论文部分内容阅读
随着机载设备可能会承受更加恶劣的机械振动等环境影响,为不断提高现代飞机、飞行器等航空装备性能,对机载电子设备进行结构动力学分析和结构优化设计是必须要解决的问题,具有重要意义。本文以某机载电子设备安装架作为研究对象,首先从理论上阐述了模态分析、试验设计(DOE)分析方法以及基于代理模型的结构优化方法。根据安装架的研究现状和存在的问题,并以安装架的实际结构尺寸和工况,建立了安装架的参数化有限元分析模型,计算出该设备的动力学特性,通过实验模态测试给予验证。在此基础上,引入DOE理论,采用优化设计理论和DOE理论相结合的优化方法进行安装架结构优化。最终获得了更为合理的安装架。本文的主要内容体现在以下几个方面：(1)建立了安装架有限元动力学分析模型。根据安装架的结构建模原则,通过使用SolidWorks三维软件建立安装架的CAD模型,将CAD模型导入有限元分析软件ANSYS,在分析软件内对几何模型进行细化处理、单元选择、赋予材料属性、划分网格等,最终建立了准确的安装架有限元模型,为同类电子设备的建模工作提供了方法依据。(2)搭建了安装架模态测试的实验平台,获得了安装架实验模态测试结果,分别利用有限元模态分析和试验模态分析得出航空电子设备某型安装架的固有频率和模态振型,并进行了对比分析。分析结果显示,采用本文建立的有限元模型,分析结果与实验测试值的相对误差在10%以内,说明建立的安装架有限元模型与安装架实际结构吻合,分析结果是可信的。为进行安装架的结构优化设计奠定了基础。(3)针对安装架参数的优化过程中首先面临影响安装架模态频率的结构因素多的问题,首次引入DOE分析方法,得到显著影响一阶模态频率指标的结构因素主要是底板孔尺寸,其次是板厚度。而显著影响质量指标的结构因素主要是板厚度,其次是侧板高度。(4)针对安装架结构参数优化存在计算量大、效率低的问题,提出基于代理模型的安装架结构参数优化方法,并以安装架的板厚度H、侧板高度d、底板孔长L和底板孔宽W为设计变量,实现了基于BP神经网络模型的安装架结构优化,将优化前后的结果进行比较验证,结果显示优化后安装架的一阶模态频率在提高了的同时重量也有一定幅度的减轻。最后用有限元计算验证了优化结果的正确性。