通信收发机铝壳组件振动模态分析.pdf

研究论文 R E S E A R C H 通信收发机铝壳组件振动模态分析术 高峰。张德银，刘志勇 ( 中国民航飞行学院，广汉6 1 8 3 0 7 ) 【摘要】研究了机栽空地通信系统收发机铝壳组件的振动模态，首先用有限元分析软件建立了实际尺寸的机载空地 通信系统收发机铝壳组件分析模型，分析用实体单元采用适应性很强并有退化性的s o l i d l 8 5 ，材料属性参数采用实 际测得的参数值，对模型进行了自由网格划分并开启等级为7 的智能分网，根据实际安装尺寸对底部方形安装孔内 孔面及其周围一定范围内的节点加载0 约束，获得了铝壳组件各振动模态参数，并分析了1 阶、2 阶、3 阶模态的振 型情况。根据模态分析结果和实际使用条件，利用约束阻尼结构对机载空地通信系统收发机铝壳组件进行减振设 计，测试结果表明：在高频段约束阻尼结构减振效果较好，在中低频段的减振效果稍差，约束阻尼结构的预紧压力大 小会明显影响到低频段的减振效果。 关键词：通信收发机；铝壳组件；振动模态；减振 V i b r a t i o nM o d a l A n a l y s i so fA l u m i n u mS h e Uo fC o m m u n i c a t i o n1 n r a n s c e i V e r G A O F e n g ，Z H l A N GD e y i n ，L I UZ h i y o n g ( C i V i lA V i a t i o nF l i g h tU n i V e r s i 够o fC h i n a ，G u a n g h a n6 18 3 0 7 ，C h i n a ) 【A B S T R A C T 】 T h eV i b r a t i o nm o d a lo fa l u m i n u ms h e Uo fa i r b o m ea i 卜t o - g m u n dc o m m u n i c a t i o n 仃a n s c e i V e ra r em V e s - t i g a t e di nt h i sp 叩e r T 1 1 ea n a l y s i sm o d eo ft h ea l u m i n u ms h e Uo fa i r b o m ea i r - t o - g r o u n dc o m m l l l l i c a t i o nt r a n s c e i V e rw i t h a c t u a ls i Z ei sb u i l tu pu s i I l gt h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i ss o f h a r e n ea d a p t i v ea n dd e g e n e r a t i V eS 0 1 i d l 8 5i sa d o p t e da sa n a 虮i c a ls o l i de l e m e n tm o d e T l l ep r a c t i c a lm e a s u r e dp a r 锄e t e rV a l u ei s 印p l i e dt ot h em a t 嘶a lp a r a m e t e ro fS 0 1 i d l8 5 T h e 五陀em e s hd i v i s i o ni sa d o p t e db yt h i sm o d ea n dt h eo p e nc l a s so f t h ei n t e l l i g e n tm e s hd i V i s i o ni s7 T h e1 0 a d e dz e r or e s 仃a i n s a r ea p p l i e dt oj o i n t so ft l l ei n t e m a ls u r f - a c e 粕di t ss 咖u n d i n go fs q u a r em o u n t i n gh 0 1 ea tt h eb o t t o mo ft h i sm o d e T h eV i b r a t i o nm o d a lp a r a m e t e r so ft h i sa l u m i n u ms h e Uo fa i l b o m ea i r - t o - g r o u I l dc o m m u n i c a t i o nt r a n s c e i V e ra r eo b t a i n e db yt h e 劬i t ee l e m e n t 狮a l y s i ss o f t w a r ea n dt h et h ef i r s to r d e r ，s e c o r do r d e ra I l dt h i r do r d e rV i b r a t i o nm o d a la r ea 1 1 a l y s e d B a s e do n t t l er c s u l t so fm o d a la I l a l y s i s 锄da c t u a l 印p l i e dc o n d i t i o n s ，t h er e s 仃a i nd 锄p i n gs 缸1 l c n l r ei su s e dt od a m p i n gd e s i g no ft h e a l u m i n u ms h e l lo fa 证b o m ea i r - t o g r o u n dc o m m u n i c a t i o n 仃a n s c e i V e r T h ec o n t r a s td a m p i n gm e a s u r e dr e s u l t so fa l u m i n u m s h e Uw i t ha n dw i t h o u tm er e s n a i nd a m p i n gs 仃u c t u r es h o wt h er e s 仃a i nd a m p i n gs t r u c t u r eh a sp e r f e c td 锄p i n ge f f e c t sa t h i g h 骶q u e n c yb 锄d ，b u tt h ed a m p i n ge 行e c t sa tm i d d l ea n dl o w 行e q u e n c yb a n da r ew o r s et h a nt h o s ea th i g hf r e q u e n c y b a n d A n dm e 咖i n ge a e c t sa tl o w 矗e q u e n c yb a n d w e r ei n n u e n c e db yt h ep r e l o a d e dp r e s s u r eo ft h er e s 仃a i nd 锄p i n g S t r u c n J r e K e y w o r d s ： C o m m u n i c a t i o n 仃a n s c e i V e r ；A l u m i n u ms h e l l ；b r a t i o nm o d a l ；D 锄p i n g D o I ：1 0 1 6 0 8 0 a i s s n l 6 7 1 8 3 3 x 2 0 1 6 1 2 0 8 8 机载电子设备在飞行过程中，长期承受振动、冲击 及摩擦力作用，会使设备产生疲劳损坏，电参数漂移，器 件引线或焊点断裂，以及引线位移使器件分布参数发生 变化等 l 】。影响机载电子设备性能的环境因素比较多， 如高温、高压、强电磁干扰、机械振动与冲击等。美国空 军航空电子整体研究项目的结果表明，机械振动与冲击 基金项目：中国民航局科技基金项目( M H R D z 2 0 1 1 2 7 ) 和中国 民航飞行学院青年基金( Q 2 0 1 3 0 2 4 ) 。 8 8 航空制造技术2 0 1 6 年第1 2 期 是导致航空电子设备产生故障的第二大因素口】。由于 机载电子设备小型化、轻量化以及愈来愈严酷的应用环 境，振动和冲击对机载电子设备的影响已变得非常突 出。为防止振动和冲击对机载空地通信系统设备功能 与结构的破坏，一般采用外部加减振器与机载通信设备 连接减振，这与电子设备小型化和功能集成化的发展趋 势背道而驰。探索在一定振动和冲击环境中去掉外部 减振器，从而实现机载空地通信系统设备硬装的前提条 万方数据 R E S E A R C H研究论文 件是，必需知道机载空地通信系统设备动态特性即振动 模态。本文以某型机载空地通信系统设备铝壳组件为 研究对象，根据该型号收发机实际几何尺寸，研究其振 动模态。 某型机载空地通信系统设备铝壳组件实际振动情 况千姿百态、瞬息变化，其在进行自由振动时所具有的 振动特性叫做振动模态。振动模态分析就是以振动理 论为基础，以模态参数为目标的分析方法，它往往通过 一定理论模拟或试验手段来确定振动模态参数【3 】。根 据理论模拟或试验手段获得振动模态，为机载空地通信 系统收发机设备内电路板减振设计提供了理论依据，也 为实际的机载空地通信系统收发机设备铝壳组件与内 部电路板之间的减振应用提供了理论基础【4 l 。 1 振动模态及其分析方法 振动问题一般是由激励、振动系统和响应3 部分组 成，振动问题的研究对象即为振动系统。外界激振力 等因素叫做激励( 输入) ，作用于系统使之产生振动响应 ( 输出) 。模态分析是振动研究中很重要的内容，所谓振 动的模态是机械结构的一种属性。在结构力学中，可以 用它来描述振动系统的特性。对于任何机械系统，各点 对于外力的振动都可以表示为由固有频率、模态阻尼、 模态振型等模态参数表征的各振动模态的叠加【5 】。因 此，以机械结构系统为对象进行振动特性分析，可通过 求取表征模态的性能参数来进行。通过建立用模态参 数表示的振动系统的运动方程，并确定其模态参数的过 程便称为模态分析嘲。 结构模态分析技术分为理论模态分析和试验模态 分析两大类，它们是解决复杂结构动态特性设计的重要 手段。理论模态分析是以线性振动理论为基础，研究激 励、系统和响应三者间的关系；试验模态分析是解决如 何通过对结构的动态测试和信号分析来确定被测系统 的模态参数，其理论基础是系统频率响应和模态参数的 关系，核心内容是描述系统结构动态特性的固有频率和 振型等模态参数。基于上述的模态分析基本理论，试验 模态分析必须解决两个核心问题：第一，采用哪些测试 方法才能获取包含振动系统全部模态信息的频率响应 值或曲线，这是试验模态测试方法问题；第二，如何从测 试的频率响应曲线中提取出部分或全部模态参数，这是 试验模态参数识别问题【_ ”。 2振动模态有限元分析 由于某型机载空地通信系统收发机设备由多个组 件组成，应对各组件进行单独分析，为了简要说明分析 方法，本文仅关注某型机载空地通信系统设备铝壳组 件振动模态分析。机载空地通信系统收发机铝壳组件 几何尺寸( 长宽高) 为2 5 3 m m 1 5 9 m m 5 2 m m ， 铝机壳厚度为1 m m ；安装孔为长方形，尺寸为 2 3 m m 1 5 m m ，位于机件底部，距机件底部左边7 1 m m ， 距机件底部前边2 4 m m ，模型如图1 所示。 某型机载空地通信系统收发机铝壳组件使用软 件A N s Y s1 3 o 进行分析计算隅】，单元采用s o l i d l 8 5 。 s o l i d l 8 5 是一种适应性很强的实体单元，且具有退化性， 材料属性参数如表1