【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电转台，涉及二维转台结构设计领域，具体涉及一种基于模态分析的二维转台u形架结构设计方法。
技术介绍
1、随着光电技术的快速发展，光电二维转台在工业、航天、军事等领域均有广泛的应用；对转台的调整精度、稳定性、可靠性、轻量化等要求日益提高。因应用场景差异，光电二维转台在使用过程中往往需要面临复杂环境下产生的随机振动以及冲击影响，因此转台在满足轻量化要求的同时必须具备良好的结构刚度；以保证探测系统具有良好的成像质量或检测精度。u形架作为转台最重要的承载结构件，其质量占比大并且同时连接了转台的方位轴系和俯仰轴系，其整体刚度的优劣直接影响转台产品整体的动态特性；因此有必要对u形架进行轻量化设计，在质量减轻的前提下提高结构刚度，从而使转台的动态特性满足使用要求。
2、现有二维转台u形架模态分析技术中，设计人员对于负载的模拟多采用刚性单元或柔性单元直接连接质量点，会造成u形架结构整体刚度的异常改变，导致u形架结构改进对二维转台动态性能提升的不确定性；同时，现有技术中未对模态仿真输出结果进行预处理，造成在跨模态的u形架结构优化重合区域分析对比时难度增加、效率降低；此外，现有技术未考虑构型优化后u形架在满足设计目标值下可承受的最大负载，进而导致当二维转台负载组件更换较重传感器时，无法对二维转台动态性能进行快速评估。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于模态分析的二维转台u形架结构设计方法。针对u形架的实际负载设计情况，采用刚性单元与双腿柔性单元结合
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：
3、步骤1：创建u形架的三维模型和对三维模型进行预处理。
4、步骤1.1：创建u形架的三维模型并进行初始轻量化。
5、根据二维转台负载组件的外轮廓尺寸以及俯仰的极限角度评估俯仰组件的转动空间，设计u形架的开口宽度、深度。考虑u形架内部线缆布置，设计u形架底部截面厚度。在u形架底部中间位置开孔，设计u形架方位轴安装接口尺寸。综合考虑u形架两侧内壁器件的安装以及负载组件俯仰轴的位置、方位向回转空间的限制，设计u型架侧面截面厚度及俯仰轴的开孔位置和尺寸。在确定了u形架的外轮廓以及与u形架直接固连的零件、电子元器件安装位置后，考虑零件加工工艺，对u型架的底部及两侧，通过挖槽、开孔的方式进行初始轻量化设计。
6、步骤1.2：进行u型架三维几何文件预处理。
7、应用三维设计软件对u形架三维模型进行几何清理，检查并修正建模过程中因挖槽、开孔可能导致网格划分异常的局部结构缺陷。
8、步骤2：建立u形架的有限元模型，对u型架进行网格划分，设置边界条件和材料属性。
9、步骤2.1：进行u型架网格划分。
10、应用有限元前处理软件导入完成几何清理的u形架三维模型，设置单元类型和网格尺寸，完成u形架网格划分。
11、步骤2.2：设置u形架边界条件。根据u形架在二维转台的装配情况以及二维转台的实际安装情况对u形架施加几何约束。
12、步骤2.3：设置u形架材料属性。根据u形架选用材料的物理特性，设置模态分析中需要的密度、弹性模量和泊松比信息。
13、步骤3：采用刚性单元与双腿柔性单元结合的方式完成u形架负载质量设置。
14、根据u形架在二维转台的负载情况，在u形架两侧俯仰轴的开孔周边位置分别应用刚性单元rbe2模拟u形架与俯仰耳轴的连接，应用双腿柔性单元rbe3模拟负载组件与俯仰耳轴的连接；双腿柔性单元位置与u形架俯仰轴重合；应用[rbe3，eid,,refgrid,refc,wt1,c1,g1,1,wt2,c2,g2,1]，借助前处理软件操作完成双腿柔性单元rbe3设置。其中，rbe3表示插值约束单元；eid表示单元标识号；refgrid为参考点标识号，refc表示为参考点的运动分量；wt1表示为节点g1,1的运动分量权重系数；c1表示权重系数为wt1节点g1,1的运动分量；g1,1表示为具有运动分量c1、权重系数wt1的节点标识号；wt2表示为节点g2,1的运动分量权重系数；c2表示权重系数为wt2节点g2,1的运动分量；g2,1表示为具有运动分量c2、权重系数wt2的节点标识号。方案中，负载组件作为质量点，设为mf放置于u形架俯仰轴与方位轴相交点位置，初始负载质量设为mf0；参考点refgrid与负载质量点重合；refc为123456，wt1、wt2设置为1；c1设置为1234，c2设置为123；g1,1和g2,1分别为两个rbe2单元中心的独立主节点。
15、步骤4：应用nastran对u形架进行模态分析，输出频率、单元应变能、质量等信息。模态求解方法选择lanczos法，在nastran软件求解；应用eigrl,sid,v1,v2，其中eigrl表示模态求解应用lanczos法；sid表示集标识号(整数>0)；v1表示设定模态分析时的频率范围下限值，v2表示设定模态分析时的频率范围上限值(v1、v2为实数或空白，v1<v2)。方案中设置v2为500，求解输出500hz范围内的模态仿真结果；应用ese(thresh＝p)＝all，其中，ese表示单元应变能输出请求，thresh＝p表示能量值小于总能量p％的单元能量在所有输出文件中不输出结果；all表示求解所有单元的能量值；p为应变能截断设定系数，方案中分别设置pmin＝0.0005和pmax＝0.01，完成单元应变能输出范围控制。设u形架首次模态求解得到的基频为f1，质量为m1；第i次求解得到的基频为fi，质量为mi。
16、步骤5：判断负载质量mf是否改变，若未改变将求解出的基频fi和质量mi分别与设计要求值f0和m0进行比较。(若初次设计未定义f0和m0，可以根据u形架首次模态求解得到的fi和mi以及基频提升的预期值a和质量减轻的预期值b，设置：f0＝f1×(1+a％)；m0＝m1×(1-b％)，初次设计可以设置a＝10，b＝2)；若频率或质量未达到设计要求(fi＜f0或mi＞m0)则继续进行步骤6-7后重新进行步骤2-4；如果求解出的频率和质量均达到预期值(fi≥f0并且mi≤m0)，则继续步骤8。若负载质量变化，则直接进行步骤8。
17、步骤6：分析各阶模态中单元应变能的极值位置、跨多阶模态下应变能系数大于应变能最大截断设定系数pmax的重合区域，分析跨多阶模态下应变能系数小于应变能最小截断设定系数pmin的重合区域；根据不同本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于模态分析的二维转台U形架结构设计方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的基于模态分析的二维转台U形架结构设计方法，其特征在于，步骤1中的具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的基于模态分析的二维转台U形架结构设计方法，其特征在于，步骤2中的具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的基于模态分析的二维转台U形架结构设计方法，其特征在于，步骤3中，根据U形架在二维转台的负载情况，在U形架两侧俯仰轴的开孔周边位置分别应用刚性单元RBE2模拟U形架与俯仰耳轴的连接，应用双腿柔性单元RBE3模拟负载组件与俯仰耳轴的连接；双腿柔性单元位置与U形架俯仰轴重合；应用[RBE3，EID,,REFGRID,REFC,WT1,C1,G1,1,WT2,C2,G2,1]，借助前处理软件操作完成双腿柔性单元RBE3设置；其中，RBE3表示插值约束单元；EID表示单元标识号；REFGRID为参考点标识号，REFC表示为参考点的运动分量；WT1表示为节点G1,1的运动分量权重系数；C1表示权重系数为WT1节点G1,1的运动分量；G1,1表示为具有运
5.根据权利要求1所述的基于模态分析的二维转台U形架结构设计方法，其特征在于，步骤4中，模态求解方法选择lanczos法，在Nastran软件求解；应用EIGRL,SID,V1,V2，其中EIGRL表示模态求解应用lanczos法；SID表示集标识号(整数>0)；V1表示设定模态分析时的频率范围下限值，V2表示设定模态分析时的频率范围上限值(V1、V2为实数或空白，V1<V2)；应用ESE(THRESH＝p)＝all，其中，ESE表示单元应变能输出请求，THRESH＝p表示能量值小于总能量p％的单元能量在所有输出文件中不输出结果；all表示求解所有单元的能量值；p为应变能截断设定系数，其中定义U形架首次模态求解得到的基频为f1，质量为M1；i次求解得到的基频为fi，质量为Mi。
6.根据权利要求1所述的基于模态分析的二维转台U形架结构设计方法，其特征在于，步骤5中，
7.根据权利要求1所述的基于模态分析的二维转台U形架结构设计方法，其特征在于，步骤8中，若求解出的频率不满足预期值，U形架的最大负载质量为当前负载质量与累加质量的差。
8.根据权利要求4所述的基于模态分析的二维转台U形架结构设计方法，其特征在于，具体的，REFC为123456，WT1、WT2设置为1；C1设置为1234，C2设置为123。
9.根据权利要求5所述的基于模态分析的二维转台U形架结构设计方法，其特征在于，具体的，设置V2为500，求解输出500Hz范围内的模态仿真结果；应变能设定值pmin＝0.0005和pmax＝0.01，完成单元应变能输出范围控制。
...【技术特征摘要】
1.一种基于模态分析的二维转台u形架结构设计方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的基于模态分析的二维转台u形架结构设计方法，其特征在于，步骤1中的具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的基于模态分析的二维转台u形架结构设计方法，其特征在于，步骤2中的具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的基于模态分析的二维转台u形架结构设计方法，其特征在于，步骤3中，根据u形架在二维转台的负载情况，在u形架两侧俯仰轴的开孔周边位置分别应用刚性单元rbe2模拟u形架与俯仰耳轴的连接，应用双腿柔性单元rbe3模拟负载组件与俯仰耳轴的连接；双腿柔性单元位置与u形架俯仰轴重合；应用[rbe3，eid,,refgrid,refc,wt1,c1,g1,1,wt2,c2,g2,1]，借助前处理软件操作完成双腿柔性单元rbe3设置；其中，rbe3表示插值约束单元；eid表示单元标识号；refgrid为参考点标识号，refc表示为参考点的运动分量；wt1表示为节点g1,1的运动分量权重系数；c1表示权重系数为wt1节点g1,1的运动分量；g1,1表示为具有运动分量c1、权重系数wt1的节点标识号；wt2表示为节点g2,1的运动分量权重系数；c2表示权重系数为wt2节点g2,1的运动分量；g2,1表示为具有运动分量c2、权重系数wt2的节点标识号；负载组件作为质量点放置于u形架俯仰轴与方位轴相交点位置；参考点refgrid与负载质量点重合；g1,1和g2,1分别为两个rbe2单元中心的独立主节点。
5.根据权利要求1所述的基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：王才义，崔群，肖宏成，陈剑峰，李威，范俊玲，林加强，吴定宇，张筱泉，刘洋，王健，王加健，徐学美，
申请(专利权)人：北方信息控制研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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