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飞行器数据采录仪是一种采集、记录飞行器运行过程中各项飞行参数的设备,目的是获取飞行器的飞行参数,通过进一步处理这些飞行参数,回放飞行器运行过程,以达到特定的分析目的。由于数据采录仪安装在飞行器内,当飞行器从高空坠落与地面碰撞时,数据采录仪将承受大约10000g的冲击加速度载荷,因此飞行器数据采录仪必须具备足够的抗坠毁保护能力。但是由于受到实验条件的限制,目前普通的实验设备很难在被测物体上施加10000g的冲击加速度载荷。另外,由于飞行器是一种高技术产品,造价昂贵,所以如果通过搭载实验来检验数据采录仪的抗坠毁性能,其实验费用相当巨大,实验次数将受到很大的限制。而计算机辅助工程(CAE)恰恰是解决这类困难的一种很好的方法。
有限元法是CAE的主要方法,有限元分析已经成为替代大量实物实验的数值化“虚拟实验”。本文选择了通用有限元软件ABAQUS作为分析工具,借助有限元法仿真飞行器数据采录仪在10000g冲击加速度载荷作用下的结构动态响应。
针对有限元软件ABAQUS和飞行器数据采录仪承受载荷的特点,本文首先详细介绍了目前ABAQUS中提供的三种进行瞬态动力学分析的方法,即模态叠加法,隐式时间积分法和显式时间积分法。在分析了它们各自的特点和适用范围之后,最终选择显式积分法作为此次数据采录仪瞬态动力学分析的方法。接着在ABAQUS/CAE中完成了数据采录仪的有限元建模,调用显式分析模块ABAQUS/Explicit进行计算,并对仿真结果进行了分析。最后,利用已经建立的有限元模型,通过改变数据采录仪的材料和结构,对各种不同情况下的数据采录仪进行了有限元仿真,并以此为依据,提出了相应的改进建议。
因此,本文是以飞行器数据采录仪为研究对象,以数据采录仪的瞬态动力学分析为核心内容,围绕瞬态动力学理论和计算机仿真技术相结合,采用有限元方法建立了数据采录仪瞬态动力学有限元模型,应用ABAQUS软件仿真了数据采录仪在10000g冲击加速度载荷作用下的结构动态响应。通过对采用不同材料和结构的飞行器数据采录仪进行有限元仿真,给出了数据采录仪的设计优化建议。