2.3 FMD夹具设计
力限FMD夹具不同于传统的振动夹具，传统的振动夹具一般采用整体式结构，尽量避免螺接或焊接。力传感器测量的原理决定了其必须成为夹具中承力的主要部件，因此FMD夹具通常为分体式，通过螺钉连接为一个整体，在文献[5]中将FMD设计为一个测力环，然后其上再安装夹具。本设计将测力环与夹具进行整合使其具有测力和夹具的双重功能，该FMD夹具由三部分组成：上夹具、下夹具、力传感器，见图3。上夹具用于与卫星连接，下夹具用于与振动台连接。
图3：力限FMD夹具
为了使夹具在保证刚度的前提下重量尽可能轻，选用铸铝作为上下夹具的材料，并通过铸造成形。经计算上下两段夹具总质量为514.54Kg，传感器每个质量10.5Kg，共84Kg，整个FMD夹具总质量为598.54Kg，总高度295mm。本夹具由于采用的是组合连接方式，具有很高的灵活性，对于接口不同的卫星产品只需重新投产上夹具即可解决兼容性问题。8个力传感器的分布有两种选择，即正交分布和斜交分布。正交分布为在横向振动的X和Y轴上具有4个传感器，见图4。斜交分布为传感器与横向振动的X、Y轴具有22.5度的偏离，见图5。
图4：正交分布
图5：斜交分布
当做垂直向振动时，8个传感器在受力方向上处于同一平面，力由每个传感器均匀承担，正交与斜交对于传感器的受力几乎没有区别。当做水平向振动时，受力情况较为复杂，除了横向力外还具有倾覆力，且传感器在横向力的方向上不处于同一平面，每个传感器的受力是完全不同的，正交与斜交两种分布方式将会对传感器的受力产生影响。本文第3节中将分析两种分布的刚度以及对于横向受力的影响，选出较为合理的一种。
3 计算与分析
3.1 频率计算
频率计算采用cosmos软件进行有限元模态分析，由于下夹具与振动台连接，故约束下夹具每个安装孔的3个平动自由度，传感器分别通过4个螺钉与上下夹具相连，因此将传感器的上下表面设置为刚性连接。传感器建模外形按照实际尺寸，并修正其密度和弹性模量，使之质量和各向一阶频率与实际指标一致。经修正密度为7540kg/m3，弹性模量为4.5GPa，计算质量为10.5Kg，计算一阶横向频率为1927Hz，一阶垂直向频率为2030Hz。可见在这组参数的修正下，横向刚度基本与指标一致，由于内部结构未知，只能将其模拟为刚体，因此在弹性模量一致的情况下出现了垂直向刚度和横向刚度相差不大的情况，修正后的传感器模型满足了横向刚度，虽然垂直向刚度远小于指标值，但可以说此模型是保守的，如果将其代入整体结构进行计算，其频率也将是保守的。经计算正交分布和斜交分布的一阶频率见表2，振型见图6、7、8、9。
表2：正交与斜交分布一阶频率
图6：正交分布横向一阶振型
图7：斜交分布横向一阶振型
图8：正交分布垂直向一阶振型
图9：斜交分布垂直向一阶振型
从表2可知无论是正交还是斜交分布，其横向一阶频率都几乎达到了试验最高频率的3倍，而垂直向频率由于使用了传感器的保守刚度，其实际频率应比表格中的数值更高，因此从频率角度来说正交和斜交都可满足试验的要求。