一种圆抛物面天线的有限元分析

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1、雷达与对抗






2004年

第4期61
一种圆抛物面天线的有限元分析

蒋尔进(中国电子科技集团公司第二十研究所,陕西西安710068)摘
要:应用有限元分析软件ANSYS5.7对一种复合材料圆抛物面天线进行分析计算,确保设计的产品满足使用要求。关键词:雷达;抛物面天线;力学分析;有限元中图分类号:TN957
8
文献标识码:A
文章编号:10090401(2004)04006104FiniteelementanalysisofacircularparabolicantennaJIANGErjin(No.20Re

2、searchInstitute,ElectronicTechnologyCorporationofChina,Xian710068,China)Abstract:Inthispaper,thefiniteelementanalyzingsoftwareANSYS5.7isusedtoanalyzeandcalculatethecircularparabolicantennamadeofcompositematerialstoensurethatthedesignedproductssatisfytheapplicationre

3、quirements.Keywords:radar;parabolicantenna;dynamicsanalysis;finiteelement1
引
言式中,[K]为刚度矩阵,[
]为节点位移矩阵,[F]为节点载荷列阵。天线被广泛应用于通信、雷达、导航、电子对抗、广2.1
分析计算的理论基础播电视等领域,天线结构的静力学、动力学特性对天线天线的应力与应变应用壳体理论进行求解,壳单整体的电性能影响发挥着极其重要的作用。对天线结元能承受拉伸应力与弯矩力,以三角形单元为例,单元构比较突出的要求是强度大、刚性好、重量轻、精度高,应变关

4、系式为同时还能满足所需的环境条件,即天线的结构机械性u能满足以下要求:xx(1)天线在要求的载荷作用下保证不破坏;v{}=y=





y(2)天线在规定的载荷下结构变形应能满足电性xyuv能的指标要求;+yx(3)天线的固有频率要高,以防结构谐振。22w22xx2
天线静力学分析2w2=-z2=-z2w(2)yy天线结构的力学分析属于固体力学问题。天线结22w22构静力学分析最后归结为解下列方程:xyxy[K][
]=[F](1)

由形函数得知,该三角形单元的位移场为
收稿日期:20040910;修订日期:200

5、40930

作者简介:蒋尔进(1971-),男,陕西西安人,中国电子科技集团公司第二十研究所工程师,现主要从事雷达天馈系统结构研究。62雷达与对抗






2004年

第4期u1u111w1w1!x1!x1!y1!y1u2u222w=[N]{
}=[N1,N2,,N15]w2



(3){
}=w2(7)!x2!x2!y2!y2u3u333w3w3!x3!x3!y3!y3将式(3)代入式(2)得式(4):对于薄板材料,其应变能为u11TU=!{∀}{}dV





V211Tw1=!{}[D]{}dVv2!x

6、11TT2=!{
}[B][D][B]{
}zdV(8)!y1v22u2由最小势能原理得知:2xV=U-W
(位能=应变能-功)(9)22V{}=-z2=[N1,N2,,N15]w2

(4)要得到最小位能,即=0,故可得:y{
}!x22UW-=0(10)2xy!y2{
}{
}u3其中UT23=[B][D][B]zdV∀{V}(11a){
}!Vw3W=[F](11b)!x3{
}!y3简化式(11a)得:将式(4)简化成:U=[K]{
}(12){
}{}=-z[B]{
}(5)其中其中2T2[K]=![B][D][B]

7、zdV(13)V2x对于式(10)可写成:2[B]=-z2=[N1,N2,,N15](6)[K]{
}-[F]=0(14)y2即式(1):[K]{
}=[F]。2xy2.2
天线的结构型式及计算要求2.2.1
结构形式该天线结构型式为旋转抛物面,带有一圆锥形天蒋尔进

一种圆抛物面天线的有限元分析63线罩,材料分别为:天线主面为碳纤维面板铝蜂窝夹材料的材料特性表示。用弹性壳单元shell63划分单芯,天线罩为玻璃纤维面板玻璃布蜂窝夹芯。为了加元后的模型如图4所示,共划分单元3724个,天线主强主面4个支座传递载荷的能力,将支座

8、所在圆形带面划分为1164个单元,天线罩划分为2560个单元。的蜂窝夹芯改为充胶蜂窝夹芯,环氧胶抗拉强度40MPa(实验测得)。4支座按简支梁简化,结构示意图如图1所示,Z轴向上为正,X、Y轴为对角支座连线。图2图1
天线结构示意图2.2.2
计算