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在機(jī)載雷達(dá)通訊設(shè)備中，安裝架作為雷達(dá)設(shè)備的重要承力結(jié)構(gòu)件和電子設(shè)備安裝平臺，其作用是將雷達(dá)可更換單元(LRU)安裝固定在飛機(jī)雷達(dá)艙內(nèi)，同時(shí)提供各LRU間電纜布線、冷卻風(fēng)量分配及接地等功能。受載機(jī)重量和空間的嚴(yán)格限制，要求安裝架不僅重量輕、體積小，而且必須滿足載機(jī)在過載、沖擊和隨機(jī)振動等惡劣環(huán)境條件下結(jié)構(gòu)的剛強(qiáng)度要求。
為了保證安裝架的結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度以及各設(shè)備的可靠性，使其適應(yīng)載機(jī)的過載、沖擊、振動等環(huán)境條件，必須對安裝架進(jìn)行剛強(qiáng)度有限元分析和疲勞損傷評估，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)安裝架。本文結(jié)合實(shí)際工程設(shè)計(jì)需要，基于機(jī)載雷達(dá)設(shè)備安裝架，考慮載機(jī)的實(shí)際工作環(huán)境條件，采用有限元分析方法對安裝架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜力、沖擊、隨機(jī)振動分析和耐久試驗(yàn)條件下的結(jié)構(gòu)疲勞損傷評估。分析結(jié)果對于雷達(dá)安裝架結(jié)構(gòu)的輕量化、小型化設(shè)計(jì)和環(huán)境試驗(yàn)具有重要的工程意義和指導(dǎo)作用。
根據(jù)雷達(dá)的組成與布局，安裝架采用框架結(jié)構(gòu)形式，分為上下兩層，每層安裝兩個(gè)LRU。LRU與安裝架采用“定位銷一導(dǎo)軌一螺釘”相結(jié)合的方式固定聯(lián)結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)各單元的快速更換與維修。考慮到安裝架的可制造性，整個(gè)安裝架由前框、后框、底框、輔助梁、支座以及固定板組成，通過鉚釘連接起來。
安裝架承受的最大過載為13. 5g；沖擊載荷為后峰鋸齒波，其峰值加速度為20g，持續(xù)時(shí)間11 ms；隨機(jī)振動激勵(lì)的頻率范圍為10-2000 Hz。
本文針對機(jī)載雷達(dá)安裝架進(jìn)行分析簡化，通過Pro/E軟件建立模型并在Ansys軟件環(huán)境下劃分網(wǎng)格，賦予各自的材料屬性，包括密度、彈性模量、泊松比等。整個(gè)安裝架有限元模型共有110962個(gè)單元、117552個(gè)節(jié)點(diǎn)。
由于此安裝架的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且屬于薄壁結(jié)構(gòu)，在有限元分析中滿足殼單元的簡化計(jì)算條件，因此采用殼單元并劃分網(wǎng)格。整個(gè)安裝架由多個(gè)框架通過鉚釘連接起來，在有限元分析中，完全模擬鉚釘?shù)倪B接關(guān)系并考慮相互作用關(guān)系是一個(gè)非常復(fù)雜的非線性分析，為此作一定的簡化處理：在鉚釘連接處使用一體化結(jié)構(gòu)代替，由于沒有考慮連接部件的接觸關(guān)系，連接處的應(yīng)力與實(shí)際情況必然有一定的誤差，但對總體的應(yīng)力分析影響很小，該簡化方式在實(shí)際工程中是可行的。
雷達(dá)安裝架組件實(shí)際使用過程中安裝有4個(gè)LRU，簡化計(jì)算將其等效為集中質(zhì)量，通過多點(diǎn)約束單元與相關(guān)節(jié)點(diǎn)約束起來。
根據(jù)安裝架在飛機(jī)上的安裝狀態(tài)，邊界條件為：A和B點(diǎn)為銷釘連接，邊界條件為釋放銷釘軸向的平動和轉(zhuǎn)動自由度，其余自由度約束；C點(diǎn)為螺栓連接，按6個(gè)方向自由度全部約束處理。
根據(jù)環(huán)境條件，對雷達(dá)安裝架各個(gè)方向在過載條件下進(jìn)行仿真分析，結(jié)果顯示應(yīng)力與變形最惡劣方向?yàn)閅向。最大應(yīng)力出現(xiàn)在安裝架前部支耳根部，其值為97.8 MPa，小于材料的抗拉強(qiáng)度(材料為鑄鋼OCr18Ni9，502 MPa)，滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。
最大變形出現(xiàn)在安裝架上層安裝LRU處，其值為0.36 mm，滿足結(jié)構(gòu)指標(biāo)要求。
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