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ANSYS有限元分析App在飞轮设计中的应用

发布于:2016-05-25 18:10
有限元分析

      国内小卫星,微小卫星及其星座技术的强劲发展势头对星上部件的重量、功耗等主要技术指标提出了越来越苛刻的要求。对于星上机电部件来说,应对上述挑战的可能努力方向是多方面的,其中,产品本身的微型化和集成化是一项基本的内容。对于机械产品的结构设计而言,微型化设计将带来以下问题:由于对所设计产品的主要结构尺寸“斤斤计较”,以期强度、刚度以及动态性能等技术指标既满足要求,质量又最轻,这样的集成化设计往往使产品结构趋于复杂化,结构复杂且尺寸又小,因而用传统的解析分析方法往往无法获得该产品足够精确的力学性能分析结果,需要进行详细的有限元分析
      因此,采用精确的数值分析计算手段,对产品结构参数进行定量的分析,根据分析结果引导产品的结构设计,是解决产品结构微型化和集成化设计问题的一个必要基础。基于以上认识,采用ANSYS有限元分析App,对一种微小飞轮结构参数的多种设计方案进行了若干项力学性能的分析计算,其计算结果供产品设计师参考。
      飞轮是卫星姿态控制系统的实行部件,根据星上计算机指令控制输出相应的力矩,以克服干扰力矩,使卫星保持其姿态稳定。因重量和功耗的限制,微小飞轮在结构设计方面与一般飞轮有所不同,有微型化和集成化的特点,结构中各部分的界限不再像一般飞轮那样明显,各部分往往“身兼数职”,同时具有各种功能。由于微小飞轮转子是形成飞轮角动量的部分(以下称旋转质量),工作时高速旋转,是结构中受力情况最恶劣的环节。根据产品设计师的要求,本研究分析计算的主要目标是微小飞轮转子部分。该部分基本由内环、外环和连接件三部分组成,结构设计方案分为整体式和辐条式两种,如图所示。这三部分装配在一起共同组成一个旋转质量,工作时以相同角速度旋转。
      设计给出了微小飞轮的四种初步设计方案,其中方案1为整体式结构,方案2,3,4为辐条截面形状不同的辐条式结构。分析计算的主要目标是要通过有限元分析,获得这四种设计方案在如下两种工况下的应力、应变分布以及固有频率。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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