某型航空相機是采用了大面陣圖像傳感器的步進畫幅式航空相機，地面景物通過掃描反射鏡、光學系統成像在圖像傳感器上。通過兩框架兩軸的結構形式，實現航空相機的反射鏡掃描及步進擺掃拍照。相機的橫滾軸與飛機飛行方向平行，橫滾電機帶動光學系統繞轉軸轉動的過程稱為擺掃。擺掃的方向與飛機飛行方向垂直，安裝在相機內的反射鏡、光學系統、圖像傳感器隨橫滾電機的轉動而轉動，從而對不同角度的地面景物進行拍照。支撐框架用于承載光學系統及圖像傳感器，實現光學系統的擺掃運動，因此支撐框架的精度對于成像質量有著非常重要的影響。傳統設計方法主要是憑借經驗，由于過于強調安全性，常常會造成尺寸偏大，而且不易發現產品結構中的薄弱環節。采用有限元分析方法，在產品設計的早期就能發現并修正存在的問題，為產品的設計和優化提供了很大的便利。
      本研究對支撐框架進行模態有限元分析，根據分析的結果進行結構優化，這對于提高其剛度及機械諧振頻率是十分有必要的。
      模態分析是對結構動態特性的解析和實驗分析，其結構動態特性可以用模態參數來表示。力學系統運動微分方程的特征值和特征向量是模態參數在數學上的表征；而試驗中的固有頻率、振型等參數則是試驗的模態參數。有限元模態分析的主要目的就是通過計算相機光學系統支撐框架的模態參數，包括分析結果中各階相應的頻率、振型、質量、剛度等參數，對支撐框架進行模態分析，為結構設計與研究提供動態特性數據，便于合理安排框架諧振點的位置以改善其動態特性。由彈性力學的變分原理，經分析可得相機光學系統支撐框架的運動微分方程。
      因為系統的自由振動振幅不能全為零，欲求非零解則特征矩陣的行列式必為零，即Ａ=0，根據此條件，將矩陣方程展開。
      求解式，可得到Ｎ個根：ω21，ω22， ，ω2ｎ和Υｉ對應的Ｎ個非零特征矢量{Υ1}，{Υ2}， ，{Υｎ}，其中ωｉ和Υｉ的物理意義分別反映了固有頻率和振動的模態。上式可以看出，固有頻率和振型僅取決于質量和剛度分布，與外部載荷無關，因此可以用來表征動態特性。
      該相機采用兩框架兩軸結構，各框架結構及裝配關系如圖所示，機械結構主要包括相機外框架，光學系統的支撐框架，反射鏡框架。框架的三維模型通過3D圖形軟件Solidworks建立，然后采用COSMOS軟件對三維模型進行處理，進行網格劃分并計算分析輸出結果。在進行有限元分析中，支撐框架采用實體單元。
      對光學系統支撐框架進行有限元網格劃分時，由于結構比較均勻，無明顯過薄結構，因此統一采用實體單元劃分。網格劃分過程中應盡量使單元大小均勻，保證網格的協調性要求。該支撐框架采用自動和手動劃分網格相結合的方法，根據精度的需要在軸孔連接處用手動劃分網格的形式進行網格的細化。整個框架共劃分72123個單元，129153個節點，有限元網格如圖所示。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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