在航空航天以及武器装备等诸多领域,对零部件使用前的质量保证都是至关重要的,然而由于其往往具有强大的自破坏性且试验成本极其高昂,因此利用地面半实物仿真技术来对其进行实装前的测试就显得尤为重要。本文基于航天院某所实际工程项目,研制用于航天伺服机构性能测试、验收的负载模拟装置,主要模拟伺服机构实际工作时所承受的各种负载,包括较大载荷的弹性力矩。同时针对其载荷特点,利用理论计算和有限元分析的方法,从结构强度、模态分析、弹性力矩加载特性等方面对负载模拟装置的可靠性和准确性进行评估和分析。首先,设计了负载模拟系统的整体结构。针对设计要求,分别设计了底架、主轴与摇臂、弹性力矩加载机构、摩擦力矩加载机构、惯量调节机构。介绍了系统主要的设计流程及其工作原理。其次,针对系统较大载荷弹性力矩模拟的特点进行了零部件强度校核以及结构优化。对于主轴、锥销、弹簧钢板和螺栓组等零件采用理论计算的方法进行校核与优化;对底架和摇臂两个结构复杂的零件则采用有限元分析和基于变密度连续体拓扑结构优化的方法来进行分析。然后,对系统的共振问题进行了讨论。采用理论分析的方法对弹性力矩加载机构和轴系机构两个容易产生共振的部件进行固有频率计算;利用有限元分析的方法对整个系统的结构进行模态分析。通过固有频率与实际工作频率的对比研究,确定系统在工作时不会产生共振。最后,对弹性力矩的加载特性进行分析,主要研究了其线性与对称性。通过理论推导得到主轴顺时针和逆时针旋转时弹性力矩与主轴转角的关系式,并通过计算曲线和理想曲线进行对比分析来讨论加载的线性特征,对主轴顺时针和逆时针旋转时的加载曲线进行对比分析来讨论加载的对称性特征,同时给出了减小误差的方案以及实际的操作方法。图55幅,表24个,参考文献70篇。