[发明专利]航天器振动试验夹具评价系统

摘要

本发明公开了一种航天器振动试验夹具评价系统，包括：(1)夹具属性浏览模块；(2)夹具模态计算模块；(3)夹具振动响应特性计算模块；(4)夹具性能评价模块；(5)夹具管理数据库。本发明的系统实现了夹具特性计算分析—夹具特性评价—夹具数据管理的一体化过程，可以快捷地完成夹具动态特性仿真计算和动态特性指标的定量评价，降低工程师的工作量，提高夹具评价和夹具模型管理的效率。

主权项

1.一种航天器振动试验夹具评价系统，包括：(1)夹具属性浏览模块(2)夹具模态计算模块；(3)夹具振动响应特性计算模块；(4)夹具性能评价模块；(5)夹具管理数据库；其中：(1)夹具属性浏览模块：用于对夹具机械CAD模型、夹具固有频率信息、夹具振动响应特性进行查看，夹具机械CAD模型包括二维图纸模型和三维实体模型，夹具机械CAD模型、夹具固有频率信息、夹具振动响应特性数据存储在夹具管理数据库中；(2)夹具模态计算模块：用于对夹具有限元模型进行模态计算，即先设定模态频率求解阶数，进行模态计算，获得模态频率和模态振型结果并进行显示，然后将模态频率结果传送给夹具性能评价模块和夹具管理数据库以分别进行夹具固有频率特性的评价和数据的管理和存储；(3)夹具振动响应特性计算模块：用于对夹具有限元模型进行振动响应特性计算，包括4个子步骤：a)组合建模；b)振动响应计算参数设置；c)夹具振动响应特性计算；d)夹具振动响应特性的输出与存储；a)组合建模：集成振动试验的振动台有限元模型，并调用MSC.PATRAN软件打开振动台有限元模型，在MSC.PATRAN环境下导入夹具有限元模型，并将夹具有限元模型与振动台有限元模型使用刚性单元或梁单元按物理关系进行连接，获得夹具有限元模型与振动台有限元模型的组合模型；b)振动响应计算参数设置：在MSC.PATRAN环境下，在振动台有限元模型上设置输入力载荷，在振动台台面上设置控制点，在夹具上设置测量点；同时，在MSC.PATRAN环境下选择振动响应计算方法，设置振动响应计算输出结果类型为加速度；在该模块环境下设置振动响应计算控制谱，设置振动响应计算控制压缩比；c)夹具振动响应特性计算：该模块首先调用MSC.NASTRAN软件进行振动台与夹具组合模型的频率响应特性计算，通过MSC.NASTRAN计算结果文件，即f06文件输出控制点和测量点的频率响应函数，并集成f06文件读取程序，自动识别并读取f06文件中的频率响应函数数据，然后调用集成的振动响应计算程序，进行夹具振动响应特性计算；d)振动响应特性计算结果输出与存储：模块读取夹具振动响应特性计算结果的数据文件，以曲线的方式显示夹具测点的振动响应数据，并在曲线显示窗口可以查看振动响应曲线的最大值和对应的频率值，再将结果数据文件传送并存储到夹具管理数据库中；(4)夹具性能评价模块：通过夹具机械尺寸评价准则、重量评价准则、固有频率评价准则以及振动响应评价准则对上述夹具四个方面的性能进行指标定量评价，评价结果传送并存储到夹具管理数据库中，其中：机械尺寸的评价准则为根据预先输入的夹具上下连接面直径和高度计算夹具圆台体角度，并比较圆台体角度是否落入40-50°范围，落入则满足要求，否则不满足，落入的角度范围可以根据特殊工程问题需要而重新设定；圆台体角度的计算公式为α＝arctan(2h/(R_d-R_u))，其中h为夹具高度，R_d为上下连接面直径中较大的直径，R_u为上下连接面直径中较小的直径；重量的评价准则为：计算夹具主体最大允许重量并与预先输入的夹具实际重量比较，判断夹具实际重量是否小于夹具最大允许重量；小于则满足要求；夹具主体最大允许重量计算公式为其中m为夹具主体最大允许质量，单位为kg；K为常系数，一般取0.8；F为振动台最大正弦推力，单位为N；a为航天器正弦振动试验输入条件的最大加速度，单位为m/s²；m₁为航天器总质量，单位为kg；m₂为振动台动框质量，单位为kg；m₃为振动台台面质量，单位为kg；固有频率的评价准则为：以航天器振动试验最高频率或航天器第一阶固有频率的3-5倍值为参考值，根据夹具模态计算结果，比较夹具第一阶固有频率与参考值，判断夹具第一阶固有频率是否高于参考值，并给出比较结果，高于参考值显示满足试验要求，否则显示不满足试验要求；振动响应特性的评价准则为：根据夹具振动响应特性计算结果，比较夹具正交方向的振动响应特性，当试验频率不高于150Hz时，判断正交方向振动响应是否小于激振方向振动量级的1/3，小于则显示满足试验要求，否则显示不满足试验要求；当试验频率高于150Hz时，判断正交方向振动响应是否小于激振方向振动量级的2/3，小于则显示满足试验要求，否则显示不满足试验要求；(5)夹具管理数据库：用于存储夹具机械CAD模型、夹具有限元分析模型、夹具模态计算结果、夹具振动响应特性结果、夹具性能评价结果，并综合管理夹具数据。