航空機載溫度傳感器振動(dòng)特性分析論文

　　摘要：文章采用有限元仿真分析軟件ANSYS對某型航空機載溫度傳感器在隨機振動(dòng)載荷下的應力狀態(tài)進(jìn)行有限元分析，從而完成對結構的可靠性評估。根據有限元和隨機振動(dòng)相關(guān)理論，結合仿真分析結果，該型溫度傳感器在承受規定的隨機振動(dòng)載荷時(shí)，安全系數高，該結構具有足夠的抗振強度，結構可靠性穩定。

　　關(guān)鍵詞：溫度傳感器；隨機振動(dòng)；有限元仿真；ANSYS

　　1概述

　　航空機載傳感器所經(jīng)受的工作環(huán)境極為惡劣，在相當短的時(shí)間內會(huì )經(jīng)受相當大的隨機振動(dòng)載荷，從而引起很大的交變應力，振動(dòng)疲勞損傷非常嚴重[1]。因此，在產(chǎn)品設計階段，采用隨機振動(dòng)理論對產(chǎn)品及各零部件結構進(jìn)行振動(dòng)特性仿真分析，找出各設計參數對產(chǎn)品性能的影響規律，并采取相應的改進(jìn)措施，優(yōu)化產(chǎn)品的結構，提高產(chǎn)品的結構穩定性，保證傳感器在整個(gè)任務(wù)階段不出現疲勞破壞。文章針對某型航空機載溫度傳感器進(jìn)行了基于A(yíng)NSYS的有限元振動(dòng)疲勞仿真分析。通過(guò)計算隨機振動(dòng)的峰值應力值來(lái)對結構的可靠性進(jìn)行考察，通過(guò)在共振頻率點(diǎn)的應力響應來(lái)計算隨機振動(dòng)的峰值應力，比較峰值應力與材料的'屈服極限的大小來(lái)考察結構的可靠性[2]，判斷結構的抗振強度及薄弱位置，以確定結構設計方案的優(yōu)劣，為結構進(jìn)行改進(jìn)和提高結構的可靠性提供依據。

　　2溫度傳感器產(chǎn)品概述

　　2.1產(chǎn)品功能

　　傳感器安裝在燃油控制裝置殼體內，用于測量流經(jīng)燃油控制裝置內的計量燃油溫度，并將燃油溫度信號轉變?yōu)殡娦盘栞斔偷诫娮涌刂破鳌?/p>

　　2.2產(chǎn)品組成

　　傳感器主要由感溫元件（1）、外殼（2）、套管（3）和蓋（4）等構成。

　　3振動(dòng)特性仿真分析

　　3.1有限元計算前處理

　　3.1.1有限元模型的建立

　　根據溫度傳感器的設計圖紙、裝配關(guān)系和CAD數字樣機建立有限元模型，對不影響產(chǎn)品結構強度的刻字、導線(xiàn)、裝配螺紋等特征進(jìn)行簡(jiǎn)化，對其他特征進(jìn)行詳細建模。傳感器幾何形狀較為復雜，為保證足夠的分析精度，重要部位盡量細化網(wǎng)格，共劃分了41023個(gè)單元，72901個(gè)節點(diǎn)。

　　3.1.2傳感器材料參數的設定

　　傳感器的套管、外殼、蓋等零件材料為不銹鋼1Cr18Ni9Ti。

　　3.1.3傳感器約束設定

　　根據實(shí)際安裝情況，傳感器通過(guò)外殼零件上的安裝螺紋與燃油控制裝置殼體上的安裝孔相連，因此需對安裝螺紋面施加固支約束。

　　3.2有限元計算結果及分析

　　3.2.1模態(tài)分析

　　模態(tài)分析用于確定設計中結構或部件的振動(dòng)特性，即計算固有頻率及振型。它是瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、諧響應分析、譜分析等更詳細的動(dòng)力學(xué)分析的起點(diǎn)。文章基于有限元法的線(xiàn)性振動(dòng)理論，應用ANSYS軟件模態(tài)分析中的子空間法（SubspaceMethod）[3]，對傳感器結構的前6階振動(dòng)特性進(jìn)行分析，計算結果如表2所示。從總體來(lái)看，傳感器的固有頻率較高，各階固有頻率均在2000Hz以上，即當產(chǎn)品所承受的振動(dòng)載荷頻率在2000Hz以?xún)鹊恼駝?dòng)載荷時(shí)，不會(huì )因發(fā)生共振而導致結構破壞。

　　3.2.2隨機振動(dòng)分析

　　隨機振動(dòng)分析也稱(chēng)功率譜密度分析（PSD），屬于一種概率統計分析。功率譜密度是結構對隨機動(dòng)力載荷響應的概率統計，后處理結果為功率譜密度-頻率關(guān)系曲線(xiàn)。有限元隨機振動(dòng)分析就是建立在對結構進(jìn)行振動(dòng)分析得到結構的各階振型和固有頻率的基礎上，進(jìn)一步根據所給的加速度功率譜求出結構在這些隨機激勵下的位移響應和應力響應。文章利用ANSYS軟件對傳感器進(jìn)行隨機振動(dòng)特性進(jìn)行仿真計算[4]，通過(guò)對響應的分析為結構可靠性設計提供理論依據.

　　4結束語(yǔ)

　　文章利用仿真分析軟件ANSYS對某型溫度傳感器的振動(dòng)特性進(jìn)行了分析和校核，以確定產(chǎn)品結構的可靠性，得到以下結論：

　�。�1）傳感器的固有頻率較高，前6階固有頻率均在2000Hz以上，因此當產(chǎn)品所承受的振動(dòng)載荷頻率在15Hz～2000Hz以時(shí)，不會(huì )因為共振而產(chǎn)生結構失效的可能。

　�。�2）傳感器按功能振動(dòng)譜承受沿三軸向的隨機振動(dòng)載荷時(shí)，其應力水平和變形量都非常低，屈服安全系數均在44以上，振動(dòng)載荷對傳感器結構可靠性影響不大，因此該結構具有足夠的強度。

　　參考文獻:

　　[1]姚起杭.姚軍防止結構振動(dòng)疲勞的設計技術(shù)[J].飛機工程，2006，3：9-11.

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　　[3]黃康，仰榮德.基于A(yíng)NSYS的汽車(chē)橫向穩定桿疲勞分析[J].機械設計，2008，25（12）：66-68.

　　[4]徐灝.疲勞強度[M].北京：高等教育出版社，1988.