捷聯(lián)式架構(gòu)已成為慣性導(dǎo)航裝置普遍采用的結(jié)構(gòu)形式。隨著航天飛行器飛行速度不斷提升以及再入大氣層超高速飛行時(shí)經(jīng)歷的強(qiáng)烈的氣動(dòng)噪聲,捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)面臨惡劣的、隨機(jī)的、寬頻的以及多方向性的振動(dòng)力學(xué)環(huán)境。嚴(yán)苛的振動(dòng)力學(xué)環(huán)境使捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在某頻段的振動(dòng)量級(jí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其內(nèi)部慣性器件能夠保持精度的振動(dòng)量級(jí),造成捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)性能的不穩(wěn)定或電子元器件損壞,甚至導(dǎo)致導(dǎo)航功能下降或喪失。針對(duì)新型光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的力學(xué)環(huán)境適應(yīng)性問題,本文提出在系統(tǒng)研制期間引入以結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析和力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)為核心的動(dòng)態(tài)優(yōu)化循環(huán)設(shè)計(jì)方法,該方法在系統(tǒng)幾何模型設(shè)計(jì)完之后,系統(tǒng)樣機(jī)制造之前,引入結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模與分析技術(shù)求解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特征和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。獲得現(xiàn)有設(shè)計(jì)的強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性等力學(xué)參數(shù),具體的顯示結(jié)構(gòu)各部分應(yīng)力、應(yīng)變、位移、速度、加速度等力學(xué)特性分布情況,直觀的描述出系統(tǒng)的力學(xué)薄弱環(huán)節(jié)和結(jié)構(gòu)缺陷位置。之后有目的的返回設(shè)計(jì)階段修改幾何設(shè)計(jì)方案。通過反復(fù)修改、完善和優(yōu)化,使得在系統(tǒng)樣機(jī)制造之前已得到理論上的最佳設(shè)計(jì)方案,最后通過樣機(jī)制造和力學(xué)試驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證和完善。動(dòng)態(tài)優(yōu)化循環(huán)設(shè)計(jì)法克服了傳統(tǒng)的“幾何設(shè)計(jì)-樣機(jī)制造-力學(xué)... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：166 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)

（a）幾何結(jié)構(gòu)及坐標(biāo)系 （b）邊界約束彈簧圖 3.1 三維環(huán)扇形板結(jié)構(gòu)原理圖Fig.3.1 Schematic diagram of the 3-D annular sector plates根據(jù)小變形假設(shè)以及應(yīng)變–位移關(guān)系，厚環(huán)扇形板的應(yīng)變分量可寫成：1rrzzuru vr rwzθθεεθε = = + = 11rrzzv u vr r ru wz rv wz rθθγθγγθ = + = + = + 根據(jù)胡克定律，厚環(huán)扇形板的應(yīng)力–應(yīng)變關(guān)系可以寫成：( )( )( )222, ,rr rr zzrr zzzz rr zzr r rz rz z zθθθθ θθθθθ θ θ θσ ε ε εσ ε ε εσ ε ε ετ γ τ γ τ γ = Θ + Ξ + Θ + Θ = Θ + Θ + Ξ + Θ = Θ + Θ + + Θ + Ξ = Ξ = Ξ = Ξ ,(1 )(1 2 ) 2(1 )E μEμ μ μΘ = Ξ =+ +

因此需要進(jìn)行系統(tǒng)幾何模型的初步化簡，去除系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中對(duì)計(jì)算結(jié)果影響小的部分，如某些開孔、倒角、凸起、凹槽等幾何結(jié)構(gòu)。同時(shí)清理自由邊、特征線、重復(fù)面、多余面相交等特征，清理小圓角、小孔等細(xì)小結(jié)構(gòu)。光纖陀螺儀、加速度計(jì)以及印刷電路板的力學(xué)性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)精度影響大,作為主要關(guān)注對(duì)象盡可能保留必要結(jié)構(gòu)。在保證原模型基礎(chǔ)特征的情況下，幾何化簡可明顯提高計(jì)算質(zhì)量：一方面從整體上利用結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)簡化幾何模型，減少自由度；另一方面可以解決不同類型單元連接或由特殊構(gòu)造引起的總剛方程相關(guān)問題。幾何模型簡化過程中，各特征之間存在復(fù)雜的相互連接關(guān)系，簡單刪部分幾何結(jié)構(gòu)特征而不考慮相互之間的連接約束關(guān)系極易造成部分特征出現(xiàn)錯(cuò)誤，恢復(fù)步驟復(fù)雜。本文方法是:將系統(tǒng)模型的各個(gè)部件從總的幾何模型中單獨(dú)分離出來，對(duì)分離的部件分別進(jìn)行化簡操作。然后對(duì)化簡后的各部件進(jìn)行重新組裝，得到化簡后系統(tǒng)幾何模型。不僅使每個(gè)部件都可以得到有效化簡，而且部件之間的連接關(guān)系更加明顯和清晰，大大降低錯(cuò)誤出現(xiàn)的可能性。經(jīng)過初步化簡后的幾何模型如圖 3.4 所示，在進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分時(shí)如果有需要還可以再經(jīng)過幾何清理完成進(jìn)一步結(jié)構(gòu)化簡工作。

【參考文獻(xiàn)】：
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