某雷达天线座结构系统模态分析及动力修改_cae_产品创新数字化(plm)_428

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1、某雷达天线座结构系统模态分析及动力修改_CAE_产品创新数字化(PLM)1引言   随着雷达应用范围的不断扩大，其所处的力学环境越来越复杂，同时为了保证电性能的完成对结构动态性能也提出了越来越苛刻的要求，所以获得产品准确的模态参数，并在此基础上进行结构动力修改，以提高产品的动态性能，已成为雷达产品设计的需要，受到结构设计师越来越多的关注。为了将相关技术在雷达结构中进行广泛应用，我们针对某雷达天线座结构系统的具体设计，在不同的设计阶段，分别采用了不同的方法获得其模态参数，并在此基础上进行了灵敏度分析及结构动力修改。2模态参数的计算2.1产品介绍  

2、 该天线座为两轴式天线座，可以在俯仰和方位两个方向上进行搜索，如图1所示。具体结构采用的是立轴式结构，立轴是较为粗大的空心轴，由一钢管通过机械加工制成，该立轴通过两组轴承与底壳连接，底壳底板的两边分别安装方位驱动系统和方位数传系统，方位驱动系统采用三级减速，减速比分别为12/72，16/68，18/148。横轴通过连接件和立轴相连，其左右两侧分别通过两组轴承和两个壳体连接，壳体内则分别安装俯仰驱动系统和俯仰数传系统，俯仰驱动系统采用四级减速，减速比分别为17/41，12/47，12/60，16/106，左右壳体之间则通过一板状零件连接，而天线则亦

3、通过该零件与天线座连接，同时该天线座上还装有电视和激光。   可以这样来分析该天线座结构系统，方位驱动系统及俯仰驱动系统驱动立轴及横轴完成所需机械动作，方位数传系统及俯仰数传系统来测试立轴及横轴完成机械动作的效果，从而为电路控制提供必要的信息。从机械安装方式来看，方位驱动系统、方位数传系统及立轴均安装在底壳内，横轴则安装在立轴上，俯仰驱动系统及俯仰数传系统分别装在两个壳体内，安装在横轴的两侧。完成方位旋转时，底壳不动，立轴旋转；完成俯仰旋转时，横轴不动，两个壳体旋转。根据上面的分析可以看出，方位驱动链和俯仰驱动链是完成天线座机械性能的主要部件，而

4、立轴及横轴为关键零件。为了保证结构不发生谐振，方位驱动链和俯仰驱动链的最低频率不能落在各自伺服带宽之内，同时为了保证雷达满足公路运输及工作的要求，对低阶频率也有一定的要求。图1天线座装配简图   图2有限元模型图2.2有限元分析   获得该结构系统前几阶固有频率及模态振型是本次计算的主要目的。为此，对该产品利用ANSYS软件建立了完整的有限元模型，如图2所示，该模型包括SHELL63，BEAM189，LINK8，MASS21，SOLID185等5类共计39309个单元，具体简化内容如下：将外壳简化为3种类型的BEAM189单元，其长方形横截面的尺

5、寸分别为24毫米×40毫米、30毫米×40毫米、25毫米×25毫米,并根据实际情况对BEAM189梁单元进行了一定的偏置；将主轴简化为厚度为12.5毫米的SHELL63单元；将横轴简化为厚度分别为14毫米及25毫米的SHELL63单元；将轴承简化为沿立轴或横轴圆周方向均布的8个LINK8单元；对于齿轮传动的驱动系统，将各齿轮的转动惯量及各传动轴的扭转刚度分别按动能等效、势能等效原理建立等效动力系统；将方位及俯仰数传系统等效为集中质量，分别平均加在和外壳对应的连接位置上；将天线的影响简化为实际调试时所使用的模拟负载。在建立了有限元模型的基础上，采用

6、Subspace法进行了求解。通过对求解结果的分析可知(在这里我们忽略刚体模态)，天线座第1阶固有频率为方位驱动扭振链的固有频率，大小为13.754,第2阶固有频率为俯仰驱动扭振链的固有频率，大小为23.136Hz，该天线座第3至第10阶的固有频率其大小则分别为27.840Hz，39.245Hz，54.161Hz，59.890Hz，65.689Hz，109.220Hz，125.728Hz，145.505Hz。3试验模态分析3.1试验方案及测试结果   在试验时将天线座的方位及俯仰驱动电机锁定。试验选用的是LMS公司的CADA-X试验模态测试系统，

7、其中，激振方式选用力锤激励，力锤为KISTLER公司的9722A型冲击力锤。由于我们比较关心待测试件200Hz以下的频率，所以锤头选用9908，即硬的橡皮头，同时在力锤上加装附加质量块(50克)，以保证在较低的频率段有足够的激励力。另外在试验的过程中，保证冲击位置和方向准确，多次冲击力幅度基本一致，避免冲击锤反弹冲击。通过试验测试结果来看，这样的激振方式满足试验要求。悬挂方式则选用自由悬挂，采用橡皮绳悬吊试件，选用的橡皮绳保证试件刚体振动模态频率低于试件弹性模态频率的1/5，以避免环境振动和支承刚度对测量的影响，使得试验的可重复性好。图3模态测试

8、简图注：在稳态图中，o表示未找到极点，f表示频率稳定(在给定精度内),v表示频率和模态参与因子稳定，d表示频率和阻尼稳定，s表示所有三种