[发明专利]基于CAE动力学分析的转台结构优化设计方法

说明书

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，具体涉及一种基于CAE动力学分 析的转台结构优化设计方法。

背景技术

转台是一种重要的地面测试设备，用于惯性导航系统和惯性元件检 定、标定，以及模拟飞行器姿态运动。

由于转台的特殊地位和广泛的市场需求而受到世界技术发达的国 家和发展中国家的普遍重视，美国、俄罗斯、德国、法国、印度、中国、 瑞士等国都在转台研制工作上投入了较大的人力和财力。目前我国与世 界先进水平的差距主要表现在：(1)对于转台相关技术缺乏深入的研 究，因而导致了研制转台的可靠性差，也没有批量生产的能力；(2)转 台台体制造工艺及安装方面有待提高。我国工业总体水平的差距限制了 转台的技术性能。

目前转台研制中机械方面的几个关键技术问题：(1)转台的结构研 究。目前结构的设计很大程度上仍然取决于经验，而且结构刚度将直接 影响整个系统精度是否能够保证，也直接影响到结构谐振频率能否进一 步提高，特别是结构谐振频率，对提高转台的动态响应至关重要。结构 采取什么样的形式、框架的壁厚、框架内部筋的布置、框架采用什么材 料都有待进一步研究。(2)可靠性和稳定性研究。从转台问世以来，不 可靠、不稳定性给用户带来诸多麻烦，又因转台的功能越来越复杂，精 度越来越高，不稳定不可靠就成为测试设备的一个重大隐患。模块化、 标准化、工程化则是解决这个问题的突破口。

随着惯性导航技术的发展，惯性元件和惯性导航系统精度的不断提 高，作为其试验平台的精度及仿真环境也要不断地提高。早年的仿真环 境为实验室静态环境，现在则要求转台能够提供振动环境，这就要求转 台必须要有很好的静态特性和动态特性才可以在此基础上提供相应的 振动。因此，必须对转台系统的静动态特性进行研究。

有限元法作为力学分析中的数值法，起源于航空工程中的矩阵分 析，把一个连续的介质看成是由有限数目的单元组成的集合体。简言之， 就是化整为零，积零为整的研究。有限元法是一种先进的，行之有效的 方法，具有其他方法无法比拟的优点，如节省投资、缩短研究周期等。

ANSYS公司是世界著名的CAE技术公司，是目前国际上最著名的 大型通用有限元分析软件，经过30年的发展，已形成融结构、热、流 体、电磁、声学及多物理场耦合为一体的大型通用有限元分析软件，广 泛应用于航空航天、石油、化工、汽车、造船、铁道等各个领域，极强 的分析功能涵盖了几乎所有的工程问题。ANSYS软件是第一个通过 ISO9001质量认证的大型分析设计类软件，是美国工程师协会、美国核 安全局及近20种专业技术协会认证的标准分析软件。在国内第一个通 过了中国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院17个部位推广使 用。

模态分析作为动力学分析的基础，可以求的模态参数(固有频率、 振型)，从而为机械结构的合理设计提供依据。模态分析为今后转台避 开共振点附近的设计提供了合理的依据。谐响应分析则求的某一频率下 结构的应力应变值，考核在共振情况下是否超过了许用值，同时可以绘 制振动伯德图求出振动的衰减及放大率，为转台的振动性能是否达标提 供了参考依据，而随机振动分析可以求得结构在开环情况下某一位置处 的随机振动情况。

发明内容

本发明的目的在于解决现有振动转台的动静力学设计难题，提供一 种基于CAE动力学分析的转台结构优化设计方法。

本发明是这样实现的：

一种基于CAE动力学分析的转台结构优化设计方法，包括如下步 骤：

第一步：初步确定形状尺寸壁厚布局；

第二步：转台结构分解；

第三步：部件初步分析；

第四步：设计值第一次检验；

第五步：整体再次分析；

第六步：设计值第二次检验。

如上所述的初步确定形状尺寸壁厚布局步骤，根据传统经验设计转 台，初步确定其形状尺寸壁厚布局，绘制三维CAD模型图。

如上所述的转台结构分解步骤，将转台整体结构分解为四大部件。

如上所述的四大部件具体包括框架、底座、轴系及电机码盘，所述 的轴系具体包括轴承、轴承座、轴承压板和轴。

如上所述的部件初步分析步骤，对第二步设计的转台各个主要部件 进行模态分析；对转台各个主要部件进行谐响应分析，提供谐波载荷。