球形玻璃鋼天線罩有限元分析

摘 要：本文對(duì)球形玻璃鋼天線罩進(jìn)行有限元力學(xué)仿真分析，立足天線罩產(chǎn)品結(jié)構(gòu)實(shí)際形式，在分析的模型中考慮了板塊玻璃鋼連接法蘭對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響，通過對(duì)整罩的風(fēng)載荷有限元分析計(jì)算，天線罩能夠滿足強(qiáng)度要求。

關(guān)鍵詞：天線罩；玻璃鋼；有限元分析；風(fēng)載荷

Finite Element Analysis of Spherical Fiber

Reinforced Plastics Radome

Wu An-le

（Northwest Research Institute of Electronics Equipment Xi’an 710065）

Abstract：In this article，the finite element mechanical simulation analysis of spherical fiber reinforced plastics radome is carried out，based on the actual form of the radome product structure，the influence of fiber reinforced plastics flange on structural performance is considered in the analysis model，through the finite element analysis and calculation of wind load of the entire hood，the radome can meet the strength requirements.

Key words：radome；fiber reinforced plastics；finite element analysis；wind load

0 引言

天線罩主要作用是在保證天線射頻性能的前提下，防止強(qiáng)風(fēng)、雨淋、鹽霧等環(huán)境對(duì)內(nèi)部天線的損傷，延長(zhǎng)天線使用壽命，提高設(shè)備的可靠性[1]。為了確保天線罩同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、透波性能和環(huán)境防護(hù)要求，罩體采用玻璃鋼蒙皮/聚氨酯泡沫夾層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料制作。某球形天線罩外徑23m，采用ANSYS軟件建立了天線罩結(jié)構(gòu)的有限元力學(xué)分析計(jì)算模型，對(duì)其在32.6m/s風(fēng)載荷工況下的變形、應(yīng)力進(jìn)行了有限元分析計(jì)算，確保天線罩能夠滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。

1 結(jié)構(gòu)外形

Φ23米玻璃鋼天線罩采用隨機(jī)分塊的形式，由多個(gè)小板塊拼接成整球，板塊采用泡沫夾層結(jié)構(gòu)，板塊四周制作有純玻璃鋼連接法蘭，兩個(gè)相鄰板塊在玻璃鋼法蘭處采用螺栓連接緊固。

2 天線罩分析模型

經(jīng)過對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，板塊法蘭連接處等效為純玻璃鋼梁，其余部位等效為泡沫夾層結(jié)構(gòu)，底部與基礎(chǔ)連接的過渡環(huán)為鋼結(jié)構(gòu)。用ANSYS軟件建立了該天線罩結(jié)構(gòu)的有限元分析計(jì)算模型，如圖2所示。

3 單元類型

模型采用復(fù)合材料多層板 [3]單元Shell91模擬天線罩板塊的泡沫夾層結(jié)構(gòu)，用梁?jiǎn)卧狟eam4來模擬法蘭連接處的純玻璃鋼梁，用梁?jiǎn)卧狟eam4來模擬基礎(chǔ)過渡環(huán)，底部一圈的過渡環(huán)的所有自由度全約束。

4 載荷工況

5 自重加32.6m/s風(fēng)載，計(jì)算結(jié)果

結(jié)構(gòu)最大綜合變形為22.592mm如圖4所示；沿風(fēng)向的最大變形為21.087 mm如圖5所示；綜合應(yīng)力最大為24.16MP，如圖6所示。

各載荷工況下天線罩綜合應(yīng)力值小于玻璃鋼的強(qiáng)度值，安全裕度較大，天線罩的變形較小，能夠滿足力學(xué)要求。

7 結(jié)束語

本文對(duì)Φ23米球形天線罩在自重加風(fēng)載荷作用下力學(xué)性能進(jìn)行了有限元仿真分析，對(duì)天線罩的實(shí)際產(chǎn)品經(jīng)過模型簡(jiǎn)化，建立了有限元分析的仿真模型，引入了天線罩板塊四周的純玻璃鋼法蘭對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響，經(jīng)過仿真分析天線罩結(jié)構(gòu)性能滿足使用要求。

參考文獻(xiàn)

[1]胡冰，徐曉文，鄭穎.天線-天線罩系統(tǒng)分析的優(yōu)化共軛度梯度算法[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009.

[2]許君珞，受風(fēng)載薄壁球殼內(nèi)力系數(shù)和穩(wěn)定系數(shù)介紹[C].上海，世紀(jì)之交復(fù)合材料的現(xiàn)狀與發(fā)展，1998.

[3]張強(qiáng)，天線罩理論與設(shè)計(jì)方法[M].北京：國防工業(yè)出版社，2014.

作者簡(jiǎn)介

吳安樂，中國電子科技集團(tuán)公司第三十九所，從事天線罩設(shè)計(jì)制作及力學(xué)仿真分析工作。