紅外導引頭具有制導精度高、抗干擾能力強、隱蔽性好、結(jié)構(gòu)緊湊、機動靈活等特點，已成為精確制導的重要技術(shù)手段，其工作性能的好壞直接影響著導彈的飛行精度。導彈在飛行過程中要經(jīng)歷嚴酷的動力學環(huán)境，而紅外導引頭作為導彈儀器艙內(nèi)部的有效載荷，其光學系統(tǒng)尺寸有可能發(fā)較大變化，因此對紅外導引頭在動力學環(huán)境下的光學性能必須予以關(guān)注。利用有限元分析方法可以實現(xiàn)對紅外導引頭的光學性能預示，即通過建立結(jié)構(gòu)有限元模型并計算其在工作環(huán)境下的力學響應來獲取光學系統(tǒng)尺寸變化但由于建模過程中存在邊界條件不確定和連接方式簡化等誤差源，使有限元模型和實際結(jié)構(gòu)間存在著偏需要對模型加以修正才能進行結(jié)構(gòu)力學分析以確保分析結(jié)果的可信度。紅外導引頭光學系統(tǒng)設計指標如下：光學元件鏡面最大轉(zhuǎn)角偏差為3″，最大位移偏差為1μm。
      本研究利用模型修正的有限元方法對紅外導引頭進行了光學性能分析，在有限元建模過程中采用復合材料單元模擬部件之間連接關(guān)系，并以紅外導引頭模態(tài)試驗測試參數(shù)為基準，通過反復修改復合材料單元的特性參數(shù)使模態(tài)分析與試驗結(jié)果相一致。將修正好的模型用于紅外導引頭瞬態(tài)振動與過載仿真計算，獲得光學系統(tǒng)各光學元件的鏡面變形結(jié)果，對紅外導引頭在動力學環(huán)境下的光學性能進行了評價，為結(jié)構(gòu)設計進一步優(yōu)化提供了參考依據(jù)。
      紅外導引頭結(jié)構(gòu)由主鏡組件、次鏡組件、三鏡組件、紅外探測器組件組成，構(gòu)件有限元模型直接由屏幕樣機生成以保證幾何數(shù)據(jù)與真實結(jié)構(gòu)一致，根據(jù)構(gòu)件幾何特征確定對其進行離散化的單元類型。
      主鏡組件：主鏡是圓盤形實體，采用六面體單元劃分；主鏡室是由筋板圓周分布而成，劃分為殼單元。
      次鏡組件：次鏡是圓盤形實體，采用六面體單元劃分；次鏡支撐是懸臂梁支撐結(jié)構(gòu)，采用殼體單元組合劃分，支撐筋板用殼單元，兩端環(huán)形座用體單元，殼與體之間連接引入罰單元進行協(xié)調(diào)。
      三鏡組件：三鏡是圓盤形實體，采用六面體單元劃分；三鏡支撐是橫縱筋板分布的筒狀結(jié)構(gòu)，劃分為殼單元。
      紅外探測器組件：紅外探測器用等效質(zhì)量單元代替；紅外探測器支撐是薄臂筒狀結(jié)構(gòu)，采用殼單元劃分。
      紅外導引頭實際裝配結(jié)構(gòu)是將各構(gòu)件用螺釘連接在一起，螺釘連接在有限元方法中屬于非線性問題，求解需要耗費較長的計算時間和較大的計算資源，不宜于結(jié)構(gòu)工程化階段設計參數(shù)的快速優(yōu)化，因此對構(gòu)件之間螺釘連接進行線性化處理。在構(gòu)件之間的配合接觸面建立復合材料單元，構(gòu)件與復合材料單元之間用節(jié)點直接對接以模擬螺釘連接。劃分完的紅外導引頭結(jié)構(gòu)模型單元總數(shù)1030，節(jié)點總數(shù)1538，光軸方向為Z向。

                                                                                  專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務與解決方案
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