天線罩有限元建模方法優(yōu)化

韓學(xué)禮

【摘 要】在對(duì)飛機(jī)天線罩進(jìn)行強(qiáng)度分析，一般都采用有限元模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算，因而快速準(zhǔn)確的建立天線罩結(jié)構(gòu)分析模型至關(guān)重要。本文運(yùn)用Catia程序和Femap程序?qū)μ炀€罩模型建立方法進(jìn)行優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】有限元模型；天線罩；優(yōu)化

0.概述

飛機(jī)加裝各種電子任務(wù)系統(tǒng)天線，在加裝天線的機(jī)身部位須設(shè)計(jì)天線罩，天線罩由于氣動(dòng)性能、天線布置等方面的不同，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)外形不盡相同，這就需要對(duì)每一個(gè)天線罩及其連接進(jìn)行強(qiáng)度校核。天線罩的強(qiáng)度校核最主要的部分就是天線罩有限元建模，一般天線罩有限元建模是將天線罩復(fù)雜幾何曲面直接用Femap程序進(jìn)行劃分，之后的加載及調(diào)試很麻煩且耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，現(xiàn)在先運(yùn)用Catia程序?qū)⑻炀€罩復(fù)雜幾何曲面按所加載荷測(cè)壓點(diǎn)位置及測(cè)壓點(diǎn)代表區(qū)域進(jìn)行劃分，再用Femap程序建立有限元模型，這樣之后的加載及調(diào)試簡(jiǎn)單且效率高，后續(xù)校核工作就會(huì)很快完成，就能更好按時(shí)完成科研任務(wù)。

1.天線罩有限元建模

天線罩模型建立的大致步驟：

（1）建立一個(gè)天線罩Catia曲面數(shù)模，在數(shù)模上進(jìn)行一定的區(qū)域劃分。

（2）在數(shù)?；A(chǔ)上建立天線罩有限元模型。

（3）模型加氣動(dòng)載荷。

（4）與全機(jī)模型結(jié)合，涉及到天線罩與機(jī)身連接的處理及整個(gè)模型的約束。

（5）有限元分析軟件進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證。

前三步主要針對(duì)天線罩氣動(dòng)載荷的精確、快速的施加，載荷施加的好壞是快速建立良好的天線罩有限元模型的關(guān)鍵。

天線罩模型具體建立：

（1）根據(jù)天線罩及其與機(jī)身連接結(jié)構(gòu)，建立天線罩Catia曲面數(shù)模，用CATIA程序，在天線罩曲面數(shù)模上確定天線罩與機(jī)身連接緊固件位置并用點(diǎn)標(biāo)記出來，根據(jù)氣動(dòng)載荷測(cè)壓點(diǎn)代表的區(qū)域在天線罩曲面數(shù)模上用曲線把區(qū)域標(biāo)記出來。

圖1 天線罩區(qū)域劃分、連接件位置

（2）將天線罩CATIA曲面數(shù)模讀入Femap程序，在Femap程序中對(duì)天線罩曲面數(shù)模上用曲線標(biāo)記出來的區(qū)域進(jìn)行板單元?jiǎng)澐郑谶B接位置標(biāo)記出來的點(diǎn)上建立節(jié)點(diǎn)，用于連接處理，使模型更加符合實(shí)際情況。劃分單元的疏密程度視天線罩大小、天線罩曲面平滑程度及連接情況而定。用Femap程序，給出天線罩單元的材料、屬性。

圖2 天線罩模型單元?jiǎng)澐?/p>

（3）根據(jù)各測(cè)壓點(diǎn)的壓力系數(shù)，計(jì)算出各測(cè)壓點(diǎn)代表的區(qū)域的面載荷，分別施加到各測(cè)壓點(diǎn)代表區(qū)域的模型單元上。

設(shè)計(jì)面載荷 P=1.5qCp

q—速壓；

Cp—壓力系數(shù)，各測(cè)壓點(diǎn)得出；

1.5—安全系數(shù)。

天線罩模型載荷施加后，根據(jù)有限元前處理軟件（Femap）中的計(jì)算合力命令，檢查加載后合力與給出的氣動(dòng)載荷合力是否大致相同，合力的作用點(diǎn)坐標(biāo)與給出的是否大致相同，此處誤差應(yīng)不超過1%。

（4）將天線罩模型與飛機(jī)全機(jī)模型相結(jié)合，天線罩與機(jī)身連接一般都通過快卸鎖連接，在一個(gè)快卸鎖處采用三個(gè)方向的彈簧元（CELAS2）進(jìn)行模擬。選取飛機(jī)模型上遠(yuǎn)離天線罩的框上的三個(gè)點(diǎn)施加位移約束來限定6個(gè)剛體位移。

（5）用有限元分析軟件MSC/Nastran進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果中反映模型剛度方程良態(tài)特性的指標(biāo)ε如小于10-10，說明模型剛度方程是良態(tài)的，解題的精度滿足工程要求。計(jì)算結(jié)果中連接處的載荷、位移過渡良好，無突兀現(xiàn)象，連接處機(jī)身壁板應(yīng)力水平無異常，說明天線罩模型滿足計(jì)算要求。

2.結(jié)束語(yǔ)

精確、快速的加載是快速建立良好的天線罩有限元模型的關(guān)鍵，了解測(cè)壓點(diǎn)代表區(qū)域，在天線罩?jǐn)?shù)模上標(biāo)出來，再在標(biāo)示出來的區(qū)域內(nèi)建立單元，就加載此測(cè)壓點(diǎn)代表區(qū)域的面載荷，杜絕了一個(gè)單元，加載多個(gè)面載荷的情況，如不分區(qū)域，加載的時(shí)候，會(huì)有一個(gè)單元加載多個(gè)面載荷的情況，加載區(qū)域標(biāo)示出來這樣加載的時(shí)候操作起來很方便，加載的精確度高。建立良好的天線罩有限元模型，會(huì)使強(qiáng)度校核工作所需時(shí)間大大減少，保證科研任務(wù)的按時(shí)完成。 [科]