航天相機大熱耗器件散熱片隨機振動響應(yīng)分析

楊近松

(中國科學(xué)院 長春光學(xué)精密機械與物理研究所，長春 130033)

航天相機大熱耗器件散熱片隨機振動響應(yīng)分析

楊近松

(中國科學(xué)院 長春光學(xué)精密機械與物理研究所，長春 130033)

大熱耗器件散熱片是航天相機熱控單元的關(guān)鍵部件，有必要對其進行隨機振動響應(yīng)分析，以驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的可靠性。本文利用有限元方法分析了大熱耗器件散熱片在隨機振動環(huán)境下的響應(yīng)特性，分析結(jié)果表明:在隨機振動環(huán)境作用下，散熱片加速度及位移響應(yīng)在安全裕度內(nèi)，結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的可靠性滿足使用要求。

散熱片;隨機振動;響應(yīng)分析

0 引言

在衛(wèi)星發(fā)射過程中，航天相機會經(jīng)歷隨機振動作用，這種隨機振動會對航天相機內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成破壞［1－2］，而大熱耗器件散熱片是航天相機熱控單元的關(guān)鍵部件，由于是薄板狀結(jié)構(gòu)，有成為薄弱部位的可能，因此有必要對其進行隨機振動響應(yīng)分析。

本文對航天相機大熱耗器件散熱片建立了有限元模型，通過仿真分析預(yù)示了大熱耗器件散熱片在隨機振動環(huán)境下的響應(yīng)特性，以驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的正確性，為結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計提供參考依據(jù)。

1 分析計算

1.1 有限元模型

有限元模型的建立應(yīng)最大程度地忠實于原結(jié)構(gòu)，大熱耗器件散熱片有限元模型直接由三維實體生成以精確描述幾何體，采用四面體單元劃分，劃分完的模型單元總數(shù)為12949，節(jié)點總數(shù)為3667，有限元模型示意圖如圖1所示。

分析模型所用材料屬性由表1中的數(shù)據(jù)提供。

圖1 大熱耗器件散熱片有限元模型材料屬性

表1 大熱耗器件散熱片材料屬性

1.2 載荷與邊界條件

隨機振動基礎(chǔ)輸入由表2中數(shù)據(jù)確定，輸入曲線見圖2。由于用大質(zhì)量法模擬基礎(chǔ)輸入［3－4］，大質(zhì)量點與散熱片安裝位置節(jié)點用RBE2相連，因此對大質(zhì)量點處節(jié)點自由度全約束。

表2 隨機振動輸入條件

圖2 隨機振動基礎(chǔ)輸入曲線

2 計算結(jié)果

2.1 模態(tài)分析

求解大熱耗器件散熱片前三階模態(tài)，頻率與振型見表3及圖3、圖4、圖5。

表3 大熱耗器件散熱片模態(tài)分析結(jié)果

圖3 大熱耗器件散熱片一階振型

圖4 大熱耗器件散熱片二階振型

圖5 大熱耗器件散熱片三階振型

2.2 隨機振動分析

2.2.1 響應(yīng)節(jié)點

由模態(tài)分析結(jié)果確定散熱片凸臺上響應(yīng)節(jié)點，響應(yīng)節(jié)點具體位置如圖6所示。

圖6 大熱耗器件散熱片響應(yīng)節(jié)點位置圖

2.2.2 加速度響應(yīng)

散熱片響應(yīng)節(jié)點加速度功率譜密度曲線見圖7，由圖中數(shù)據(jù)可知加速度均方根值放大倍率A=45.7g/10.5g=4.4，在使用安全裕度內(nèi)。

2.2.3 位移響應(yīng)

大熱耗器件散熱片響應(yīng)節(jié)點位移分析結(jié)果見表4，表中數(shù)據(jù)顯示相對位移為31 um，滿足相對位移小于50 um的使用要求。

圖7 散熱片響應(yīng)節(jié)點加速度響應(yīng)曲線

表4 散熱片響應(yīng)節(jié)點位移分析結(jié)果(um)

3 結(jié)語

仿真分析結(jié)果表明:在隨機振動環(huán)境作用下，大熱耗器件散熱片加速度及位移響應(yīng)在安全裕度內(nèi)，結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的可靠性滿足使用要求。通過對航天相機大熱耗器件散熱片隨機振動環(huán)境的響應(yīng)分析，驗證了結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的可靠性，為結(jié)構(gòu)振動設(shè)計提供合理的參考依據(jù)，縮短了產(chǎn)品設(shè)計周期及降低了研制成本。

［1］ 張阿舟，張克榮，姚起杭，等.振動環(huán)境工程［M］.北京:航空工業(yè)出版社，1986.

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［3］ 周臨震，王新民.夾具強迫振動隨機振動響應(yīng)分析［J］.鹽城工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2003，16(1):43－45.

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Random Vibration Response Analysis of the Heat Sink of an Aerospace Camera

YANG Jin-song

(Changchun Institute of Optics，Pine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033，China)

As a important component of space camera，the random vibration analysis of heat sink should be completed to verify the reliability of structure design.This paper analyzes the characteristics of random vibration response of heat sink by means of finite element method.The analysis result indicates that the acceleration and displacement response of heat sink are in the safety range under random vibration environment，so the reliability of structure design can meet using demand.

heat sink;random vibration;response analysis

TP391.9

A

1009－3907(2011)10－0016－03

2011-08-30

楊近松(1969-)，男，吉林長春人，副研究員，碩士，主要從事CAD/CAE技術(shù)的研究。

責(zé)任編輯:吳旭云