某机载显控台结构的有限元分析*

杨玉光，周 吉，李齐兵

(南京电子技术研究所， 江苏 南京 210039)

某机载显控台结构的有限元分析*

杨玉光，周 吉，李齐兵

(南京电子技术研究所， 江苏 南京 210039)

机载显控台在结构设计阶段就要考虑结构刚强度是否满足载机的振动环境条件要求。为了节约试验成本，缩短研发周期，在设计阶段广泛采用计算机辅助工程(CAE)技术。文中针对某机载显控台的结构形式，运用ANSYS有限元分析软件，建立了有限元分析模型，对显控台进行了模态分析，并在此基础上进行了随机振动分析。结果表明该显控台的结构设计满足要求。该仿真分析为产品提供了科学、准确的设计依据。

显控台；刚强度；有限元分析

引 言

机载雷达技术的不断发展对雷达适应严酷环境的要求越来越高，对显控台的结构设计要求也不断提高，轻量化是机载设备永远追求的目标。机载显控台作为重要的机载电子设备平台，既要尽可能地降低设备重量，又要保证显控台结构在机载振动冲击环境下不被破坏。同时产品的研发也面临着研发周期短、性能要求高的问题，想要在较短的时间内全面完成产品的研制，采用CAE 等现代化辅助分析技术是必不可少的[1-2]。对显控台结构进行有限元仿真计算是使其设计符合刚强度要求的重要手段。

1 显控台有限元分析

显控台由操作台支撑底架、操作台以及背部的加固结构组成，其设计模型如图1所示。分析时所采用坐标系的Y方向为竖直方向，X方向为宽度方向，Z方向为深度方向。

图1 显控台模型

1.1 有限元模型建立

显控台支撑底架以及背部的加固结构均为薄壁件(厚度为1 mm至3 mm不等)，所以在模型简化时对其作抽取中面处理，在分析时采用薄壳单元来模拟。操作台为整体成型结构，虽然大体上也为薄壁构件，但在某些局部区域的厚度并不相等，所以在分析时采用实体单元来模拟。对显控台上的设备，采用质量点来简化。简化后的分析模型如图2所示。

图2 显控台简化模型

1.2 网格划分

显控台顶部操作台结构采用实体单元进行网格划分，而底部支架采用薄壳单元进行网格划分，为了保证单元的网格质量，在可能的高应力或者应力集中区域进行了网格细化。划分好的网格模型如图3～图5所示，共514 119 个单元，873 846 个节点。

图3 顶部操作台网格

图4 局部网格细化

图5 底部支架网格

1.3 边界约束条件

显控台底部使用4 个螺钉，背部使用2个螺钉固定(见图6)。在有限元模型中，约束所有螺钉连接处3个方向上的自由度。

图6 显控台边界约束位置

1.4 模态分析

对显控台进行模态分析，得到前4阶固有频率(见表1)和振型，如图7所示。从图7可以看出，操作台局部变形较大。

表1 前4阶频率值

图7 前4阶固有频率和振型

1.5 随机振动分析

在模态分析基础上，采用模态叠加法进行随机振动分析，分别在3个方向上按给定振动谱(见图8和图9)施加激励，施加位置即边界约束位置(见图6)。在各方向的激励下，应力可以满足要求,如图10所示。最大变形也在许用范围内，如图11所示。

图8 Y向振动谱

图9 X、Z向振动谱

图10 随机振动位移云图

图11 随机振动应力云图

2 结束语

从上述计算结果可以看出，显控台的整体结构性能较好，能满足环境设计要求。按照仿真结果，对显控台进行合理设计，并对仿真中发现的局部薄弱结构进行适当加强。在前期设计阶段，结合有限元分析方法，对显控台结构性能进行设计仿真，不仅节约了生产加工成本，而且缩短了研制时间。当然，目前计算机仿真还不能完全取代试验验证，仿真结果与试验结果对比需要在后期进一步开展。

[1] 李素梅. 王勖成. 有限单元法[M]. 北京: 清华大学出版社, 2003.

[2] 张洪武, 关振群. 有限元分析与CAE技术基础[M]. 北京: 清华大学出版社, 2004.

[3] 魏强. 机载显控台抗振动仿真分析设计[J]. 电子机械工程, 2012, 28(4): 60-61, 64.

[4] 杭燚, 孙帆, 沈文军. 直升机载显控台设计与实验[J]. 电子机械工程, 2015, 31(1): 39-41, 45.

[5] 李钊, 王志海. 基于有效模态质量优选法的机载雷达随机振动分析[J]. 电子机械工程, 2015, 31(1): 1-6.

杨玉光(1978-)，男，高级工程师，主要从事结构设计工作。

周 吉(1989-)，男，助理工程师，主要从事结构设计工作。

李齐兵(1986-)，男，工程师，主要从事结构设计工作。

声 明

为适应我国信息化建设，扩大本刊以及作者的知识信息交流渠道，本刊已被封面上的数据库全文收录，其作者文章著作权使用费与本刊稿酬一次性付给。如作者不同意文章被收录，请在来稿时向本刊申明，本刊将作适当处理。

Structure Analysis of an Airborne Display and Control Console

YANG Yu-guang，ZHOU Ji，LI Qi-bing

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

It is necessary to consider at the design stage whether the strength and stiffness of the airborne display and control console meet the requirements of work conditions. In order to reduce the cost of environmental tests and shorten the development cycle, the CAE technology is widely used at design stage. In this paper, the structure design of a display and control console is analyzed by ANSYS software. The finite element model is established. The strength and stiffness performances of the display and control console under different work conditions are solved by ANSYS. The results show that the strength and stiffness of the display and control console can meet the design requirement. The mechanical simulation provides scientific and accurate design consideration.

display and control console; strength and stiffness; finite element method

2016-03-17

TH959.73

A

1008-5300(2016)04-0062-03