劉曉晨 陳堅 崔巍 呂萍 強(qiáng)科杰

固體火箭發(fā)動機(jī)振動夾具設(shè)計及動態(tài)特性分析

劉曉晨 陳堅 崔巍 呂萍 強(qiáng)科杰

（上海航天動力技術(shù)研究所, 浙江 湖州 313000）

振動試驗是固體火箭發(fā)動機(jī)研制生產(chǎn)過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，夾具設(shè)計在一定程度上決定了振動試驗的精確度和可靠性。文中根據(jù)夾具設(shè)計規(guī)范，設(shè)計了某型號固體火箭發(fā)動機(jī)專用振動試驗夾具，應(yīng)用ANSYS WORKBENCH有限元軟件對其進(jìn)行了模態(tài)和隨機(jī)振動仿真分析，并通過垂向振動加載試驗完成了動態(tài)特性驗證，結(jié)果表明：夾具的固有頻率和振動放大因子均滿足設(shè)計和使用要求；另外，基于動態(tài)特性的振動夾具設(shè)計方法可為今后類似結(jié)構(gòu)設(shè)計和研究提供有效的參考。

夾具設(shè)計；有限元分析；振動試驗；動態(tài)特性

0 引言

固體發(fā)動機(jī)作為各類飛行器的主流動力裝置，在工作過程中承受著各類振動與沖擊載荷，高可靠性和環(huán)境適應(yīng)性成為固體發(fā)動機(jī)質(zhì)量特性的關(guān)鍵[1]。振動試驗是考核固體發(fā)動機(jī)環(huán)境適應(yīng)能力的主要途徑，不僅能夠檢驗在交付使用過程中能否滿足抗振性能要求，也能夠暴露其在設(shè)計上的缺陷，從而為固體發(fā)動機(jī)的優(yōu)化和改進(jìn)提供指導(dǎo)。振動試驗中，夾具的作用是將振動臺的能量和運(yùn)動傳遞至試驗件，其振動傳遞特性的優(yōu)劣將直接影響產(chǎn)品能否按照預(yù)定的要求接受振動考核。振動過程中，理想的情況是夾具能將振動臺的能量不失真的傳遞給試驗件，如果夾具的振動傳遞特性不佳，就會發(fā)生過試驗或者欠試驗的現(xiàn)象[1-2]。因此，開展振動夾具的傳遞特性分析對于系統(tǒng)的動態(tài)特性和試驗質(zhì)量具有重要意義。

目前，固體發(fā)動機(jī)振動夾具設(shè)計主要采用經(jīng)驗設(shè)計法，并通過成型夾具的振動試驗方法驗證結(jié)構(gòu)的合理性，很難保證能夠?qū)⒄駝优_的能量不失真的傳遞給試驗件，嚴(yán)重時還會因為試驗后結(jié)構(gòu)的不合理造成加工材料的浪費。近幾年，諸多學(xué)者對振動夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計開展了研究，通過有限元仿真方法獲得了能夠改善夾具動態(tài)特性的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)[2-4]。然而，針對夾具的傳遞特性分析多采用試驗方法進(jìn)行，而基于有限元方法的夾具動態(tài)特性研究尚未推廣至工程應(yīng)用。針對上述問題，王紅瑞等[3]在對比分析3種振動夾具動態(tài)特性過程中提出：基于動態(tài)特性設(shè)計的夾具能更好的保證振動能量不失真的傳遞。馬愛軍[5]在研究試驗條件下的振動夾具動態(tài)設(shè)計過程中著重強(qiáng)調(diào)能夠表征振動的動態(tài)特性量（振動傳遞率、放大因子、共振頻率等）概念，并提出振動試驗是一個動態(tài)過程，夾具設(shè)計只考慮靜剛度要求是不夠的，需要采用有限元方法對夾具在振動試驗條件下的動態(tài)特性加以深入分析。

本文根據(jù)固體發(fā)動機(jī)振動試驗要求，旨在開展夾具設(shè)計及其模態(tài)和振動傳遞特性分析，并通過將有限元仿真結(jié)果與振動試驗結(jié)果進(jìn)行對比，驗證基于振動傳遞特性的夾具設(shè)計方法的有效性，為固體發(fā)動機(jī)振動夾具的有效性設(shè)計提供指導(dǎo)。

1 模態(tài)與振動傳遞特性理論

1.1 模態(tài)理論分析

模態(tài)能夠表征夾具的振動特性，研究夾具振動特性首先需要對其進(jìn)行模態(tài)分析，簡而言之就是通過數(shù)值計算或試驗的方法，獲得夾具的固有頻率、陣型和阻尼比等結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)[6]。嚴(yán)格意義上，振動夾具是一個連續(xù)的彈性體，采用有限元的方法，能夠?qū)⑦B續(xù)彈性體的振動問題離散為研究多自由度系統(tǒng)的振動問題。因此，振動夾具的運(yùn)動微分方程可以表示為

代入初始條件，可解得夾具的振動規(guī)律為

1.2 振動傳遞特性理論

其中，夾具上的振動傳遞率為

圖1 振動傳遞特性曲線

2 振動夾具建模

本文針對某小型特種固體火箭發(fā)動機(jī)，應(yīng)用PROE軟件對發(fā)動機(jī)的振動試驗夾具進(jìn)行了設(shè)計和三維建模。夾具由底板、下卡箍和上卡箍組成，材料均為45#結(jié)構(gòu)鋼，整體尺寸為430mm×430mm×150mm。其中，底板與下卡箍通過焊接成型，上卡箍與下卡箍直接通過螺紋緊固，底板通過螺栓直接與振動臺動圈連接，裝配后的三維模型如圖2所示。

合理的模型是有限元分析的基礎(chǔ)，模型的好壞將直接影響結(jié)果的準(zhǔn)確性[7]。振動試驗過程中，夾具底板通過螺栓直接與動圈連接而不發(fā)生相對移動，可以認(rèn)為夾具與振動臺動圈保持剛性連接。由圣維南定理可知，模型中細(xì)小的特征將對結(jié)構(gòu)整體性能和分析效率產(chǎn)生很大的影響[8]。振動夾具中存在一些螺紋孔，因此分析過程中對這些螺紋孔特征進(jìn)行忽略。將簡化后的夾具三維模型導(dǎo)入到ANSYSY WORKBENCH中，并對導(dǎo)入后的裝配體進(jìn)行零件整合，使其轉(zhuǎn)化為一個組件，意義在于不僅能夠省去不必要的接觸設(shè)置，還能使得網(wǎng)格劃分時進(jìn)行一體化整體劃分，不同構(gòu)件連接位置共節(jié)點，通過兩個面共享一部分節(jié)點實現(xiàn)位移和力的傳遞[9]。

圖2 振動夾具結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 振動夾具有限元模型

夾具有限元網(wǎng)格劃分以六面體單元為主，局部采用五面體單元。由于夾具結(jié)構(gòu)最小尺寸為10mm，同時考慮到計算機(jī)分析能力和計算效率，定義網(wǎng)格單元尺寸為3mm，滿足劃分網(wǎng)格單元尺寸小于最小尺寸的1/3，網(wǎng)格節(jié)點和單元數(shù)分別為100314和40617，網(wǎng)格劃分后的有限元模型如圖3所示。振動試驗時夾具通過底板與振動臺動圈機(jī)械連接，為了模擬夾具振動試驗工況，夾具的邊界條件設(shè)置為在底板的下表面添加固定約束。

3 結(jié)構(gòu)動力學(xué)仿真試驗及結(jié)果分析

3.1 模態(tài)分析

模態(tài)分析是振動夾具設(shè)計的必要環(huán)節(jié)，也是結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析的基礎(chǔ)，根據(jù)分析目的和工況的不同，模態(tài)分析可分為自由模態(tài)分析和添加邊界條件的普通模態(tài)分析[3,10]。振動試驗夾具的設(shè)計準(zhǔn)則要求夾具的1階固有頻率高于試件1階固有頻率的3-5倍，避免夾具與試件間發(fā)生系統(tǒng)耦合共振。通過模態(tài)分析可以求得振動夾具多階固有頻率和陣型，對于夾具設(shè)計的合理性判定具有重要意義。

本文設(shè)計的夾具為單向振動試驗夾具，振動試驗過程中，夾具連接試驗件只承受Y方向的振動載荷。試驗頻率范圍為10-2000Hz，故對夾具進(jìn)行模態(tài)分析時提取Y方向的陣型和固有頻率，查看夾具在振動方向上的變形情況。經(jīng)模態(tài)分析可知，夾具在2000Hz內(nèi)共有2階模態(tài)，第3階模態(tài)頻率為2013Hz，如圖4所示，因此提取夾具的前2階模態(tài)加入隨機(jī)振動仿真分析中。

圖4 振動夾具模態(tài)頻率

圖5 1階Y向模態(tài)陣型

圖6 2階Y向模態(tài)陣型

圖7 3階Y向模態(tài)陣型

圖8 4階Y向模態(tài)陣型

經(jīng)模態(tài)分析可知，振動夾具1階模態(tài)頻率為1251.2Hz，由于該夾具所對應(yīng)固體發(fā)動機(jī)的1階模態(tài)頻率約為350Hz，滿足振動夾具1階模態(tài)頻率大于試驗件1階模態(tài)頻率的3倍。振動夾具的1-4階Y向模態(tài)陣型如圖5-8所示：其中，第1階Y向模態(tài)陣型中最大變形發(fā)生在上卡箍與下卡箍的連接位置，表現(xiàn)為沿X方向的彎曲變形，但夾具整體變形量較??；第2階Y向模態(tài)陣型表現(xiàn)為上環(huán)箍沿X方向的彎曲變形；第3和4階Y向模態(tài)陣型表現(xiàn)為上卡箍的扭轉(zhuǎn)變形。夾具在試驗頻率10-2000Hz范圍內(nèi)共有2階模態(tài)，雖然1階模態(tài)頻率較高，滿足大于試驗件1階模態(tài)頻率的3倍，但由于試驗最高頻率為2000Hz，因此很難做到在試驗頻率范圍內(nèi)夾具沒有模態(tài)頻率。然而，只要做到夾具的振動放大因子盡可能的小，即傳遞特性足夠合理，夾具的設(shè)計同樣滿足使用要求[11]。夾具的模態(tài)陣型主要表現(xiàn)為X方向的橫向變形，主振方向Y上的振動變形較小，這說明從結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，夾具的設(shè)計比較合理，初步判定可用于發(fā)動機(jī)Y方向上的振動試驗夾持。

3.2 隨機(jī)振動仿真分析

模態(tài)分析只能提取到夾具的模態(tài)頻率和陣型，可以初步判定夾具設(shè)計的合理性，但無法得知夾具在振動工況下的具體響應(yīng)情況，因此還需要對夾具進(jìn)行隨機(jī)振動響應(yīng)分析，得到夾具在隨機(jī)振動下的加速度均方根響應(yīng)分布[9,12,13]。本文在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上，給夾具施加如圖9所示Y方向上的隨機(jī)振動載荷，載荷輸入采用基礎(chǔ)約束進(jìn)行加載，具體加速度功率譜密度曲線如圖10所示，加速度均方根值為13.09g。

圖9 隨機(jī)振動載荷方向示意圖

圖10 加速度功率譜密度曲線

應(yīng)用ANSYSY WORKBENCH中的RANDOM VIBRATION模塊對夾具進(jìn)行隨機(jī)振動響應(yīng)分析，由于振動夾具采用結(jié)構(gòu)鋼焊接而成，整體剛性較好，故根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置模態(tài)阻尼為0.02。通過對夾具施加Y方向的隨機(jī)振動載荷，得到如圖11所示的夾具整體位移和應(yīng)力云圖。由仿真結(jié)果可知，夾具上最大位移0.003 mm出現(xiàn)在上環(huán)箍的頂部位置，夾具的最大應(yīng)力為6.22 MPa遠(yuǎn)小于45#鋼的屈服強(qiáng)度355 MPa，因此夾具的強(qiáng)度承載能力足夠，該夾具的設(shè)計強(qiáng)度滿足要求。

工程實際中，往往比較關(guān)心夾具與試驗件直接接觸部位的響應(yīng)傳遞情況。此外，振動試驗中常選擇振動夾具底盤的上表面設(shè)置振動控制點，底盤上表面與其下表面對應(yīng)位置的響應(yīng)基本一致。因此，上述這些部位的響應(yīng)情況將在一定程度上直接決定了夾具傳遞特性的好壞。為了分析夾具的Y向振動傳遞特性，共選取夾具上三個測點，其中，A、B兩點作為響應(yīng)監(jiān)測點，O點作為響應(yīng)對照點，如圖12所示為夾具上測點分布情況。通過隨機(jī)振動仿真得到所有測點Y向振動的均方根值及放大因子如表1所示，夾具整體的加速度分布云圖如圖13所示。

圖12 測點分布與標(biāo)注

表1 測點均方根值和放大因子

圖13 加速度分布云圖

由隨機(jī)振動仿真分析結(jié)果可知：振動夾具的整體結(jié)構(gòu)中，底盤和下環(huán)箍的振動響應(yīng)相對上環(huán)箍較小，最大振動響應(yīng)發(fā)生在上環(huán)箍與試驗件接觸處的頂端；對照點O的響應(yīng)均方根值為13.08 g，與輸入的基礎(chǔ)激勵基本一致；響應(yīng)點B的響應(yīng)均方根值為55.21 g，放大因子為4.22，與加速度分布云圖中最大加速度53.44g相接近，因此可以認(rèn)為該夾具最大的放大因子為4.22；由夾具設(shè)計準(zhǔn)則可知，放大因子越小，越有利于振動試驗過程中對共振頻率的抑制，該夾具最大放大因子滿足小于5，因此夾具的振動傳遞性設(shè)計滿足要求。

4 垂向振動加載試驗

為了對加工成型的振動夾具進(jìn)行動態(tài)特性有效驗證，需要完成夾具的垂向（Y向）振動加載試驗，考察夾具結(jié)構(gòu)的固有頻率、傳遞性、各點響應(yīng)的均勻性等指標(biāo)是否滿足設(shè)計和使用要求。振動夾具垂向振動加載試驗包括正弦掃頻振動試驗和隨機(jī)振動試驗兩部分。正弦掃頻試驗的目的在于了解不同試驗條件下夾具的共振頻率，驗證有限元模態(tài)分析結(jié)果的正確性。隨機(jī)振動試驗用來測試夾具在工作狀態(tài)下的振動特性，驗證夾具設(shè)計的合理性。

4.1 試驗方法

通過有限元軟件對振動夾具仿真分析后，對螺紋孔等細(xì)微處經(jīng)過多次迭代計算，確定夾具的設(shè)計結(jié)構(gòu)并按照流程安排加工。夾具整體采用45#結(jié)構(gòu)鋼焊接而成，總體質(zhì)量為15.3kg。垂向振動加載試驗中除了研究對象振動夾具外還包括以下設(shè)備：1）DL公司生產(chǎn)的振動臺，振動頻率范圍2-2100Hz；2）8通道VR振動控制儀；3）PCB加速度傳感器；4）計算機(jī)。試驗系統(tǒng)的組成框圖如圖14所示。

圖14試驗系統(tǒng)的組成框圖

振動試驗中選取O點作為控制點進(jìn)行單點控制，選取A、B兩點作為響應(yīng)監(jiān)測點，傳感器布置位置與3.2節(jié)隨機(jī)振動仿真分析中測點位置一致，圖15是垂向振動加載試驗的現(xiàn)場圖。

圖15 垂向振動加載試驗現(xiàn)場圖

4.2 掃頻試驗

首先對夾具進(jìn)行正弦掃頻振動試驗，設(shè)置峰值加速度為0.3g。圖16所示為掃頻試驗的振動控制和響應(yīng)曲線，由此可見，10-1100Hz頻率區(qū)間內(nèi)控制曲線平坦，與輸入目標(biāo)曲線接近重合。根據(jù)各測點的頻響曲線和傳遞率曲線可知，夾具的1階固有頻率為1183Hz，與3.1節(jié)仿真分析的的1階固有頻率1251.2Hz相比，二者相對誤差為5.7%；夾具的2階固有頻率為1666Hz，與3.1節(jié)仿真分析的2階固有頻率1706Hz相比，二者相對誤差為2.4%。由此看來，通過正弦掃頻振動提取夾具固有頻率的方法與有限元模態(tài)分析獲取的結(jié)果具有一定的偏差，其原因除了與模型的精確性有關(guān)，還與仿真過程中施加邊界條件的真實性相關(guān)。另外，嚴(yán)格意義上講，正弦掃頻振動獲取的應(yīng)該是夾具與振動臺組成的系統(tǒng)整體的固有頻率，但由于這種提取方法方便易操作，且與有限元模態(tài)分析結(jié)果間的偏差不是太大，所以可作為粗略獲取夾具的共振頻率的手段。

4.3 隨機(jī)振動試驗

隨機(jī)振動試驗載荷譜按照GJB150.16A規(guī)定的試驗內(nèi)容，載入與3.2節(jié)隨機(jī)振動仿真相同的加速度功率譜密度。圖17為隨機(jī)振動試驗的控制曲線，可知控制曲線平穩(wěn)，在整個加載頻帶內(nèi)，絕大多數(shù)控制曲線在允許的+3dB容差范圍內(nèi)，滿足試驗的控制要求。

圖16 正弦掃頻試驗曲線圖

圖17 隨機(jī)振動試驗控制和響應(yīng)曲線圖

表2 試驗結(jié)果及與仿真結(jié)果偏差

由隨機(jī)振動試驗結(jié)果可知：測點O的響應(yīng)均方根值為13.75g，與仿真結(jié)果的偏差為5%，與輸入的基礎(chǔ)激勵相比，測點O的放大因子為1.05；三個測點中，測點B的響應(yīng)均方根值最大，與仿真結(jié)果的偏差為11.5%；通過3.2節(jié)隨機(jī)振動仿真分析可知，測點B的響應(yīng)與夾具上最大響應(yīng)基本一致，可以近似認(rèn)為測點B是夾具上響應(yīng)放大最大的位置。隨機(jī)振動試驗中測點B的放大因子為4.70，由夾具設(shè)計準(zhǔn)則可知，該夾具實際最大放大因子滿足小于5，因此夾具的振動傳遞性滿足使用要求。

通過與仿真分析結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，測點B的振動量值相對O、A測點大許多，主要是因為夾具的上下卡箍是通過螺栓緊固，而隨機(jī)振動試驗過程中沒有試驗件對上下卡箍進(jìn)行接觸連接，因此，不考慮試驗件的單純夾具振動試驗在一定程度上會導(dǎo)致夾具頂部的響應(yīng)放大；O、A、B三個測點的最大加速度響應(yīng)和均方根值均與仿真結(jié)果具有一定的偏差，原因在于仿真分析中的基礎(chǔ)激勵是直接加載在夾具底面上，而振動試驗中夾具是通過12顆周向螺栓與動圈上的螺栓孔連接，因此隨機(jī)振動載荷是通過螺栓傳遞至夾具上的螺栓孔；此外，仿真分析中模型構(gòu)建的簡化過程，尚未對模型實際的彈性模量和阻尼進(jìn)行測試。

5 結(jié)語

本文針對某特種小型固體火箭發(fā)動機(jī)的振動考核試驗設(shè)計了對應(yīng)夾具，并對其進(jìn)行了有限元分析和垂向振動加載驗證試驗，基于振動傳遞特性證明了設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性，結(jié)果表明：1）夾具的一階固有頻率為1251.2Hz，最大振動放大因子為4.7，各測點的振動量值在規(guī)定的范圍內(nèi)，滿足夾具設(shè)計規(guī)范要求。2）基于動態(tài)傳遞特性設(shè)計的夾具結(jié)構(gòu)滿足使用要求，放大因子是評估夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性的重要依據(jù)。3）仿真分析能夠在正式試驗前預(yù)測夾具結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性，減少不合理結(jié)構(gòu)的樣機(jī)加工。有限元理論分析和振動驗證試驗的設(shè)計論證流程合理有效，可以為其他類似結(jié)構(gòu)的振動夾具設(shè)計提供參考。

[1] 鐘繼根, 王東升, 任萬發(fā), 等. 某導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)振動試驗夾具設(shè)計[J]. 振動工程學(xué)報, 2004,17(z2): 728-730. [Zhong Jigen, Wang Dongsheng, Ren Wanfa, et al. Design of Vibration Test Fixture for a Missile Engine[J]. Journal of vibration engineering, 2004, 17(z2): 728-730.]

[2] 李杰, 崔修斌, 林俊, 等. 某衛(wèi)星資源艙試驗夾具的有限元模態(tài)分析[J]. 環(huán)境技術(shù), 2015(6): 23-26.[LI Jie, CUI Xiu-bin, LIN Jun, The FEM Modal Analysis of Welded Test Jig of Satellite Resource Cabin[J]. Environmental Technology, 2015(6): 23-26.]

[3] 王紅瑞, 曹小娟, 尹韶平, 等. 魚雷艙段振動夾具動態(tài)特性仿真分析[J]. 水下無人系統(tǒng)學(xué)報, 2018, 26(6): 549-554.[ Hong-rui, CAO Xiao-juan, YIN Shao-ping, et al. Simulation Analysis on Dynamic Characteristics of Fixture for Torpedo Cabin Vibration Test[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems,, 2018, 26(6): 549-554]

[4] 杭超, 燕群, 張昕, 等.細(xì)長偏心艙體振動試驗夾具設(shè)計分析與驗證[J]. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù), 2019,38(2): 322-328.[Hang Chao, Yan Qun, Zhang Xin.Design and Validation of Fixture for Slender Off-centre Pod in Vibration Test[J].Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(2): 322-328.]

[5] 馬愛軍, 劉洪英, 董睿, 等. 振動試驗條件在夾具動態(tài)特性設(shè)計中的考慮[J].航天器環(huán)境工程, 2013,30(1): 78-81. [Ma Aijun, Liu Hongying, Dong Rui, et al. Vibration environmental test conditions in fixture dynamic characteristic design[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2013, 30(1): 78-81.]

[6] 倪振華. 振動力學(xué)[M].西安: 西安交通大學(xué)出版社, 1989: 196-203.

[7] 王世輝, 張昱, 陳欣欣, 等. 固體火箭發(fā)動機(jī)振動試驗夾具優(yōu)化分析與研究[J].計算機(jī)測量與控制, 2017,25(1): 221-223.[Wang Shihui, Zhang Yu, Chen Xinxin, et al. Vibration Test Fixture Optimization Analysis and Control for Solid Rocket Motor[J]. Computer Measurement & Control, 2017,25(1): 221-223.]

[8] 鄒廣平, 劉澤, 劉松, 等.金屬橡膠減振器隨機(jī)振動有限元仿真[J].中國機(jī)械工程, 2016,27(14): 1960-1963.[Zou Guangping,Liu Ze,Liu Song, et al.Finite Element Simulation of Metal Rubber Damper Random Vibration[J].China Mechanical Engineering, 2016,27(14): 1960-1963.]

[9] 王朋. 某大型振動試驗工裝研究[J]. 電子機(jī)械工程, 2016,32(5): 16-19.[WANG Peng. Research on a Large-scale Vibration Test Fixture[J]. Electro-Mechanical Engineering, , 2016,32(5): 16-19.]

[10] 高喆, 張玉方, 劉寧寧, 等.機(jī)載光電吊艙垂向振動工裝設(shè)計[J].電視技術(shù), 2019, 43(5): 98-102.[GAO Zhe;ZHANG Yufang;LIU Ningning, et al.Design of vertical vibration tool for airborne photoelectric pod[J].Video Engineering, 2019, 43(5): 98-102.]

[11] 王東升, 任萬發(fā), 劉青林, 等. 振動試驗夾具共振頻率設(shè)計要求研究[J]. 航天器環(huán)境工程, 2014,31(1): 37-41.[Wang Dongsheng, Ren Wanfa, Liu Qinglin, et al. The design requirements of the resonance frequency of vibration test fixtures [J].Spacecraft Environment Engineering, 2014, 31(1): 37-41.]

[12] 孫忠濤, 車英. 振動試驗臺夾具設(shè)計及頻率響應(yīng)特性研究[J].長春理工大學(xué)學(xué)報, 2010,33(2): 61-67.[SUN Zhongtao,CHE Ying.Research on Design of Vibration Fixture and Its Frequency Response Characteristic[J]. Journal of Changchun University of Science and Technology, 2010, 33(2): 61-67.]

[13] 李振鵬, 丁杰, 王永勝, 等. 控制箱夾具傳遞特性及對振動信號失真的影響分析 [J]. 航天器環(huán)境工程, 2017,34(6): 642-648. [LI Zhenpeng, DING Jie, WANG Yongsheng, et al. Transfer characteristics and influence analysis on vibration signal distortion of control box fixture[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2017, 34(6): 642-648.]

Design and Analysis of Dynamic Characteristics of Vibration Fixture with Solid Propellant Rocket Engine

LIU Xiao-chen CHEN Jian CUI Wei LV Ping QIANG Ke-jie

（Shanghai Space Propulsion Technology Research Institute, Huzhou 313000，Zhejiang，China）

Vibration test is a indispensable part of the development and production of solid propellant rocket engine, and the design of the fixture determines the accuracy and reliability of the vibration test to a certain extent. In this paper, a vibration test fixture of solid propellant rocket engine was designed according to the fixture design specifications .and then modal analysis and random vibration simulation analysis of the solid propellant rocket engine were performed using workbench finite element analysis software. Finally, the dynamic characteristics verification was completed through the vertical vibration loading test. Results show that both the natural frequency and the vibration amplification factor of the fixture meet the design and use requirements. In addition, the dynamic characteristics can provide an effective reference for similar structural design and research in the future.

fixture design; finite element analysis; vibration test; dynamic characteristic

V435.6

A

1006-3919(2020)02-0056-08

10.19447/j.cnki.11-1773/v.2020.02.009

2020-02-23；

2020-04-07

劉曉晨（1991—），男，山東棗莊人，碩士，助理工程師，研究方向：固體火箭發(fā)動機(jī)力學(xué)環(huán)境試驗及動力學(xué)技術(shù)研究；（313000）上海航天動力技術(shù)研究所.