ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)功能在雷達(dá)天線罩

2016-10-17 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

本文應(yīng)用ANSYS的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊對(duì)雷達(dá)天線罩進(jìn)行了有限元分析。通過分析計(jì)算得到天線罩在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)剛度條件下的最佳厚度尺寸,為進(jìn)一步天線罩設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1 概述

雷達(dá)天線罩簡(jiǎn)稱天線罩或雷達(dá)罩。它的作用是在雷達(dá)天線的周圍形成一個(gè)封閉的空間,將轉(zhuǎn)動(dòng)工作的雷達(dá)天線罩于其中,以保護(hù)雷達(dá)天線系統(tǒng)免受大氣環(huán)境的直接作用。由于天線罩的遮擋,天線系統(tǒng)可不受風(fēng)、沙、雨、雪、冰雹的侵襲,這將降低天線驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)功率和減少天線轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)際消耗的能源,并且避免了因氣候等對(duì)天線系統(tǒng)的影響,因此也大大簡(jiǎn)化和減輕了天線系統(tǒng)的日常維護(hù)修理工作,延長(zhǎng)了雷達(dá)的使用壽命。但是架設(shè)天線罩會(huì)使天線的電性能有所降低,例如引起波束偏離、波瓣畸變、傳輸損耗和反射功率損耗等,影響了雷達(dá)的精度并降低了雷達(dá)的有效作用距離。

一般來說,天線罩罩壁越厚,結(jié)構(gòu)性能會(huì)越好,但電性能會(huì)越差。在設(shè)計(jì)雷達(dá)罩罩壁厚度時(shí)要充分考慮結(jié)構(gòu)和電性這一對(duì)矛盾,根據(jù)天線及天線罩使用環(huán)境確定合適的壁厚,爭(zhēng)取設(shè)計(jì)出在結(jié)構(gòu)、電性能上表現(xiàn)優(yōu)異,同時(shí)輕巧美觀、經(jīng)濟(jì)實(shí)用又方便安裝的雷達(dá)罩[1]。

ANSYS是集前后置處理、求解器為一體的具有強(qiáng)大解算功能的有限元軟件,它集成了很多先進(jìn)技術(shù)來優(yōu)化計(jì)算過程,并將其模塊化,比如接觸關(guān)系的模擬、子模型、優(yōu)化設(shè)計(jì)[2]等。

本文將結(jié)合某型號(hào)天線罩(見圖1),采用ANSYS的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊,對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),求解同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)性能要求和電性能要求的最佳厚度尺寸。

ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)功能在雷達(dá)天線罩
圖1 某型號(hào)天線罩

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 生成優(yōu)化分析文件[3]

分析文件是ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵部分,ANSYS程序運(yùn)用分析文件構(gòu)造循環(huán)文件,進(jìn)行循環(huán)分析。分析文件中,模型必須是參數(shù)化建立的,結(jié)果也必須用參數(shù)來提取。完成后,保存為“radome.inp”。

2.1.1 參數(shù)化建模

天線罩半徑r,高度h,初始壁厚t0=0.012,載荷為均布?jí)毫, 材料性能見表1,底部約束為固支。進(jìn)入前處理器(prep7),對(duì)天線罩進(jìn)行建模并加載(見圖2)。

ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)功能在雷達(dá)天線罩

ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)功能在雷達(dá)天線罩
圖2 有限元模型

2.1.2 求解并指定優(yōu)化變量

所謂的優(yōu)化變量,指的是設(shè)計(jì)變量(dv)、狀態(tài)變量(sv)和目標(biāo)函數(shù)(obj)。顯然,在雷達(dá)天線罩的設(shè)計(jì)中,壁厚t是設(shè)計(jì)變量,它由電性能設(shè)計(jì)提供。狀態(tài)變量是設(shè)計(jì)變量的函數(shù),可以根據(jù)需要自己定義,本例中我們將最大變形u和mises應(yīng)力seqv作為狀態(tài)變量,重量w作為目標(biāo)函數(shù)。

求解后進(jìn)入后處理器(post1),用*get命令分別提取最大變形u、mises應(yīng)力seqv和重量w。

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