《106-某机载雷达骨架刚强度有限元分析.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《106-某机载雷达骨架刚强度有限元分析.pdf（4页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第三届中国 CAE 工程分析技术年会论文集 583 某机载雷达骨架刚强度有限元分析 朱志远 (中国电子科技集团公司第三十八研究所 合肥 230031)摘要摘要摘要摘要：本文针对天线骨架的结构形式，运用 ANSYS 有限元分析软件，采用板壳单元对其进行模态振动、应力场以及变形场分析，验证了产品设计的合理性，同时为产品的开发提供了科学、准确的设计依据。关键词关键词关键词关键词：天线骨架、模态、有限元分析 1 1 1 1 引言引言引言引言 型号产品研发普遍具有研发周期短、性能要求高、研制经费紧张的特点，想要在较短的时间内，全面按计划完成研制任务，采用 CAE 等现代化设计分析技术是必不可少的。天线骨
2、架作为整个天线的主要承力部件，既要保证天线在机载环境下结构不破坏，又要确保天线能够保持高精度的工作，因此天线的刚强度的设计尤为重要。对天线骨架进行有限元仿真，是验证设计是否符合要求的重要依据。2 2 2 2 有限元模型的建立有限元模型的建立有限元模型的建立有限元模型的建立 2.1 有限元网格划分有限元网格划分有限元网格划分有限元网格划分 天线骨架主要由薄壳结构组成，所以模型采用ANSYS/structure 中的板壳单元 shell63 建模，根据结构的特点各零部件之间采用刚性连接。图 1 天线骨架有限元计算模型 由于天线骨架的结构比较复杂，采用分块划分的原则对整个结构进行有限元网格划分。对于
3、较规则的部位采用映射网格划分，其他部位采用自由网格划分。经过划分总共生成了46827 个板壳单元。天线骨架两端支撑，其中左端全部约束，右端释放转动自由度如图 1。第三届中国 CAE 工程分析技术年会论文集 584 2.2 2.2 2.2 2.2 荷载处理荷载处理荷载处理荷载处理 1）天线骨架自身重力作用；2）骨架上各种电子设备转化为重力加载在相应位置。2.3 2.3 2.3 2.3 材料特性材料特性材料特性材料特性 主体结构为铝合金 表 1 材料属性 弹性模量 泊松比 屈服强度 极限强度 密度 73GPa 0.33 170MPa 310MPa 2730Kg/m3 3 3 3 3 分析内容分析内
4、容分析内容分析内容 工况一：振动模态分析 工况二：自重静态分析 工况三：冲击荷载分析 工况四：瞬态荷载分析 4 4 4 4 计算结果计算结果计算结果计算结果 由于天线骨架被天线吊舱密封在舱内，因此在分析过程中不必考虑大气对天线骨架的影响。4.1 4.1 4.1 4.1 振动模态分析振动模态分析振动模态分析振动模态分析 由于天线骨架一端固支，另一端可以自由转动，由图2、图3可以看出第一阶振形为扭曲，第二阶振形为弯曲。图 2 第一阶固有频率振型(32.2Hz)图 3 第二阶固有频率振型(52.5Hz)4.2 4.2 4.2 4.2 自重静态分析自重静态分析自重静态分析自重静态分析 天线在工作状况，
5、主要受天线骨架、内部电子设备的自重以及转轴处的扭矩作用，主要验证刚度设计是否符合要求。自重作用下天线总体最大变形为0.23mm，其中天线阵面法向最大变形为0.141mm。第三届中国 CAE 工程分析技术年会论文集 585 图4 自重下的变形云图 图5 天线阵面法向相对变形云图 4.3 4.3 4.3 4.3 冲击荷载分析冲击荷载分析冲击荷载分析冲击荷载分析 飞机在起飞降落过程中，天线骨架会受到冲击荷载的作用。在这过程中天线处于不工作状态，主要验证天线的强度是否符合要求。在天线骨架受垂直向上 2g 冲击荷载时，骨架的最大荷载为 51.5MPa。4.4 4.4 4.4 4.4 瞬态荷载分析瞬态荷载
6、分析瞬态荷载分析瞬态荷载分析 飞机在飞行过程中，有时会受到一些外界因素的影响，导致飞机巡航状态发生改变。在此期间天线骨架会受到瞬态荷载的作用。按标准验证天线骨架在半正弦波峰值为 15g 时间为11ms 下天线的刚度。图6 向上2g变形云图 图7 向上2g等效应力云图 表2 瞬态加速度值050100150200012345678910 11t(ms)g(m/s2)第三届中国 CAE 工程分析技术年会论文集 586 5 5 5 5 结论结论结论结论 从以上计算结果可以看出，天线的整体结构性能好。天线骨架的前三阶固有频率分别为32.2Hz、52.5Hz 和 83.9Hz，整体刚性较强；在自身重力和扭
7、矩的影响下，骨架的最大变形值为 0.23mm，其中天线阵面的法向最大变形为 0.14mm，此值小于最大允许变形 0.5mm 的设计要求；在冲击荷载的作用下，最大变形和最大应力分别为 0.64mm 和 51.5MPa；瞬态荷载作用下应力值达到最大为 120MPa，小于材料的屈服强 170MPa，满足强度设计要求。参考文献参考文献参考文献参考文献：1 张洪武，关振群等。有限元分析与 CAE 技术基础。清华大学出版社，2004。2 李皓月，周田朋等。ANSYS 工程计算应用教程。中国铁道出版社，2002。作者简介作者简介作者简介作者简介：朱志远(1979)，男，南京理工大学工程力学专业硕士研究生毕业，长期从事雷达结构力学仿真分析。Email： 表3 各载荷步最大应力值02040608010012014001234567891011t(ms)(MPa)