光纤陀螺仪光纤尾纤装配动力学建模仿真与应力计算方法

来源：计算机集成制造系统杂志2024年第9期北京时间：

作者：孙媛, 陈昊, 敖晓辉, 孟军峰, 吕乃静, 刘检华, 龙娅, 杨娅姣, 夏焕雄

单位：1.北京航天时代光电科技有限公司2.北方工业大学机械与材料工程学院3.北京理工大学机械与车辆学院4.北京邮电大学智能工程与自动化学院

摘要：光纤陀螺仪(FOG)中光纤尾纤的装配主要依靠工人手工完成,装配应力控制凭借人工经验,一致性难以保障。针对光纤装配应力定量控制的难题,提出一种基于离散微分几何理论的光纤动力学建模仿真方法。首先,基于离散微分几何理论建立了光纤运动学框架,并由弹性势能推导了包含拉伸、弯曲和扭转变形的光纤动力学方程以及应力计算方法。其次,提出了基于Newmark隐式算法的光纤动力学方程数值求解方法,并设计了光纤在装配过程中与周围物体的碰撞检测与响应策略。随后,进行了光纤圆周布设和弯扭变形的仿真测试。结果表明,光纤控制端与固定端之间的自由长度越短,光纤圆周布设的位置越精确;光纤截面半径越大,在同样的扭转角下光纤产生的弯扭变形程度越大。最后,设计了一种光纤陀螺仪装配布局,并通过动力学仿真得到了光纤装配过程的应力分布及最大应力变化,为陀螺仪光路低应力装配与路径规划提供了理论支撑。

关键词：光纤陀螺仪,光纤尾纤,动力学模型,离散微分几何,应力计算