基于ansys的天线结构cae平台的开发

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1、基于ANSYS的天线结构CAE平台的开发

2、第11引言天线广泛应用于通信、雷达、电子对抗等领域，在国防应用中更是必不可少，但目前由于没有专用于天线设计的应用程序而使天线的设计效率大为降低。虽然有各种CAD、CAE系统，如：AutoCAD、ANSYS、I-deas等，但由于它们不是专门针对天线设计的，其操作相当复杂，需要经验丰富的技术人员。调查表明，虽然企业普遍购买了CAE软件，但应用的情况并不理想。主要原因是：有限元建模分析需要设计者具有相当深厚的力学基础、很强的计算机应用能力和丰富的工程设计经验，往

3、往只有少数人能够使用这些软件解决工程问题。实际工作中，需要一种面向面天线结构设计的有限元快速建模软件。设计者只需输入一些基本的控制参数，便可得到典型结构的有限元建模方案，帮助设计者快速建立合理的有限元模型，得到正确可靠的评价结果。因此，开发专门针对抛物面天线结构设计的虚拟制造平台具有广阔的应用前景。实际经验表明，在产品概念设计阶段使用有限元分析最为有效，在样机生成之前用其检验最终设计也同样有效，如图1所示。大型有限元分析程序ANSYS作为优秀的CAE软件，提供了与各种CAD软件的接口，并可方便地进行

4、二次开发，作为面天线的仿真平台无疑是一个很好的选择。2抛物面天线的设计抛物面天线结构一般由中心体、背架、反射面、加强筋等组成。整个天线结构呈现旋转对称性，适合参数化造型。抛物面天线结构设计的要求就是使天线结构在各种风载荷和重力载荷的作用下不被破坏，其反射面精度（即反射面保持理论抛物面的程度）达到所提出的指标要求，从而保证天线的工作性能。在此前提下，尽量合理地选择结构形式，材料规格，使天线结构重量轻，耗材料，造价低。根据抛物面天线结构旋转对称的特点，利用ANSYS软件强大的前处理功能，可以方便快速地建

5、立天线结构的分析模型，显著提高天线结构设计的能力和效率，提高面天线的创新设计能力，改进产品性能。天线结构设计完成以后，按照规定，应该对天线的结构性能进行预测，预测的范围包括结构重量、尺寸、震动频率、惯性力、结构刚度（变形）和强度（失效）、是否可以满足电性能指标等。天线结构设计的根本目标，是设计出能够确保天线性能指标（例如电效率）的机械结构。一些相对优秀的结构，例如重量轻、尺寸小等等，常常能带来巨大的经济效益。结构设计的过程也应当是一个不断寻找最优结构的过程。从结构设计的角度讲，天线背架的结构类型、拓

6、扑结构、截面形状、尺寸等因素都会影响天线的性能指标。天线结构优化包括了结构类型优化、拓扑优化、形状优化和尺寸优化。ANSYS本身包含优化模块，提供两种优化方法，可以处理绝大多数的优化问题。3CAE平台ANSYSANSYS有限元分析软件是世界上著名的大型通用有限元计算软件，包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块，具有强大的求解器和前、后处理功能，内置有百余种单元类型。强大的求解功能几乎可对各种情况进行建模求解，为我们解决复杂、庞大的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个良好的工作环境。ANSYS本

7、身不仅具有较为完善的分析功能，同时也为用户自己进行二次开发提供了友好的开发环境。ANSYS也是一优秀的开放式有限元分析软件，提供专门语言APDL（ANSYS参数化设计语言）可方便地进行二次开发。有限元分析的标准过程包括定义模型及载荷、求解和解释结构，APDL可用智能分析的手段自动完成上述过程。APDL接近程序设计语言，具有标量变量、数组变量、表达式和函数、分支和循环、用户程序等应用对象，易于进行开发，是ANSYS二次开发最重要的工具。ANSYS的后处理功能及报告生成器能用于获取求解分析过程中的信息，

8、可以通过GUI或在批处理过程中调用，允许获得的信息包括图片、动画、表格以及输出信息等，并能自动组装成HTML格式的报告文件。同时，ANSYS内置有完善的优化功能，可处理绝大多数工程问题。这表明ANSY是一个很理想的CAE开发平台。4抛物面天线的建模仿真总结抛物面天线结构设计中的共性技术问题及其解决方案，以此为基础便可建立适用于面天线结构设计的虚拟制造平台。在设计时应注重交互性与自动性并重，应用该平台能方便快速地对抛物面天线进行建模仿真，必将加快天线的开发设计，降低开发成本。天线建模仿真的基本流程如

9、图2所示，首先在用户整体控制下形成一个典型的三维天线模型，用户能在此模型的基础上方便地进行局部修改，当用户修改满意后，便可进入有限元分析模块，对模型进行各种有限元分析，评估天线性能，在此模块中也可对天线结构进行优化。4.1面天线参数化设计系统面天线参数化设计系统用于快速建立抛物面天线的整体模型，系统流程如图3，用户在此模型基础上进行修改即可满足实际的需要。该系统可从整体上方便地控制天线的结构，包括反射面形状、骨架、对反射面进行自动分块，由辐射梁、环梁及副梁信息自动