最新电路箱抗力学环境设计与分析报告Word格式.docx
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本文根据试验考察的力学试验条件,进行了静力学加速度、模态分析及正弦频率响应分析。
2引用文件
1、《可靠性和环境试验规范》航天八院
3设计要求
3.1仿真输入条件
3.1.1正弦振动
考察箱体在0~YYYHz的频率响应点:
表3.1正弦振动输入条件
扫描速度
振动方向
振动频率
振动加速度
2oct/min
X,Y
5-YYHz
10.35mm
YY-MMMHz
6g
Z
5-Hz
11.18mm
7.5g
3.1.2随机振动
考察箱体的抗随机振动能力。
表3.2随机振动输入条件
鉴定级
频率范围(Hz)
加速度功率
谱密度
总均方根
加速度(grms)
试验时间
20~100
+3dB/oct
12.82
2min
X、Y、Z
三轴向
100~600
0.2g2/Hz
600~2000
-9dB/oct
3.2抗力学设计要求
电控箱共有四个耳片,通过四个M5的螺钉够定在卫星侧板上。
XXXX盒内有电源板两块(125mm*96mm),驱动板一块(207mm*196mm),单片机板两块(207mm*196mm),大底板一块(200mm*208mm),测控板三块(207mm*196mm)。
机箱内部大于15g的元器件具体图下表。
表3.3质量大于15g的元器件
用于单机
器件型号
安装位置
数量
质量(g)
材料
安装方式
XXXX
DVMH28F
侧板
2
30
金属封装
用螺栓固定在铝板上,通过器件引脚引出导线并焊接到DCDC板上
DVHF2812DF
DVHF2805SF
DVHF2815SF
SG117K
3
20
通过器件引脚引出导线并焊接到Power板上,并通过螺栓固定
4抗力学环境设计
4.1抗力学环境设计原则
抗力学环境设计主要是针对卫星发射升空过程中抗剧烈的冲击、振动、超重以及在轨工作失重状态下,合理设计结构确保设备安全可靠的到达指定工作轨道并正常工作。
遵循的设计原则主要是:
箱体的整体刚度达到设计要求,侧壁板及散热板选择恰当的厚度;
具有适当余度的安装固定点;
在箱体构型上结合利用空间最大化的原则设计;
机械结构件之间连接的螺钉强度足够;
电路箱的构型有:
独立式、插拔式等多种。
独立式是每一块或两块电路板做成一个XXXX盒,每个XXXX盒独立安装。
优点是调试方便,缺点是如需电路板多,则单机数量较多。
插拔式也适用于多块电路板,每块电路板先固定在独立的压条上组成电路板组件后,然后插入到箱体内的大底板的内部接插件上,这种形式又可分为两种子形式,一种对外接插件放在压条上,一种对外接插件放在大底板一侧的箱体面板上。
这种形式便于各单板之间的数据交流,缺点是电路板两侧开放不利于力学性能。
4.2主结构设计
XXX依据电路板之间信号传输路径最优化、结构空间利用最大化、单板调试便利等要求,箱体构型选择了插拔式。
XXXX盒结构如图4.1所示。
图4.1XXXX盒结构
4.3结构与星上结构件的连接设计
XXX与卫星上有四个安装点连接,孔为Φ6.5±
0.1。
安装脚为G类耳片,连接面及底角如下图所示:
图4.2XXXX盒安装面
5设计验证
对系统进行力学分析,采用与实际结构相一致的有限元模型,通过对系统进行静力学、正弦和随机条件的分析,可以掌握系统各阶段主要模态的特性,了解系统的各阶振型,及时发现结构设计的薄弱之处,验证系统的抗振性能和结构设计的可靠性。
采用实体建模后导入Ansys软件进行网格划分和力学分析。
为提高计算效率,实体建模时,对不影响精度的倒角和安装孔等细节部分简化处理。
整个模型共划分409832个网格节点,84070个单元。
图5-1为XXXX盒电单机系统的网格划分情况。
图5-1XXXX盒网格划分情况
模型中用到的材料属性见表5-1
表5-1计算过程中用到的材料属性值
零件名称
密度(kg/m3)
杨式摸量(MPa)
箱体
LY12
2700
71000
印刷线路板
FR-4
2080
19700
在计算过程中采用的坐标系与线路箱本身的坐标系不一致,坐标对应关系如表5-2所示
表5-2XXXX盒坐标与软件坐标对应关系
XXXX盒
软件
坐标
X
Y
5.1模态分析及正弦频率响应分析
5.1.1XXXX盒模态分析及正弦频率响应分析
表5-3示出了系统结构分析结果的前十阶固有频率,一阶固有频率为145.12Hz,出现在X7线路板(主体测温板1)上,表现为板子中央部分的弯曲;
二阶频率为150.36Hz,出现在X9线路板(主体测控板3)上,表现为板子中央部位的弯曲;
三阶频率为161.42Hz,出现在X8线路板(主体测温板2)上,表现为板子中央部位的弯曲。
前三阶对应的振形图如图5-2至图5-4所示。
分析结果表明,系统基频大于要求的100Hz。
表5-3系统前10阶模态频率分布
频率阶数
1
4
5
6
7
8
9
10
频率(Hz)
145.12
150.36
161.42
177.87
179.18
227.14
228.63
234.98
237.88
238.9
6
图5-2XXXX盒一阶振形图
图5-3XXXX盒二阶振形图
图5-4XXXX盒三阶振形图
5.1.2正弦响应分析
根据计算结果,XXXX盒最薄弱振动方向为X向正弦振动,最大应力和变形均出现在X向,最大应力为5.3MPa,发生在左电源板的螺钉固定处;
最大变形为0.25mm,发生在X7线路板上。
分析结果表明,XXXX盒在正弦振动条件下结构设计合理。
图5-5XXXX盒X向正弦振动时的应力云图
图5-6XXXX盒X向正弦振动时的形变云图
5.1.3随机响应分析
在随机响应分析中,XXXX盒X向受到最大的应力为73.7MPa,发生在XXXX盒前面板1上,由于前面板上有上下两个配重块来模拟安装在上面的DC电源模块重量,可能会引起应力过大,实际结果会更小;
Y向受到的最大应力为19.2MPa,发生在XXXX盒底板的固定柱上;
Z向受到的最大应力为75.3MPa,发生在XXXX盒的安装脚上。
图5-7XXXX盒X向随机振动时的应力云图
图5-7XXXX盒Z向随机振动时的应力云图
6设计结果分析及结论
力学分析结果表明:
1.XXXX的基频大于100Hz,满足设计要求;
2.静力学分析,XXXX盒在三个轴向均安全,应力值均远小于材料的许用应力;
3.正弦和随机响应分析结果表明,系统中的最大应力值均小于材料的许用应力;
综上,XXXX符合设计要求。
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