1 前言

飛機在飛行過程中會遇到氣流等環境的影響，由于飛機本身隨環境的突然變化發生激勵振動，因此，雙余度線位移傳感器必須滿足隨機振動環境下的強度要求。此項研究工作受到國內外學者的普遍關注。隨著計算機的迅猛發展和大型有限元結構分析程序的開發,有限元譜分析法用于中、低頻段(0～2000Hz)隨機響應分析成為一條切實可行的途徑。ANSYS是世界公認的著名的大型CAE分析軟件,它是能進行隨機響應分析的為數不多的大型有限元分析軟件之一,本文采用該軟件作為隨機響應分析的工具。

2 結構概況

雙余度線位移傳感器為我廠承接的GE公司轉包研制項目，按照GE公司要求，需對該傳感器按照其振動及環境要求進行應力分析，確認其強度、疲勞性能，能滿足設計要求，傳感器收回、伸出狀態分別如圖1、2所示。

圖1 線位移傳感器-伸出狀態結構圖

圖2 線位移傳感器-收回狀態結構圖

3 隨機振動強度計算

試驗中鐵芯有兩種狀態，分別為收進狀態和伸出狀態。每種狀態下對應一種隨機振動功率譜，分別是737NG CFM56-7 T/R actuator LVDT retracted,737NG CFM56-7 T/R actuator LVDT extended。

3.1鐵芯有限元分析

3.1.1有限元模型

傳感器結構總重量為548g；絕緣線圈、導磁體、帶鎖孔止動墊圈與止動墊圈的花鍵刪除，插座采用鋼材料。

將模型導入ANSYS中，有限元模型采用10節點四面體單元進行網格劃分，單元總數：98625。

約束:在蓋板的兩個螺栓孔、殼體的3個螺栓孔以及接頭孔處施加固定約束。

載荷：鐵芯收回、伸出狀態下的振動功率譜。

3.1.2計算結果

通過對雙余度線位移傳感器做計算，以彈簧為例，對其進行CAE分析。

在收回狀態下，X、Y、Z方向加載，彈簧的受力結果：1Sigma下等效應力的最大值為92.363MPa，3Sigma下等效應力的最大值為295.11MPa；1Sigma下等效應力的最大值為99MPa，3Sigma下等效應力的最大值為297.18MPa；1Sigma下等效應力的最大值為140.93MPa，3Sigma下等效應力的最大值為442.01MPa。

在伸出狀態下，X、Y、Z方向加載，彈簧的受力如圖所示：1Sigma下等效應力的最大值為115.54MPa，3Sigma下等效應力的最大值為327.02MPa；1Sigma下等效應力的最大值為125.28MPa，3Sigma下等效應力的最大值為367.01MPa；1Sigma下等效應力的最大值為90.332MPa，3Sigma下等效應力的最大值為303.42MPa。

圖 伸出-Z方向加載應力云圖

4 結論

本文通過對位移傳感器基于CAE軟件——Ansys Workbench進行隨機振動分析，根據CAE仿真結果，以彈簧為例，應用隨機振動分析的結果，確定了該裝置上的薄弱部位，并根據此處應力結果對產品的疲勞壽命進行計算，這對于考核產品在隨機振動試驗下的疲勞壽命具有參考作用。