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低温建筑技术
214年第0期(总第1%期
地面雷达天线罩风荷载数值模拟分析
王丽君
(哈尔滨工程大学,哈尔滨1500011
【摘要】主要基于 ANSYS结构分析软件,对地面雷达天线罩进行有限元数值模拟分析。首先,利用AN-
SYS Mechanical APDL语言对风载荷进行离散化处理,就风的基本特性进行了必要的描述和探讨。其次,分析了风
载荷作用下地面雷达天线罩静力结构特性。最后,对比半径和截球比变化时基圆处支反力和倾覆力矩的不同。
结果表明天线罩最大合位移发生在罩体迎风面顶端位置,最大应力发生在罩体根部位置,这些参数为罩体结构设
计提供了参考数据。
关健词】地面雷达罩;风荷载;APDL;静力分析;数值模拟
【中图分类号】TU392
【文献标识码】B
【文章编号】1001-6864(2014)10-0078-04
天线罩的主要作用是,在不影响雷达天线发射或量;E。和E。为芯材p,0方向的弹性模量。进行稳定
接收电磁波的条件下,保护下面的天线以及相关联的性计算时,对于各向同性材料E=E,=E,对于正交各
电子设备免受来自大风、暴雨、大雪的影响,所以天线
向异性材料,E取E。和E。中较小值,此时可算得稳定
罩要拥有有利的外形,减小电磁能量的失真,同时保系数为K。=P/qo
证下面的天线性能稳定叫。这就要求在设计雷达罩
时要充分考虑结构强度与雷达波透波率的平衡。本
文主要对风载下的天线罩进行数值模拟静力分析,并
求出罩体基座处的合力和力矩,对雷达罩进行强度和
稳定性分析。
1理论基础
芯材b
根据风洞试验得到的球坐标下风载荷地面雷达
罩罩体上的风压分布函数为
图1A型复合材料夹芯结构
P=g×(-1.3+0.1801 sigcse+0.78in2g+
0.78sin2pcos2+0.25x0.5599 sin ocos30+0.75x
0. 5599sin9cos)
式中,P(0,p)为风載作用下风压分布函数,其中
g,6分别为雷达罩的经向和纬向坐标;g=0.52为风
荷集度或者称为基本风压。
在稳定分析中,罩体在风压作用下的临界风压
P。,一般可以应用经验公式来得到
P。=14.82E(t/2r)23(t/2r>0.0045时)(2)
图2几何模型
Pa=0.01249E(2r)(/2r<0.0045时)(3)
式中,E和分别为壳体的弹性模量和厚度。对
2几何模型
于夹层结构,E和t分别为壳体的等效弹性模量和厚
天线罩的几何模型如图2所示,罩体总高为H,截
度。对于图示的A型复合材料夹芯结构,等效弹性模
球半径为R,截球百分比为a。
量和厚度可通过以下公式计算
下面将选取半径R=5m,截球比a=0.75,罩体高
2(apt.
E。+bE.)=tE
为H=7.Sm的截球形天线罩进行静力分析。同时模
2(aE1。+bE。)=E。
(4)拟风度=67ms,半径和截球比发生变化时,天线罩
8[(a+b)やー6]E.。+86E。。=E
受力变化情况,总结规律,为天线罩设计提供依据。
式中,E。为q方向的等效弹性模量;E。为方向3材料参数与单元类型
的等效弹性模量;E。和E.。为蒙皮φ,0方向的弹性模
该薄壳式天线罩采用玻璃钢泡沫夹层型,中间夹
王丽君:地面雷达天线罩风荷载数值模拟分析
层为泡沫,两侧是复合材料,且都近似为弹性模量各轴的转动。
向同性材料,其材料参数为:玻璃纤维弹性模量E=4载荷与约束
1.4×10Pa,泊松比=0.3,密度p=1.9x10°kg/m2;
该天线單荷载主要为作用在球体的风荷载,将风
泡沫弹性模量E=2×10Pa,泊松比=0.3,密度为p荷载等效为作用在各个单元上的分布力来计算并求
=0.06x10kg/m2。天线罩采用shl号单元进行解,天线罩底部为固端约東。有限元模型和约束施加
模拟,shel91号单元可用于复合材料夹层结构壳模情况如图3、图4所示。
型,没有夹层时,shel99比shel91更有效。该单元每5静力分析结果
个节点有6个自由度,x、y、z方向的位移,和绕x、y、x
图5为單体X、Y向位移图及总位移示意图。
图3有限元模型
图4约束施加情况
2出
(a)X向位移图
(b)Y向位移图
(c)总位移图
图5位移图
由图6可知,X向雷达罩顶部背风面的水平位移
第一层应力图中,经向最大拉应力为13.765MPa,
dkx最大,值为13.765mm,位移场沿z轴呈带状分布;Y且该值出现在顶部并由上到下逐渐减小;环向最大拉
向迎风面垂直位移dz最大,值为3.432m,且位移场应力值出现在罩体根部,罩身受力较小。第二层(泡
沿x轴呈带状分布;罩体最大总位移处在罩顶部为沫夹芯层)的两向应力值均远小于第一层的应力值。
13.765mm,且沿环向从上到下位移逐次递减。
第三层两向应カ图中,经向最大拉应力值为
该纤维玻璃夹层天线單共为三层,依次分析每层13.135MPa,环向最大拉应力值为8.51MPa,两向应力
环向和经向的两向应力变化。
分布规律与第一层基本相同。
.4
图6第一层经向应力图
图7第一层纬向应力图
基本分布规律为,Z轴正向为罩体高度方向,风荷环状分布?。單体顶部变形大使整个罩体顶部出现
载正压力分布不成圆形,最大风压力发生在罩体迎风畸变,最大应力发生在背风面罩体根部附近位置。
面靠近顶部位置,最大风吸力发生在罩体两侧位置呈
通过计算得到风载荷对基圆位置的合推力为