基于MSC.Patran∕Nastran的组合仪器支架模态分析方法

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1、信毒化技术鸵天制遭技术基于MSC．Patran／Nastran的组合仪器支架模态分析方法刘立新(西北工业大学，西安710072)摘要：应用商用软件MSC．Pa扛an建立了组合仪器支架的结构动力学有限元模型，并利用MSC．Nastran完成了组合仪器支架的模态分析．仿真结果与试验结果吻合很好，证明了所采用的建模方法及仿真技术的可行性。关键词：组合仪器支架；振动；模态；仿真ModalAnalysisMethodforCombinationInstrumentFrameworkbased011MSC．Patran／NastranLiuLixin(Northwestern

2、Pol批妯nicalUniversity,Xi’an710072)Abstract：Theeomplexityandrigorofworkingenvironmentdemandsthecombinationinstrmnantframeworkmusthavetheabilitytowithstandvibrationsandshocksfrommechanicalell、，imnment．whichcanansnl电thereliabilityofthedevicesinstalled．11"finiteelementrFE)modelofcombinatio

3、ninstrumentframeworkforstructuraldynamicswasbuiltbycommercialsoftwareMSC．PaUan，relativemodalanalysiswasrealizedbysoftwareMSC．Nasmm．Simulationresultsandexperimentresultsagreedwell．Thatshowedthemodelingmethodandsimulationtechniquewerefeasible．Keywords：combinationinsU'umentframework：vibr

4、ation；modal；simulation1引言航天器、运载器中需要安装各类型的控制用、测量用仪器设备，支架则是各种仪器设备固定于运载器结构上的必要结构件。仪器支架设计需参照载荷、工艺和使用等技术要求，同时协调运载器结构与各系统之间的结构空间、相对位置和连接关系，以保证仪器在使用环境下的工作正常和安全可靠。根据运载器上不同舱段的结构特点，运载器上的仪器安装支架有多种形式，如可安装单台仪器的盒形支架、安装多台设备的平板形支架和组合仪器支架等【11。组合仪器支架是能同时满足多台电气系统仪器设备安装的框架式钣金结构仪器安装支架。组合仪器支架结构复杂，但在满足多台仪器安

5、装的情况下，可有效地节省安装空间，减轻结构重量且安装操作方便。复杂、恶劣的工作环境要求组合仪器支架的设计有着近乎苛刻的要求，具体包括以下几方面闭：重量轻、强度大、刚度适中、稳定性好。根据上述要求，组合仪器支架的分析设计要包括静力学分析、模态分析、扫频振动分析、随机振动分析，以验证组合仪器支架耐力学特性。以往组合仪器支架的研制主要通过振动试验获取支架的静、动态特性，有时为满足重量、刚度及频率特性要求，支架设计方案需经过多次试验才能确定，这不仅需要大量的经费支持，而且会影响研制周期pJ。人们在广泛吸收现代数学、力学理论的基础上，作者简介：刘立新(1968)，高级工程师

6、，飞行器设计专业：研究方向：运载嚣电气系统设备安装设计。收稿日期l201卜12-19烈鲰信息化技术2012年2月第1期借助于计算机获取满足工程要求的数值解，即数值模拟技术¨J。目前，在结构设计领域内，有限元分析是应用最为普遍的计算机辅助分析手段。随着有限元法理论研究的深入及科学技术的发展，基于有限元法的大型商用分析软件在工程设计中有了越来越广泛的应用”J。面对组合仪器支架这种复杂结构分析及其试验的昂贵费用，有限元法作为一种强有力的数值分析方法具有独特的应用价值。本课题的主要研究对象为某型号运载器上安装有三台仪器设备的组合仪器支架，使用有限元软件MSC．Patran

7、／Nastran对其进行有限元建模和结构动力学分析。本文研究成果将有效地提高组合仪器支架的设计质量，节约研制经费，缩短研制周期；同时为组合仪器支架结构在未来型号的应用奠定基础，因此具有重要的实用意义。2组合仪器支架的有限元模型2．1结构特征组合仪器支架及其所安装的仪器设备如图l所示。该支架为钣金结构，各部分采用铆接形式连接。为方便叙述，将安装的三台仪器设备编号，中间的编号为仪器1，左右两侧的分别编号为仪器2和仪器3，使用橡胶减振器将三台设备安装于支架上，其中仪器2、3的安装方式相同。图2所示为支架结构示意图，底座部分为对称的两根横梁，主要起到安装固定作用：侧板主要

8、是为了安装