双轴综合测试台外框架结构参数优化设计方法研究

摘要

转台广泛应用于航天、航空、国防等军事尖端领域，其能够模拟飞行器在空间的俯仰、滚转及偏航等运动姿态，本论文中的双轴动静态综合测试转台是用于陀螺或其他飞行器在地面上的实物仿真测试。作为一种专用的高精度的仿真测试转台，必须要求其具有良好的静、动态指标，良好特性指标直接关系到仿真和测试实验的置信度和可靠度。转台的外框支架是转台最重要的支撑构件，其结构为U型，本论文主要分析了在保证转台固有频率不小于80Hz和负载工作台的位移小于4.61μm的情况下，尽量减少外框支架的质量，进而减少外框系统的转动惯量，增加外框支架的刚度。
　　根据转台的设计指标，设计了 U-U型双轴动静态综合测试转台。在有限元分析前，对双轴动静态综合测试转台初始几何模型进行简化，对边界条件进行合理处理，对简化后的构件材料进行等效处理，利用SolidWorks提供的Simulation模块对外框支架进行结构尺寸优化，得到了外框支架的长度、宽度、壁厚及加强筋厚度的最优组合，减少了外框架的质量，增加了外框架的刚度。
　　人工神经网络优化设计法优化双轴动静态综合测试转台，神经网络的样本由有限元分析得到，利用MATLAB神经网络工具箱建立人工神经网络模型、明确了影响转台固有频率主要因数和次要因数，得到了外框支架的长度、宽度、壁厚及加强筋厚度的最优组合。再利用线性规划法，根据神经网络中得到的样本，利用MATLAB求解，确定每个因数的影响因子，再利用MATLAB中的fmincon函数，在设计变量变化范围内，求解得到外框支架尺寸的最优组合。
　　利用动态分析仪（Agilent35670A）测试双轴动静态综合测试转台的固有频率，与上述三种优化方法分析得到的结果进行对比分析，总结了有限元优化、人工神经网络优化和线性规划方法优化三种优化设计方法的优缺点和应用场合。

目录

双轴综合测试台外框架结构参数优化设计方法研究

RESEARCH ON THE OPTIMIZATION OF THE STRUCTURAL PARAMETERS FOR THE OUTSIDE FRAMEWORK OF THE DUAL AXLE COMPREHENSIVE TESTING TURNTABLE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的

1.2 国内外转台的发展概况

1.3 机械优化设计的发展概况

1.4 机械优化设计方法

1.5 主要研究内容

第2章 基于有限元的结构优化设计

2.1 有限元的基本理论

2.2 机械优化设计基本理论

2.3 双轴动静态综合测试转台的结构及简化

2.4 双轴动静态综合测试转台有限元分析

2.5 本章小结

第3章 基于神经网络的结构优化设计

3.1 人工神经网络理论

3.2 正交表的应用

3.3 人工神经网络优化双轴动静态综合测试转台

3.4 线性规划方法优化双轴动静态综合测试转台

3.5 本章小结

第4章 转台机械振动测试与分析

4.1 试验目的

4.2 试验步骤

4.3 试验激振点和测量点设置

4.4 试验安排

4.5 优化结果的分析

4.6 优化方法的比较

4.7 本章小结

结 论

参考文献

附 录

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致 谢