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典型结构三轴与单轴随机振动应力响应等效的试验条件研究

李国云  
【摘要】:振动试验是鉴定结构或仪器设备能否承受预计的振动环境的一种必要手段。与单轴振动试验相比,三轴振动试验由于能准确快速方便的模拟实际振动环境而受到广泛重视,近年来三轴振动台也逐渐问世。然而由于其起步较晚,目前无统一的三轴振动试验标准。本论文从使三轴振动的应力响应与单轴振动应力响应等效为出发点,裁剪三轴振动的载荷谱,研究三轴振动的试验条件,具体完成工作如下:首先是基础力学的相关理论以及有限元仿真技术的研究,并且简要叙述了ANSYS Workbench的优化功能。通过模态分析算例、随机振动分析算例和ANSYS Workbench的载荷优化分析算例验证了本文使用软件的正确性,为后续分析提供了理论基础。其次是简单结构的三轴随机振动试验条件的研究。对简单悬臂梁结构进行单轴与三轴随机振动的应力响应对比分析,得出三轴振动比任一单方向的单轴振动响应应力都大的结论;运用载荷优化分析,裁剪三轴振动的输入载荷谱,并分析裁剪前后载荷谱的均方根值的比值与裁剪前后等效应力的均方根值的比值的关系,为后续的有限元分析提供依据。之后是CAD/CAE协同仿真以及夹具对系统模态振动的影响的研究。由于本论文舱段模型较为复杂,有限元分析时需要先在三维绘图软件Pro/E中进行简化处理,然后导入ANSYS Workbench中进行有限元分析,因此本文讨论了CAD/CAE的协同建模仿真。同时从理论上分析了夹具对整个试验系统的影响,为下文分析夹具对系统的振动特性的影响提供了指导。最后是典型舱段结构的三轴随机振动试验条件的研究。给出了舱段结构的有限元模型,分析了夹具对舱段系统的振动特性的影响,然后对舱段结构进行单轴与三轴随机振动响应的应力响应对比分析,基于载荷优化方法,裁剪三轴同时加载的载荷谱,给出三轴随机振动试验的裁剪方案。


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