光腔盒底座的模态分析与实验研究

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1、光腔盒底座的模态分析与实验研究*崔鼎马社鲜玉强张伟崔云俊(绵阳世诺科技有限公司研发中心,四川绵阳,621900,cdguycui2OO3@aliyun.com)摘要：光腔盒底朋是化学激光系统的重要组成结构，直接关系到光学系统的稳定性，因此，对光腔盒底廉的动力特性分析就显得非常重耍。针对实际安装和实验的光腔盒底座，以两种约束方式对真实边界条件进行模拟，通过仿真计算分析两种约束边界对结构动力特性的彩响。开展模态实验分析，测得前六阶模态参数，与仿真结果对比，分析底座结构的振型特点以及底部固定情况与顶端波纹管的连接效果，为系统设计与改进提供了支持。关键词：光腔盒底座；模态仿真；

2、实验模态分析中图分类号：TN243文献标志码：A模态分析是研究结构动态特性的一-种近似方法，通过对模态参数的辨识，得到固有频率、振型、阻尼比、模态质量和模态刚度等参数，可以对某一影响频率范围内的模态进行分析,判断结构的变形趋势。总体來说，模态分析具冇评价结构动态特性、预报和诊断机械故障、控制辐射噪声以及载荷识别等作用⑴％光腔盒底座从浇注地基延伸到光轴对应高度，为光腔盒内镜架提供支承和约束，是光学系统的重要棊础结构件，也是结构设计和动力学设计的重点研究对象。为验证底座在实验现场振动工况的动力学特点，检验设计和施工效果，对某光学系统的光腔盒底座进行了模态实验分析。1模态分析

3、理论对于多自由度系统，测点的位移响应可以看成各点的模态叠加卩叫：N(1){兀}=£%}r=l式中，为第「阶模态振型(即特征向量)，为模态坐标，根据动力学方程:[M]忖+[呻卜[K]{g/(r)}得出传递函数：式中，Yr=([kr]-W2[mr]+jvikjr'o匕、叫、为第7•阶的模态刚度、质量和阻尼。频响两数的定义为:H.=XjFj娥稿日期:；修订日期：基金项目：国家高技术发展计划项目作者简介：崔＞1/1(1986—),男，硕士，从爭激光与微波工程技术研究；cdguycui2003@yahoo.com.cno式中，为第i点的响应，巧为在第八点的激励，频响函数的任一行或

4、一列包含了所有模态参数，因此，采用固定点激励英余点拾振或固定点拾振游离激励的方法均可实现模态参数辨识。2模态仿真分析光腔盒底座顶端固定光腔盒，底端•地面通过螺栓固连，在光轴两端通过波纹管连接其它光学系统，因此，波纹管的约束作川对底座的模态影响较大。为摸清光腔盒底座现场约束方式卜•的模态和振动规律，判断小波纹管对光腔盒的影响，考虑底部固定/小波纹管松开和底部固定/小波纹管固定两种约束工况，并通过光腔盒底座的口山模态进行对比。而现场安装以完成出光实验为主，难以提供理想的刚化约束或自由约束，所以在测量光腔盒底座模态前，按不同约束，用有限元方法对底座结构进行了模态计算。光腔盒底

5、座整体呈箱体形式，长边沿光轴方向，如图3所示。仿真时，光腔盒底座根据实测参数建模，材料为铸铁。光腔盒提供顶端约束，作为质量块简化，按实际质量对密度进行等效，建立规则的等效模型，材料为不锈钢。表1是由三种约束工况计算出的前七阶周有频率，对于光学系统，更关心的是结构低频特性，为此，图1〜图2给出了各种约束模式的前三阶振型。农1三种约束边界的模态仿真参数Thblc.lModalparametersofthreeboundaryconditionsfromsimulationconstraintsmodelfrequency/Hz1st2nd3rd4th5th6th7thmod

6、elI(bottom-fixed/coiTugatedlubes-frcc)59.063.496.5112119134139model2(bottom-fixed/corrugatedlubes・fixed)94.4112113136151165188model3(free)71.077.492.1112118130146计算结果对比发现，工况2限制了前两阶整体扭转模态，第一阶模态即工况1的第三阶模态。依次推理，若光腔盒两边的小波纹管有一定的约束刚度，势必提高前两阶扭转模态频率，甚至完全限制扭转模态，如果小波纹管刚度较小，前两阶实测模态的振型和频率不应有大的变化。此外，

7、从固有频率和振型都可以看两种约束工况在96Hz、112Hz以及119Hz附近的模态相同，波纹管的约束作用不会对这些模态产生影响。工况1的第七阶振型和工况2的第五阶振型是相同模态，但上部约束将频率提高了12Hz«观察后续模态发现，振型冇上部约束参少的，频率均被提高，符合力学一般规律。URIJT].tmti:.0(a)3rdmodalshapeEWEtni.U4(b)4thmodalshapeFig.IThreetypicalmodalshapesof1stBC图1工况1的三阶典型振型(c)7thmodalshape(c)2ndmodalsh