基于Ansys的捷聯慣導被動減振研究

中北大學 穆 翔 鄭 賓 李 彬

1 捷聯慣導系統模型建立與仿真分析

根據某裝備內部捷聯慣導系統，通過SolidWor ks軟件建立與捷聯慣導系統等效的三維實體模型，機械結構安裝示意圖如圖1所示。

圖1 某裝備內部捷聯慣導系統安裝組件

將四種各波形穩定后的峰值取出，如表1所示。

2 捷聯慣導被動減振系統設計

2.1 被動減振系統設計要求

由于捷聯式慣性導航系統中的許多器件都為高精度器件，因此要在有效控制振動的同時不能額外引入附加的角振動和線振動，這有這樣才能真正意義上滿足捷聯式慣性導航系統高精度的減振設計要求。同時還應該滿足以下的要求：成本低，經濟合理；通過合理布置阻尼器件的位置，盡可能的減小振動的耦合；捷聯式慣性導航系統減振后的最大振幅滿足設計要求[6]。

表1 四種不同頻率正弦載荷下質心處Y方向最大位移

通過以上設計要求的分析，減振系統的原理圖如圖2所示，最終實現保護捷聯慣導系統的目的[7]。

圖2 被動減振系統原理圖

2.2 捷聯慣導被動減振系統簡化模型

由于無論是捷聯慣組還是安裝支架的剛度和質量相對于阻尼減振器都大很多，而且捷聯慣組的固有頻率也遠高于簡諧激勵頻率，因此在對捷聯慣導被動減振系統進行建模分析時，做出以下假設：

1）安裝支架和捷聯慣組均視為剛體，只做單方向往復運動；

2）阻尼減振器件本身的質量可忽略不計，且阻尼減振器件自身是定常線性系統，即其阻尼力與速度、彈性力與位移成正比；

3）捷聯慣導系統的質心位于其幾何中心；

4）所有振動引起的位移均視為小位移。

基于以上的四個假設，可以把單自由度振動系統理解成單自由度剛體彈性支撐系統，其系統模型圖如圖3所示。

圖3 單自由度剛體的彈性支撐系統模型圖

該系統的動力學方程為：

解方程式(3.1)可以得到傳遞到結構體的力的幅值同干擾力的幅值 之比， 為力的傳遞率或者稱為振動傳遞率T。其表達式為：

3 捷聯慣導被動減振系統仿真分析

在ANSYS軟件中對捷聯慣導被動減振模型進行模態分析，得到捷聯慣組被動減振系統的前四階模態，將捷聯慣組被動減振系統的前四階模態與捷聯慣導系統等效模型前四階模態進行分析對比，如表2所示。

表2 捷聯慣導模型與被動減振模型前四階模態對比

各波形穩定后的峰值取出，同捷聯慣導系統施加前四階模態頻率的正弦載荷的質心Y方向位移進行比較，在捷聯慣導系統與被動減振系統一階共振頻率處，捷聯慣導系統在加入被動阻尼減振器件后，在系統振動的過程中吸收了部分振動能量，使得捷聯慣導系統模型質心處Y方向的振幅有所減小，最大幅值的減振幅度約為10.7%。在捷聯慣導系統與被動減振系統二、三、四階共振頻率處，捷聯慣導系統在加入被動阻尼減振器件后，使得捷聯慣導系統模型質心處Y方向的振幅分別減小約為15.4%、16.8%、20.2%。

4 結論

根據仿真分析設計了合理的被動減振系統，對不同阻尼減振元件進行了形狀、位置及厚度的優化，對捷聯慣導被動減振系統建立三維模型，對其進行模態分析和正弦載荷加載分析，得出結論為被動阻尼減振器件對捷聯慣導系統等效模型有明顯減振效果，最大振幅的減振幅度在20.2%。

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