为研究炮弹发射过程中高速过载冲击所产生的残余应力对舵机超声电机定子的影响, 该文采用有限元ANSYS对超声电机定子进行过载冲击仿真分析, 加载高过载加速度使其内部产生残余应力, 并在超声频率段(30~50 kHz)内进行模态分析。初选定工作模态, 当频率段为39~42 kHz时,在模态分析的基础上进行谐响应分析, 进一步验证初选模态, 并分析电机定子是否含有残余应力的性能特性。结果表明, 在受高速过载冲击后,定子的残余应力对定子工作模态振型及谐响应振幅存在一定影响, 对于超声电机自身工作特性影响不大, 或在一定范围内, 针对特定工况条件有所改善。

超声换能器是微电子封装技术的核心执行元件, 为解决传统一维纵振超声换能器键合效率低、键合面不均匀及键合点不牢靠等问题, 采用ANSYS仿真软件建立换能器有限元模型进行模态分析及谐响应分析, 设计了一种可同时实现轴向纵振、水平弯振及竖直俯仰振动的40 kHz多向复合夹心压电式超声换能器。其中, 压电部分由整圆环和可单独激励的1/4圆环陶瓷片组成。利用阻抗分析仪实物测试, 得到换能器纵振、弯振及俯仰振动的阻抗-频率特性曲线。结果表明, 测试值与仿真值基本一致, 且结构性能参数均符合键合要求, 验证了该结构的合理性。

提出了一种具有同步调心结构的球形超声电机, 建立了电机驱动力矩的数学模型, 重点对行波型定子进行结构优化设计。利用ANSYS对定子进行模态分析和谐响应分析; 通过灵敏度分析确定结构参数优化变量, 以最大干扰模态与工作模态频率差和最大定子表面振幅为优化目标, 建立设计空间的响应面模型, 采用多目标遗传算法(MOGA)进行优化求解得到Pareto前沿, 最终确定结构参数并对定子试制件进行定扫频实验。测试结果表明, 优化后的定子工作模态频率±2 kHz内无干扰模态产生, 且定子两相驻波表面质点具有较大振幅, 满足使用要求。

为了设计新型的加速度传感器, 将共振光隧穿结构应用于传感元件, 利用COMSOL软件对传感器的频率响应、灵敏度性能等关键要素进行了模拟仿真分析, 搭建了实验平台, 验证了共振光隧穿原理。结果表明, 基于共振光隧穿效应结构的加速传感器在100Hz~3000Hz范围内、加速度为500m/s2的情况下, 灵敏度可达到6.7dB/g。该传感器小巧轻便、结构简单, 且具有较高的灵敏度, 这为光学传感器的研究提供了新的方法和思路, 具有广阔的应用前景。

针对光电设备中广泛采用的螺栓连接形式, 采用单螺栓连接悬臂梁模型, 对螺栓连接引起的结构振动特性的改变进行实验。利用激振器和振动信号采集设备, 结合快速傅立叶分析方法指出螺栓连接模型在一定条件下有超谐共振响应现象。模型的谐振频率随着扭矩的增大呈先增大后减小的现象。结构在相同扭矩下, 第一阶谐振频率随着激励幅值的增大而减小, 结构呈渐软非线性。给定1/2和1/3倍谐振频率下的正弦激励, 系统能量随着激励幅值的增大而趋向于固有频率处。结构在低预紧扭矩下, 非线性项中二次项对结构响应起主要作用; 在较高预紧下, 非线性项中三次非线性项对结构响应起主要作用。该实验结果对开展后续连接结构的非线性振动特性的研究有一定的理论和指导意义。

转板是光电雷达稳定平台的关键元件之一。为了更好地设计和分析某光电雷达稳定平台的转板，运用Pro-E软件对其进行三维实体建模，合理简化后，进入Ansys软件界面建立有限元模型。应用有限元理论和Ansys软件对其进行动态特性分析，得到了转板前八阶模态的固有频率和振型，以及要求范围内的谐响应。对比了不同方法划分网格的网格质量，采取不同材料得到了不同模态。分析结果表明：设计的转板在关心的频段0~50 Hz，2 000 Hz~8 000 Hz内不发生共振，符合设计要求。

为探索超高速摄影仪转镜的设计，提出了系统性的转镜动力学性能设计理论和方法。结合静力学和动力学理论，利用有限元分析软件对初始设计的转镜进行静强度、模态、谐响应、固有频率灵敏度进行数值分析，并对数值分析结果进行试验验证，根据分析结果反复修改相应的转镜的结构尺寸并设计新的转镜，对新设计的转镜进行交变力疲劳分析和试验。结果发现，初始设计转镜的最大应力小于转镜材料的屈服强度，转镜不会出现静强度失效；转镜一阶临界转速落在工作转速以内，其动力学特性不满足要求；镜体外接圆半径与转镜的固有频率负相关且相关程度最高；新转镜的一阶固有频率从459.4 Hz增大到713.6 Hz，变化率55.3%，转镜的一阶临界转速达到42 816 r/min，成功地避开了共振点，且疲劳强度满足设计要求。

为满足二氧化碳探测仪平面光栅高精度面形要求，对光栅及其支撑结构进行了设计和分析.首先，对光栅结构组件各材料的选取和支撑结构形式进行了研究；然后，以坐标变换法和最小二乘法为理论依据，对镜面刚体位移和畸变的计算求解进行了探讨;接着，采用有限元法对光栅结构组件在不同热力耦合状态下的面形精度和结构强度进行仿真分析.运用有限元软件本身提供的二次开发功能，开发了能内部调用MATLAB编写的面形误差计算程序.经计算，各工况下面形误差PV≤63 nm，RMS≤12.6 nm.最后，为了验证结构组件的动态特性，进行了模态分析和谐响应分析，三个方向的基频分别达到1 046.3 Hz,1 640 Hz，1 147.5 Hz.这些结果表明，光栅结构组件设计合理可行，能够满足各项设计要求.