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某型航空电子设备及安装架动力学分析

陈施能  
【摘要】: 航空电子设备是飞机的重要组成部分。航空电子设备在机载使用环境中经常受到振动和冲击作用。根据美国军方的统计,在引起航空电子设备失效的环境因素中,振动因素约占27%。为提高航空电子设备的可靠性,对其进行全面的动力学分析是必不可少的。 本文以某型航空电子设备及其安装架为分析对象,利用有限元方法对航空电子设备及其安装架进行了动力学分析,并根据分析结果,对安装架进行了优化设计。主要研究内容如下: 首先,建立了航空电子设备的有限元模型。航空电子设备内部结构复杂,既有机械框架又有电路板,且电路板上的元器件种类多,分布情况复杂。本文详尽分析了航空电子设备有限元建模过程中的关键步骤,研究了电路板的有限元建模方法,针对模块级的电子设备,采用了精细建模和质量等效相结合的方法建立了有限元模型,针对整机级的电子设备,则采用了质量等效的方法建立了有限元模型。 其次,对已建立的有限元模型进行了模态分析,得到航空电子设备的固有频率及振型,通过与实验数据的对比,验证了有限元模型是准确的。 为全面了解该航空电子设备的动力学特性,对经过验证的模型进行了随机振动分析和瞬态动力学分析。得到了航空电子设备上关键点的加速度功率谱密度、随机振动位移云图及重要元器件上的加速度响应曲线。 航空电子设备安装架是电子设备和飞机之间的机械接口,起到紧固和支持电子设备的作用。本文根据当前安装架的设计尺寸,建立了安装架的有限元模型,经实验模态验证后,进行了模态分析,随机振动分析,并以减轻重量,提高刚度和减小随机振动应力为目标,进行形状和尺寸的优化设计。 综上所述,本文以有限元方法为主要手段,通过试验和仿真结合的研究路线,对航空电子设备及安装架进行了动力学分析,分析结果对航空电子设备的结构设计、印制板布局提供了一定的参考依据,且相关的计算方法对其他类型的电子设备的动力学分析也有一定的参考意义。


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