随机振动载荷下蝶翼式微陀螺性能退化分析

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随着微机电陀螺的应用领域越来越广泛,其应用环境越来越复杂,而微机电陀螺作为惯导系统的核心部件,其可靠性问题对装备的安全稳定运行具有不可忽视的意义。振动对其可靠性有着重要的影响,可造成疲劳、断裂、金属引线脱落等模式失效。针对EG136A型蝶翼式微陀螺,本文开展了其在振动环境下的可靠性研究,综合运用理论、仿真与试验方法,开展其在随机振动环境下的性能退化分析,为蝶翼式微陀螺的失效机理研究提供一种新的方法。本文的主要工作总结如下:(1)研究了蝶翼式微陀螺的动力学模型,分析了随机振动对其的影响,主要包括两个方面:一是产生输出误差,并推导了在随机振动环境下正交耦合信号造成的误差的产生机理;二是降低了其性能,并对性能下降的具体表现进行分析研究。(2)开展了蝶翼式微陀螺典型服役环境分析及随机振动仿真研究,分析了其在三种典型应用场合下所承受的振动载荷特性,为开展其在随机振动载荷下性能退化的仿真及试验研究提供依据。针对典型随机振动载荷,以国产EG136A型蝶翼式微陀螺为研究对象,开展振动模态仿真分析及振动响应仿真分析,确定了其各阶模态频率及振型。并且通过响应谱分析,发现倾斜支撑梁与梯形梁的交叉部位在随机振动条件下更易发生断裂失效。(3)开展典型随机振动环境下蝶翼式微陀螺性能退化研究,设计了振动步进应力试验,确定了其在典型随机振动环境下的加速度极限应力,建立了随机振动环境下蝶翼式微陀螺性能退化模型。通过振动试验,其在喷气式飞机飞行过程中的典型随机振动条件下,当振动加速度量级达到62.5g时,运行14个小时后失效,且失效机理为倾斜支撑梁与梯形梁的交叉部位发生断裂,与仿真结果一致。并且根据试验数据,研究了蝶翼式微陀螺的零偏稳定性和谐振频率随振动量级的变化规律。在该振动谱条件下,当加速度量级不超过50g时,其零偏稳定性与振动加速度成线性关系;谐振频率的变化与振动量级的大小关系不明显。
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