碳纤维复合材料天线反射面的模态分析

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1、万方数据第1期2006年3月纤维复合材料l江BERCoⅣ【PoSITESNo．137Mar．，2006结构·设计碳纤维复合材料天线反射面的模态分析王亚锋，鞠金山，佟文清(中国电子科技集团公司第38研究所，合肥230031)摘要从刚度设计的角度，对碳纤维复合材料(CVRP)天线反射面进行铺层设计，建立了15种纤维铺层方式的有限元模型，利用ANSYS对天线反射面进行模态分析，结果表明采用[90／45／0／一45／A]，对称铺层的蜂窝夹层板的固有频率最大。关键词碳纤维复合材料；反射面；有限元分析；铺层设计；模态分析ModalAnalysisonAn

2、tennaReflectionSurfaceofCarbonFiberCompoitesWANGYa-feng，JUJin-shan，‘rONGWen—qing(ChinaElectronicTechnologyGroupCorporationNo．38ResearchInstitute，Hefei，230031)ABSTRACTⅥ，econductthelay—updesignwi山theantennareflectionsurfaceofCarbonFiberReinforcedPolymer(cra。a,)tomeettherequir

3、ementofrigidityand15FEAmodelsoffiberlay—upareconstructed．WeusedANSYSsoftwaretoconductthemedalanalysistotheantenna．卧eresultshowsthatthenaturalfrequencyisthebiggestwhenthelay—uporientationofthesym-metriealconlblaminateiS．KEY＼^『OlIDSCn讲；reflectionsurface；n认；lay—updesign；modala

4、nalysis1前言2铺层设计的一般原则树脂基CFRP具有强度、刚度可设计性的特点，目前已被大量应用于宇航、航空等工业领域。采用CFRP制造雷达天线具有轻质、高强度、高刚度、耐腐蚀、高精度的优点。而复合材料设计标准的不足成为限制复合材料应用的重要原因之一11J。随着有限元分析的发展，可以用其对复合材料进行辅助设计。研究人员做了很多试验对有限元分析进行验证，表明有限元分析在复合材料分析设计上具有较高的准确度[卜3I。振动现象是天线反射面常遇到的问题之一。由于振动会造成天线反射面共振或疲劳，从而破坏天线反射面。然而天线反射面本身具有某种程度的刚度

5、，故其自然振动频率及振型是天线反射面设计中必须了解的特性之一，从而避免在使用中因共振因素造成不必要的损失。对天线反射面进行准确的模态分析将对其振动特性分析、振动故障诊断以及结构动态特性的优化设计提供依据。本文主要用ANSYS对蜂窝夹层结构的Cn冲天线反射面在满足一定刚度条件下进行铺层设计并进行模态分析。铺层设计是CFRP天线反射面设计中的关键性的设计工作之一，它也是复合材料设计特有的工作内容。铺层设计的优劣在很大程度上影响着天线反射面设计的成败，同时也直接影响着其性能，如力学性能、热性能等。铺层设计主要包括：选取合适的铺层角，确定各种铺层角的

6、铺层百分比和铺层顺序等。铺层设计的一般原则为14、5j：‘(1)面板结构应采用均衡对称铺层，以避免耦合引起翘曲；(2)在面板的铺层结构中，任一铺层角的铺层，其最小百分比应大于或等于6～10％；(3)同一铺层角的铺层不宜过多集中在一起；(4)若含有±45。、0。、90。层，应尽量使45。层用O。层和900层隔开，也使0。层和90。层用450层隔开，以降低层间应力。3天线反射面的模态分析万方数据纤维复合材料2006正3．1材料参数和铺层方式T300／环氧复合材料单层板的材料弹性常数∞1：弹性模量E，，=135GPa、如=如=7GPa，剪切模量G1

7、2=G13=G23=4．5GPa，泊松比Ⅵ2=v13=0．3，物=0．03，密度P=1682．6Kg／m3；铝蜂窝的材料弹性常数[7]：弹性模量E3，=1．29GPa，剪切模量G。，=184．49MPa、岛F276．74MPa，密度P=26Kg／m3；背筋的弹性模量E=63GPa，密度p=2710K∥m3。反射面为蜂窝夹层结构，面板采用8层层合板，铺层方式如表1所示，其中单层板厚度为0．1mm，铝蜂窝厚度为6mm。图1为[90／45／0／一45／A]。铺层的示意图。图1铺层[90／45／01—45／a]。示意图3．2反射面的尺寸要求反射面方程

8、：x2+Y2=4fZ，焦距f=325mm，长轴=690ram，短轴=490ram，厚度=6．8mm。3。3模态分析理论一个N自由度线形系统，其运动微分方程为：[M]