某装备结构动态特性分析

技术篇 2007年 第十期 某装备结构动态特性分析

霍 红

(中北大学,太原 030051)

摘 要:利用试验模态分析法获得了某机枪结构的模态参数,分析了机枪的动态特性,并通过基于模态试验的灵敏度分析方法,获得了影响该机枪动态特性的敏感部位,为改善机枪动态特性提供了依据.

关键词:机枪;灵敏度分析;动态特性;分析

中图分类号:TP302.7 文献标识码:A 文章编号:1005 8354(2007)10 0001 02

Analysis on structural dyna m ic characteristics

for certai n equi p m e nt

HUO H ong

(N orth U n i ve rs i ty o f Ch i na ,T a i yuan 030051,Chi na)

Abstract :A ccor ding to modal analysism etho d,modal parametersw ere derived and structural dynam ic charac teristics were analyzed.U sing sensitivit y analysis of model test ,t he dyna m ic characteristics and sensitive p oints of a m achine gun were obt ained.These woul d be used to i m prove dyna m ic propert y of t hemachine gun.

K ey words :machine gun;sensitivity analysis ;struct ural dyna m ic characteristics ;analysis

收稿日期:2007 08 22

作者简介:霍红(1968 ),女,实验师,研究方向:火炮、自动武器与弹药工程.

0 引 言

当今为提高自动武器的机动性,广泛采用弹性枪架,但随着重量的减轻,武器系统的振动加剧.而武器系统的振动又直接影响到射击精度,特别是弹丸出膛

口时的横向位移、横向速度以及弹丸初始扰动等对武器射击精度影响尤其明显

[1]

.为此,需掌握武器系统

的固有特性,为分析和优化机枪的动力学特性提供依据,以提高其射击精度.而系统固有特性一般可由理论分析方法和试验方法获得,前者是利用有限元分析法,后者是利用试验模态分析法,随着试验技术的发展和测量仪器精度的提高,利用试验模态分析法得到的结果越来越受到重视,并且常常作为验证有限元模型正确性的主要依据,所以,常采用理论分析和试验两种方法相结合建立模型

[1,2]

,以获得接近实际的结

果,为进一步分析如结构修改设计及结构动力特性优化设计提供良好的基础.本文以某机枪为例,采用试验模态分析法识别机枪系统的模态参数和分析其动

态特性,并在此基础上进行了灵敏度分析,获得机枪动力学特性对各参数变化的灵敏度,为机枪的动力学特性优化设计提供依据.

1 机枪结构试验模态分析

1.1 模态测试系统

模态测试系统基本由以下几部分组成:激励部分、信号测量和数据采集部分、信号分析和频响函数

估计部分

[3]

.其测试系统框图见图1所示.

图1 机枪模态试验系统框图

1

第十期 2007年 技术篇

1.2 机枪试验模态分析

试验模态分析通常包括:对结构进行激励、测量激励力和响应、估计频响函数、识别模态参数等几个步骤.机枪试验模态分析应用了CRA S 数据采集和模态分析软件系统,依次对各点采用脉冲锤击激励,在枪口(第26点)单点测量其加速度信号获取系统的传递函数并对之进行模态分析及参数识别.为了保证振型能全面反映系统的低频振动特性,把测量点选择在枪身口部,激励点在枪身上设置了11个特征点,在枪架上设置了24个特征点,总共有35个激励点,每点计x 、y 两个方向的自由度,激励点和测量点的具体布置见图2所示.

图2 试验点布置图

为了保证测试精度,在试验中注意并解决了以下问题:(1)支承方式:采用地面支承使试验时边界条件接近于实际情况;(2)结点的布置:遵循先简后繁的原则,使结点布置合理;(3)激振点的选择:激振点要避开振动节点和使激振方便易行;4)传感器的定位与安装;(5)各仪器设备共地问题.

2 试验结果

2.1 机枪结构的固有特性

经试验模态分析及参数识别得到机枪系统的前四阶固有频率及其对应的振型,如表1所示.

表1 机枪固有频率及振型

阶序频率(H z)

振型(模态形状)113.76枪身相对枪架横向扭振216.27枪身相对枪架上下摆动和弯曲振动

318.24枪身相对枪架横向摆振4

21.14

枪身上下振动,架杆上下弯曲振动

由振型动画可以看出:在机枪的第一阶和第二阶振动模态中,枪身产生较明显的振动而枪架体几乎不动;在机枪的第三阶和第四阶振动模态中,枪身和枪架同步振动.从整体上讲,枪身振动活跃于枪架振动,而枪身的振动中枪管前部即枪口处和抵肩的振动尤其剧烈,这主要是由于两处距支撑点(第25点)较远,且其径向尺寸较小,刚性较差,而枪架的刚度较大.

2.2 灵敏度分析

灵敏度分析是基于机枪试验模态分析所得的固有频率,利用CRA S 数据采集分析系统的频率灵敏度分析功能计算频率对质量和对刚度的灵敏度.文中分别计算出了前四阶固有频率(13.76H z 、16.27H z 、18.24H z 、21.14H z)对质量和刚度的灵敏度,如表2和表3所示.经分析得到:

1)前三阶固有频率对质量修改的敏感点大部分位于枪身,而第四阶固有频率对质量修改的敏感点分布在枪管后端和枪架的上端.

2)第一、二阶固有频率对刚度变化的敏感点位于枪身,第三阶固有频率对刚度变化的敏感点位于枪管前端与两后架杆之间,第四阶固有频率对刚度变化的敏感点位于枪身中部与枪架下端之间.

表2 固有频率对质量的灵敏度

单位:H z /kg 频率13.76H z

16.27H z

18.24H z 21.14H z

序号结点灵敏度结点灵敏度结点灵敏度结点灵敏度126-4.7334-7.0326-6.3732-45.2235-3.2335-6.7527-4.4131-38.3327-2.9625-0.76828-3.6825-37.0428-2.1924-0.55529-2.8717-36.55

34

-1.94

30

-0.505

31

-1.82

8

-34.2

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