析

瞬時(shí)模態(tài)分析即計(jì)算航空懸掛發(fā)射裝置夾具在時(shí)域上的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在頻率提取后進(jìn)行以下步驟（1）定義瞬態(tài)模態(tài)動(dòng)態(tài)分析步，設(shè)置阻尼系數(shù)、輸出，包括應(yīng)力和位移，如圖1所示，以及夾具邊緣一點(diǎn)位移隨時(shí)間的變化。（2）定義載荷幅值，以及隨時(shí)間變化。（3）計(jì)算結(jié)果分析，第一步后的Mises應(yīng)力分布如圖1所示。圖1第一步結(jié)束后的應(yīng)力分布。

5結(jié)語

本文對(duì)航空懸掛裝置振動(dòng)夾具建立了有限元模型，進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)果表明，夾具滿足設(shè)計(jì)要求，并且具有較大的富裕度，后續(xù)需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，提高夾具的適用性。

作者：溫炳舉 單位：河南省鄭州市鄭州飛機(jī)裝備有限責(zé)任公司