1.0m拋物面天線風(fēng)荷作用下的受力變形分析

1、1.0m拋物面天線風(fēng)荷作用下的受力變形分析王聰，唐文亭(西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西省西安市710048)摘要摘要:本文介紹了某型號1.0m拋物面天線在ANSYS10.0平臺上的部件間鉚釘連接情況處理及風(fēng)壓施加方法。對在不同風(fēng)荷作用下的天線整體結(jié)構(gòu)進行了有限元分析，得出了結(jié)構(gòu)各部分的應(yīng)力及變形情況，并進行了強度校核及精度分析。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：拋物面天線；有限元；風(fēng)荷；靜力分析TheStressDefmationAnalysiso

2、f1.0mParaboloidAntennaUnderWindLoadWANGCongTANGWenting（SchoolofMaterialScienceEngineeringXianUniversityofTechnologyXi’an710048China）Abstract：inthispaperitintroducethemethodtodealwiththeconnectionbetweenthecomponentsthewi

3、ndpressureloadingofthe1.0mparaboloidantennawhichisbasedonthefiniteelementanalyzingsoftwareANSYS10.0.Italsocalculateanalyzethestressthedefmationofstructuresunderdifferentconditionscheckthestrengthofstructureprecision.Keyw

4、ds:paraboloidantennaFiniteelementmethodwindloadThestaticanalysis中圖分類號中圖分類號：TN823.15引言引言天線在當今電子通訊等領(lǐng)域中的應(yīng)用愈來愈為廣泛。作為最基本的接收、發(fā)出信號的工具其對自身精度有著很高的要求。又因為絕大多數(shù)天線是室外作業(yè)，會受到各種各樣自然因素的影響而破壞。因此天線正常工作狀態(tài)時，天線結(jié)構(gòu)的機械性能必須要同時滿足以下兩個要求[1]：l）剛度要求：天線

5、結(jié)構(gòu)在載荷作用下結(jié)構(gòu)變形應(yīng)能滿足電性能的指標要求；2）強度要求：天線結(jié)構(gòu)在載荷作用下保證不破壞。本文基于SolidWks軟件平臺建立拋物面天線的實體模型，然后導(dǎo)入ANSYS中生成有限元分析模型，并對其進行多工況的靜力分析。1.1.0m拋物面天線有限元模型拋物面天線有限元模型1.1結(jié)構(gòu)模型本文研究的某型號1.0m拋物面天線是指拋物面口徑為1.0m的拋物面天線。它主要由中心盤、反射面、側(cè)罩及罩蓋組成。與傳統(tǒng)的標準拋物面天線相比增加了側(cè)罩、及

6、罩蓋等，對天線的性能起到了一定的優(yōu)化作用。天線側(cè)罩與反射面法蘭處以及反射面與中心盤之間通過鉚釘連接。天線結(jié)構(gòu)模型及在坐標系中風(fēng)角α示意圖如圖1。（a）天線幾何模型（b）坐標系中風(fēng)角示意圖圖1天線幾何模型及坐標系Fig.1geometricmodelofantennathecodinatesystem作者簡介作者簡介：王聰（1985），女，陜西西安人，碩士研究生。主要研究方向：結(jié)構(gòu)有限元分析。電話：15829099304，Emil：hip

7、poshi@主要研究方向：T23鋼焊接性及其焊接工藝罩蓋加強桿中心盤側(cè)罩反射面45、90、135、180，共10個工況下天線的受力情況。2.2載荷計算與施加天線承受的風(fēng)壓與風(fēng)速有關(guān)，其大小按下q列公式計算[6]：(kNm2)216001??q風(fēng)速，ms?不同風(fēng)速對應(yīng)的風(fēng)壓如表1所示：表1不同風(fēng)速對應(yīng)的風(fēng)壓不同風(fēng)速對應(yīng)的風(fēng)壓Table.1windpressureatdifferentvelocity風(fēng)荷要求風(fēng)速(ms)風(fēng)壓（Nm2）8級風(fēng)

8、20.7267.8生存風(fēng)速551891在ANSYS結(jié)構(gòu)分析中一般單元的面載荷只能施加在面的法線方向，網(wǎng)格劃分后施加在單元的法線方向。文獻【7】中采用將風(fēng)壓乘以作用面積然后再除以單元節(jié)點數(shù)得出的數(shù)值作為集中力，然后將集中力施加在每個節(jié)點上。這種方法忽略了天線結(jié)構(gòu)體型變化造成的各處受力不均等的情況。本文中將風(fēng)壓q看做分布載荷，設(shè)q的分布情況為，曲面函數(shù)為。q在()qxyz()gxyz曲面法矢上的分量為。設(shè)曲面法矢量()qxyz為：????=

9、()()()xyzgxyzgxyzgxyzabc?gq矢量為??def?q曲面上各點受到的載荷大小為q、g兩矢量的數(shù)量積。由得出q投影cos????gqgqPrjqg到曲面法矢上的分布函數(shù)為：222()Prjadbecfqxyzabc????????qggq天線反射面為旋轉(zhuǎn)拋物面結(jié)構(gòu)，其在圖1（b）坐標系中，曲面方程為：，單位㎜。2213040xyz???????=()()()21.3042xyzgxyzgxyzgxyzxz??g風(fēng)壓q

10、矢量為cossin0qq?????qijk????0cossin0xyqqqq????q3結(jié)果分析結(jié)果分析3.1強度分析通過分析計算得出天線結(jié)構(gòu)在各工況下的最大VonMises應(yīng)力值，如表2。根據(jù)所得最大VonMises應(yīng)力及給定的材料性能值得出安全裕度:bv????VonMises應(yīng)力，材料的抗拉強度v?b?由安全裕度值判斷該天線結(jié)構(gòu)在各工況下是否滿足強度需求。該天線結(jié)構(gòu)中反射面及側(cè)罩采用同種材料，=186MPa，因此在進行強度校核時

11、只需考慮b?應(yīng)力最大值。表2不同工況下天線結(jié)構(gòu)各部件的最大VonMises應(yīng)力Table2maximumVonMisesstressofallpartsofantennastructureunderdifferentwkingconditions最大最大VonVonMisesMises應(yīng)力應(yīng)力MPaMPa風(fēng)角風(fēng)角α風(fēng)速風(fēng)速msms側(cè)罩側(cè)罩反射面反射面中心盤中心盤20.720.720.918.14.79005555146.0127.012

12、7.033.633.620.720.715.620.420.45.754545555581.5106.030.620.720.722.313.42.4390905555157.0157.094.417.120.720.729.229.218.13.631351355555107.080.521.820.720.710.08.534.76180180555570.960.233.6由表2看出側(cè)罩及反射面的最大VonMises應(yīng)力值為157