某稳定平台复合材料结构的有限元分析与改进设计

论文摘要

某舰载微波着舰系统采用了微带相控阵半框架稳定平台的结构设计方案。该系统恶劣的使用环境及本身的结构特点,使得结构设计人员必须在有限的空间及重量前提下满足天线的电气设计指标要求。对此,必须采用合理的结构布局以提高天线稳定平台的总体刚度,充分挖掘平台结构本身各部分的刚度贡献以形成合理的受力格局。先进复合材料以高比强度、高比刚度及良好的可设计性和优异的抗疲劳特性等诸多优异性能,为航空航天结构工程设计实践广泛应用,已成为航天航空结构的主要材料之一。本文针对该天线结构进行了研究。提出了用最佳吻合面分析相控阵天线阵列变形误差的方法;叙述了复合材料力学分析的基本方法以及几种常用的强度准则;详细的叙述了在ANSYS软件环境中建立微带相控阵稳定平台型天线有限元分析模型的情况;模型建立后,对方位扫描天线纵列单元进行了静力、模态分析,给出了其应力分布、微带的应变以及纵列单元的固有频率情况;应用层合板单元对相控阵天线纵列单元进行了有限元模型的简化,并进行了模态分析,根据分析结果数据的比较,给出了为提高纵列单元固有频率,而对纵列单元改进设计的建议;自选复合材料对主支撑架进行了静力计算,分析了6个纵列与主支撑架的装配体在等效载荷情况下装配体的固有频率以及纵列的变形情况。通过本文的研究工作,校核了某微带相控阵方位扫描天线纵列单元的强度,找到了提高其固有频率的有效途径,为纵列的进一步改进提供了依据,同时也是对其进行其它动力学分析的基础。选用了复合材料T300/5208,为主支撑架的设计以及材料选用进行了有益的探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的背景
• 1.2 各相关领域的研究现状
• 1.3 本课题的意义及其主要研究内容
• 第二章 复合材料的力学特性及其有限元分析技术
• 2.1 复合材料的力学特性和分析概述
• 2.2 复合材料的单层理论
• 2.3 复合材料的叠层板理论
• 2.4 强度破坏准则
• 2.5 有限元法的基本原理
• 2.6 复合材料结构的有限元分析技术
• 第三章 稳定平台型方位扫描天线有限元建模
• 3.1 稳定平台方位扫描天线结构简介
• 3.1.1 稳定平台装置的机械结构
• 3.1.2 天线整体结构概述
• 3.2 稳定平台方位扫描天线有限元模型
• 3.2.1 网格划分的准则
• 3.2.2 天线纵列单元有限元模型的建立
• 3.2.3 复合材料主支撑架有限元模型的建立
• 3.2.4 稳定平台有限元模型的建立
• 3.2.5 单元连接的处理及部组件的简化
• 3.2.5.1 轴承连接的等效及简化
• 3.2.5.2 齿轮啮合的等效及简化
• 3.2.5.3 天线纵列铆接部位的处理
• 3.3 边界约束条件的处理
• 3.4 本章小结
• 第四章 天线纵列单元的分析
• 4.1 纵列单元的应力应变分析
• 4.1.1 在平行于z轴方向的重力载荷作用下的应力应变
• 4.1.1.1 纵列应变情况
• 4.1.1.2 纵列单元应力情况
• 4.1.2 在重力载荷不平行于z轴方向的应力应变
• 4.2 纵列单元的模态分析
• 4.3 纵列单元的改进
• 4.3.1 纵列单元改进后的模型简化
• 4.3.2 纵列单元模型改进后的模态分析
• 4.3.3 结构改进建议
• 4.4 计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 复合材料主支撑架及天线纵列线阵分析
• 5.1 阵列误差最佳吻合面分析法
• 5.2 天线纵列单元与主支撑架的装配
• 5.3 载荷施加与边界条件处理
• 5.4 装配体应变分析
• 5.4.1 阵列变形误差分析
• 5.4.1.1 纵列单元水平方向变形误差分析
• 5.4.1.2 阵列阵面（y轴方向）位移误差分析
• 5.4.1.3 最佳吻合面法误差分析
• 5.4.2 相关应力应变图
• 5.5 装配体模态分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果