航天相機大熱耗器件散熱片隨機振動響應分析

楊近松

(中國科學院 長春光學精密機械與物理研究所，長春 130033)

航天相機大熱耗器件散熱片隨機振動響應分析

楊近松

(中國科學院 長春光學精密機械與物理研究所，長春 130033)

大熱耗器件散熱片是航天相機熱控單元的關鍵部件，有必要對其進行隨機振動響應分析，以驗證結構設計方案的可靠性。本文利用有限元方法分析了大熱耗器件散熱片在隨機振動環境下的響應特性，分析結果表明:在隨機振動環境作用下，散熱片加速度及位移響應在安全裕度內，結構設計方案的可靠性滿足使用要求。

散熱片;隨機振動;響應分析

0 引言

在衛星發射過程中，航天相機會經歷隨機振動作用，這種隨機振動會對航天相機內部結構造成破壞［1－2］，而大熱耗器件散熱片是航天相機熱控單元的關鍵部件，由于是薄板狀結構，有成為薄弱部位的可能，因此有必要對其進行隨機振動響應分析。

本文對航天相機大熱耗器件散熱片建立了有限元模型，通過仿真分析預示了大熱耗器件散熱片在隨機振動環境下的響應特性，以驗證結構設計方案的正確性，為結構可靠性設計提供參考依據。

1 分析計算

1.1 有限元模型

有限元模型的建立應最大程度地忠實于原結構，大熱耗器件散熱片有限元模型直接由三維實體生成以精確描述幾何體，采用四面體單元劃分，劃分完的模型單元總數為12949，節點總數為3667，有限元模型示意圖如圖1所示。

分析模型所用材料屬性由表1中的數據提供。

圖1 大熱耗器件散熱片有限元模型材料屬性

表1 大熱耗器件散熱片材料屬性

1.2 載荷與邊界條件

隨機振動基礎輸入由表2中數據確定，輸入曲線見圖2。由于用大質量法模擬基礎輸入［3－4］，大質量點與散熱片安裝位置節點用RBE2相連，因此對大質量點處節點自由度全約束。

表2 隨機振動輸入條件

圖2 隨機振動基礎輸入曲線

2 計算結果

2.1 模態分析

求解大熱耗器件散熱片前三階模態，頻率與振型見表3及圖3、圖4、圖5。

表3 大熱耗器件散熱片模態分析結果

圖3 大熱耗器件散熱片一階振型

圖4 大熱耗器件散熱片二階振型

圖5 大熱耗器件散熱片三階振型

2.2 隨機振動分析

2.2.1 響應節點

由模態分析結果確定散熱片凸臺上響應節點，響應節點具體位置如圖6所示。

圖6 大熱耗器件散熱片響應節點位置圖

2.2.2 加速度響應

散熱片響應節點加速度功率譜密度曲線見圖7，由圖中數據可知加速度均方根值放大倍率A=45.7g/10.5g=4.4，在使用安全裕度內。

2.2.3 位移響應

大熱耗器件散熱片響應節點位移分析結果見表4，表中數據顯示相對位移為31 um，滿足相對位移小于50 um的使用要求。

圖7 散熱片響應節點加速度響應曲線

表4 散熱片響應節點位移分析結果(um)

3 結語

仿真分析結果表明:在隨機振動環境作用下，大熱耗器件散熱片加速度及位移響應在安全裕度內，結構設計方案的可靠性滿足使用要求。通過對航天相機大熱耗器件散熱片隨機振動環境的響應分析，驗證了結構設計方案的可靠性，為結構振動設計提供合理的參考依據，縮短了產品設計周期及降低了研制成本。

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Random Vibration Response Analysis of the Heat Sink of an Aerospace Camera

YANG Jin-song

(Changchun Institute of Optics，Pine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033，China)

As a important component of space camera，the random vibration analysis of heat sink should be completed to verify the reliability of structure design.This paper analyzes the characteristics of random vibration response of heat sink by means of finite element method.The analysis result indicates that the acceleration and displacement response of heat sink are in the safety range under random vibration environment，so the reliability of structure design can meet using demand.

heat sink;random vibration;response analysis

TP391.9

A

1009－3907(2011)10－0016－03

2011-08-30

楊近松(1969-)，男，吉林長春人，副研究員，碩士，主要從事CAD/CAE技術的研究。

責任編輯:吳旭云