基于ANSYS的微波卫星天线力学分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第2期(总第147期)机械工程与自动化No．22008年4月MECHANICALENGINEERING＆AUTOMAT10NApr．文章编号：1672—6413(2008)02—0028—03基于ANSYS的微波卫星天线力学分析孙吉，马纲(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100083)摘要：天线机械结构的力学性能对天线系统的工作特性有着直接显著的影响。首先针对某10m微波天线建立了简化的结构模型；通过对组合结构中不同构件间连接问题的处理，建立了天线结构的有限元分析模型；采用不同风压分布确定风压载荷。在此基础上应

2、用ANSYS软件对其结构进行了多工况下的静力分析，得到了各部分结构应力及变形情况。对分析结果进一步处理，确定了反射面的变形均方根值。结果表明该天线结构达到了指向精度和强度的指标要求。关键词：微波天线；结构模型；有限元；静力分析中图分类号：TB115：TN828文献标识码：A0引言对天线结构的基本组成、构件的受力特点、材料性能、需要研制开发的某10m口径卫星天线的主要任边界条件以及外载荷等主要因素进行细致准确的研究务是接收全频段信号、跟踪卫星通信。天线结构是典分析的基础上，确定合理的单元类型、材料特性、约型的机电一体化结构，其力学特性对整体的电性能发束条件、连接关系及载

3、荷分布等，使得计算结果与实挥起着极其重要的作用。对于工作在露天状态下的天际结果之间的误差尽可能小。建立天线有限元模型的线，必须确保其机械系统在复杂的外界环境条件下仍要点包括：能满足电性能要求。由于天线波束宽度很窄，对指向精度要求高，这就要求天线结构的整体刚度高，以保证天线在正常工作状态下的指向精度要求；同时还应满足强度要求，保证天线在各种工况下不发生破坏。本文针对所设计的天线机械系统，应用ANSYS软件建立有限元分析模型，并对其进行多工况的静力分析。1天线结构及有限元模型的建立1．1天线结构本文所研究分析的天线结构由主反射面板及其加强筋、中心体、背架杆系及连接调整螺栓

4、组成。要对图1天线结构模型图天线结构进行有限元分析，首先需建立其结构模型，而(1)单元类型；由于天线结构是刚性连接的，同实际结构往往是复杂的，工程实践表明，将实际结构时为了避免作为杆单元而引起的几何可变性，将面板经过适当简化后所建立的结构模型．其计算结果与实加强筋及背架杆系结构定义为梁单元并将单元类型选际测试结果相差不多，可为工程界所接受。图1即为为BEAM4，用壳单元SHEII63来模拟反射面板。应用ANSYS软件建立的简化后的天线结构模型图。(2)单元属性：针对分析模型中不同构件的受力1．2有限元模型的建立特点、材料性能及使用要求．共设有5个实常数并选建立的有限元

5、模型与实际结构模型吻合的程度决用钢和铝合金两种材料。定了有限元分析结果的准确度和可信度，因此，应在(3)网格划分：先对加强筋划分单元．再依次划收稿日期：2007—09—14；修回日期：2007一l1一l1作者简介：孙吉(1982一)．女，吉林四平人．硕士研究生，主要研究方向：机械设计和机械系统分析。维普资讯http://www.cqvip.com2008年第2期孙吉，等：基于ANSYS的微波卫星天线力学分析·29·分反射面和背架结构，关键是如何处理好不同单元间式中：[K]——结构总体刚度矩阵；的连接问题，以便顺利进行有限元分析。{U)——节点位移列阵；1．3组合结构中

6、的连接问题{F}——节点载荷列阵。天线作为组合结构，其有限元分析模型是由不同根据天线的工作状态、承受载荷等因素选择计算类型及不同材料特性的单元组合而成，并认为天线的工况，其中主要考虑了风速和风向因素。对于天线的所有组成构件间均为刚性连接，即满足连接处的变形任一工作姿态，对应的风向角为：一致性，这样，就要求在各个不同的连接构件间建立一cos_。(cosAcosE)。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)一定的约束条件。由于刚性连接处要求能够传递弯矩，式中：E——仰角；需要选择合适的单元类型，而刚性连接相当于耦合6——方位角。个自由度口]，通过验证，最终采用保持连接处的边界网由此确定了6

7、种计算工况，风向角分别为0。、6O。格一致并将连接处的节点合并的方法来达到刚性连接和9O。，并对每个风向角分别计算不同风速下结构的应的效果。图2为天线结构的有限元模型。力及变形情况。本文考虑两种风速：一为保精度风速，一20m／s(8级风)；二为保强度风速，一40m／s(12级风)。3加载及约束3．1风载荷3．1．1静荷作用由于风速随时间作无规则的变化，因此风荷是一种动荷，而风的动荷作用与结构的性能有关。对于刚性较好、质量较大的结构，风对结构不会引起大的振动，近似认为风对结构是一种静力作用，因此对于本文所分析的天线，可将风荷按静荷考虑。图2天线结构的有