pro-e和ansys软件在天线结构设计分析中的应用

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1、Pro/E和ANSYS软件在天线结构设计分析中的应用

2、第1内容加载中...1引言天线是卫星通信中发射和接收微波信号的主要设备。随着卫星通信事业的发展，天线的应用也已迅速推广。对于天线结构而言，合理的设计应该确保在各种环境下，使天线精确地保持形状和姿态。目前，天线的结构设计分析已自成体系，其中关键部分就是设计模型的建立及在此基础上进行的刚强度分析和变形的计算。以往多采用经验类比设计与传统材料力学简化计算相结合的方法，但这一方法在很大程度上取决于设计人员的经验，并且往往使设计偏于保守，致使产品重量大，成本高，尤其在当前客户要求越来越多样化的情况下，已不能适应瞬息万变的市场要求。

3、随着各种先进计算机辅助设计软件的推广应用，采用功能强大的CAD及CAE软件对天线结构进行设计分析已成为可能，从而可以大幅度提高设计质量和效率。目前先进的CAD软件Pro/ENGINEER可直接进行三维实体设计，其强大的特征(Feature)建模技术可以迅速捕捉对象，生成产品几何模型，并能对建立的实体模型自动进行有限元网格的划分，将划分好的模型输出到有限元分析软件。而ANSYS软件是集结构、热、流体和电磁于一体的大型通用有限元分析软件，提供了有限元计算的优异分析功能，可获得良好的计算精度，并且可与Pro/ENGINEER集成在一起。本文在总结天线结构设计经验的基础上，介绍了如

4、何运用上述两种软件对结构进行实体建模和分析的一般步骤，提出了有限元分析模型建立的一些方法。2结构建模和分析的基本步骤天线结构的分析属于固体力学问题，通常采用有限元法进行计算。一般来说，天线结构的设计分析是由以下几步组成的。（1）建立设计模型。（2）结构离散化，进行有限元网格划分。（3）建立边界条件，施加约束。（4）计算节点载荷。（5）组成整体刚阵，求解有限元方程。（6）对计算结果进行整理、分析。上述步骤中的（1）、（2）、（3）、（4）称为有限元分析的前处理，步骤（6）称为有限元分析的后处理。关于固体力学的有限元法已有很多专著作了详细的分析，这里不再一一赘述。现主要对如何在

5、Pro/ENGINEER和ANSYS两种软件环境中进行具体操作进行概述：首先在Pro/ENGINEER中建立实体模型，并输入材料特性，主要包括弹性模量、泊松比和密度等，注意单位的选取必须与在ANSYS中相同，否则将导致计算结果出现数量级的偏差。然后在Pro/Mesh模块中进行有限元网络的划分，确定坐标系，施加载荷及约束，定义分析名称，从而建立分析模型。运行(Run)分析，从中选择ANSYS作为解算器，生成一个名为*.ans的文件（也可选用后台直接运行等），这样就可以在Pro/ENGINEER中完成计算中所有的前处理过程。最后的计算及后处理在ANSYS中完成。进入ANSYS后

6、，读入(Readinput)前面生成的*.ans文件，此时可以检查在Pro/ENGINEER中定义的材料特性、载荷及约束等是否有误，无误则可直接进行计算（Solve），并用后处理器(GeneralPostprocessor)查看计算结果。图1所示为一个天线座架的应力分布图。图1天线座架应力云图3用Pro/ENGINEER建立模型的方法对于类似天线结构这样空间尺寸繁多的产品，通过Pro/ENGINEER强大的造型功能够迅速建立实体模型，并且修改很方便。借助Pro/Mesh模块提供的有限元网格划分功能，可将模型划分为实体(Solid)、板壳(Shell)或梁(Beam)等单元，

7、并在此基础上添加约束和载荷，最终传递给有限元分析模块Pro/mechanic或其他分析软件，如ANSYS等进行计算。随着近年来三维设计软件的迅速推广，迅速地建立实体模型已不是什么难事，问题是如何使模型直接转化为正确的分析模型，下面就谈谈用Pro/ENGINEER建模时常采用的一些方法。3.1简化模型简化模型是指忽略零件(Part)或装配(Assembly)中的细节。由于实际结构往往是复杂的，如果完全按实物建立有限元模型，实际上是不必要的，有时甚至是不可能的。因此，在进行有限元网格划分前，常常将零部件上的一些细节特征做压缩(Suppress)处理。在压缩这些特征之前，必须注意

8、以下几点。（1）压缩特征是否会改变分析模型的特性。换句话说，就是看特征是保证结构强度必须的基本特征还是仅为修饰特征（Cosmetic），我们需要压缩的是修饰特征。这些特征一般包括圆角(Round)、棱角(Chamfer)、小的槽(Groove)和定位孔等。切忌在进行所有的分析之前都要考虑特征的压缩。另外，对于模态分析(Modal)或热分析(Thermal)、可以压缩的特征也许并不适用于强度分析(Structural)，比如在模态分析中可以忽略那些能够产生应力集中的特征，并且不影响刚度，但在强度分析中就必须考虑这些因