机械结构动态设计方法及应用研究

随着生产和科学技术的高速发展，机械产品与设备也日益向高速、高效、精密、轻量化和自动化方向发展，产品的结构日趋复杂，对其工作性能的要求也愈来愈高。为了使这些产品和设备安全可靠的工作，其结构系统必须具有良好的静、动态特性。 现代机械结构动态设计就是在这个背景下应运而生的一种科学设计方法，也是近年来振动工程界开展的最广泛的研究领域之一。当前，为了提高我国机械产品在国际市场中的竞争能力，如何保证产品的高性能、高质量和低成本，是机械产品设计面临的新问题。为此，要求在设计阶段能预估机械结构的静、动特性。因此，机械动态设计方法已成为设计人员必须掌握的设计手段。研究机械动态设计分析技术具有很重要的现实意义。 本文以某水下航行器壳体结构为实例，利用先进的动力学理论分析方法和振动测试手段，将理论建模与试验建模相结合的动态设计方法应用于水下航行器壳体结构动态设计分析过程。论文在深入研究有限元法与试验模态分析理论基础上进行了如下工作。 首先，利用有限元法，基于大型通用有限元分析软件ANSYS，建立了水下航行器壳体结构的动力学有限元分析模型，求得结构的振动特性与动力响应特性，为壳体结构振动预测、结构动力学修改与设计提供了理论依据。论文在有限元理论分析基础上，对水下航行器壳体样机进行了试验模态分析。为了验证试验结果的可靠性，分别使用PULSE多分析仪、虚拟仪器两套仪器对样机进行试验模态分析，测出冲击响应的时间历程曲线、频率响应函数曲线以及相干函数曲线。测试结果对比表明，试验结果可靠。将试验结果与理论结果对比，理论计算误差在可接受的范围内，说明有限元建模比较合理。 为使结构具有良好的动态特性，本文探索了灵敏度分析技术，对水下航行器壳体结构进行了动力学修改，较好地完成了机械结构动态设计过程的应用研究。