[發(fā)明專利]微加速度計(jì)在高速旋轉(zhuǎn)環(huán)境下的可靠性仿真方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611042972.2
• 申請(qǐng)日: 2016-11-24
• 公開（公告）號(hào): CN106650013B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬喜宏;王忠慶;楊衛(wèi);鮑愛達(dá);王威;秦立君;何程
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

1.一種微加速度計(jì)在高速旋轉(zhuǎn)環(huán)境下的可靠性仿真方法，其特征在于：

①利用仿真軟件ANSYS建立微加速度計(jì)的仿真模型，通過模型確認(rèn)微加速度計(jì)的材料特性及參數(shù)，設(shè)計(jì)微加速度計(jì)的高速旋轉(zhuǎn)方案即微加速度計(jì)在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的放置方式，準(zhǔn)備進(jìn)行微加速度計(jì)在高速旋轉(zhuǎn)環(huán)境應(yīng)力下的仿真；步驟①中高速旋轉(zhuǎn)方案如下三種：

微加速度計(jì)平放在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，主要加速度敏感方向與旋轉(zhuǎn)臺(tái)垂直；

微加速度計(jì)豎放在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，主要加速度敏感方向與旋轉(zhuǎn)軸心垂直但不指向旋轉(zhuǎn)軸心；

微加速度計(jì)豎放在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，主要加速度敏感方向與旋轉(zhuǎn)軸心垂直且指向旋轉(zhuǎn)軸心；

②微加速度計(jì)在高速旋轉(zhuǎn)環(huán)境應(yīng)力下的仿真步驟：

（1）根據(jù)所要仿真的微加速度計(jì)的使用環(huán)境，選定仿真的起始轉(zhuǎn)速ω，以及角速度變化量Δω，100 r/min ≤ Δω≤500 r/min，并且起始轉(zhuǎn)速小于微加速度計(jì)在使用環(huán)境下轉(zhuǎn)速范圍的上限值；

（2）根據(jù)步驟①中所建模型，首次設(shè)定旋轉(zhuǎn)中心與微加速度計(jì)內(nèi)部的質(zhì)量塊的距離r₁，利用仿真軟件的ANSYS靜力學(xué)分析模塊對(duì)微加速度計(jì)施加初始角速度載荷并對(duì)微加速度計(jì)進(jìn)行求解分析，得到應(yīng)力云圖及位移云圖，找到在旋轉(zhuǎn)環(huán)境下的微加速度計(jì)的應(yīng)力集中點(diǎn)及最大位移處；

（3）利用仿真軟件的ANSYS動(dòng)力學(xué)分析模塊找出微加速度計(jì)可承受的最大角速度ω₁：施加載荷由起始轉(zhuǎn)速開始，以角速度變化量Δω_max=500 r/min為步長(zhǎng)增加角速度，每增加一個(gè)子步，求解查看仿真結(jié)果中的最大應(yīng)力及最大位移，增加至超過旋轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)試范圍上限值后再增加兩個(gè)子步，加載后進(jìn)行求解，查看仿真結(jié)果；

根據(jù)仿真結(jié)果中每個(gè)子步的應(yīng)力分布云圖，得出微加速度計(jì)的應(yīng)力最大值分布點(diǎn)和應(yīng)力集中區(qū)域；根據(jù)微加速度計(jì)的材料特性，查閱文獻(xiàn)可知其最大許用應(yīng)力為[τ]，分析微加速度計(jì)的最后一個(gè)子步結(jié)果，假設(shè)此時(shí)微加速度計(jì)所受最大應(yīng)力值為τ_max，若τ_max[τ]，表明理論上微加速度計(jì)功能正常，則繼續(xù)對(duì)微加速度計(jì)增加角速度，再次進(jìn)行可靠性仿真結(jié)果分析，直到τ_max[τ]；

若τ_max[τ]，表明理論上微加速度計(jì)功能異常，則查看前一個(gè)子步的分析結(jié)果，若τ_max[τ]，繼續(xù)查看前一個(gè)子步的分析結(jié)果，直至確定出微加速度計(jì)功能出現(xiàn)異常的最小角速度；根據(jù)該最小角速度值以每10r/min為一個(gè)子步，逐漸減小角速度，查看子步仿真結(jié)果，比較τ_max、[τ]的大小，最后確定微加速度計(jì)的破壞極限旋轉(zhuǎn)角速度ω₁；

根據(jù)已知公式，由確定的旋轉(zhuǎn)半徑r₁和破壞極限旋轉(zhuǎn)角速度ω₁求得微加速度計(jì)在半徑r₁的破壞極限離心加速度a₁；所述公式如下：

；

上述公式中，a—向心加速度；ω—角速度；r—轉(zhuǎn)動(dòng)半徑；v—切向速度；n—每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)；

（4）至少改變一次離心半徑的值，重復(fù)步驟（2）到步驟（3），針對(duì)每一個(gè)新的離心半徑的值r_i都得到一個(gè)新的破壞極限離心加速度a_i；將a_i與a₁進(jìn)行比較應(yīng)該相互吻合，則可由此確定微加速度計(jì)在高速旋轉(zhuǎn)環(huán)境下的破壞極限離心加速度；

③總結(jié)仿真得到的參數(shù)進(jìn)行綜合分析。