李 龍，錢(qián) 平

（船舶重工業(yè)集團(tuán)公司723所，揚(yáng)州225001）

0 引 言

天線架要求重量輕、剛度大，特別是對(duì)結(jié)構(gòu)諧振頻率提出了較高要求。文中對(duì)某天線架的諧振頻率進(jìn)行初步分析，探討改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以提高結(jié)構(gòu)諧振頻率的措施；下面將對(duì)天線架進(jìn)行有限元模態(tài)分析，可在設(shè)計(jì)初期對(duì)其結(jié)構(gòu)的頻率特性和剛度分布情況等有較充分的認(rèn)識(shí)，對(duì)不足之處及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)，在設(shè)計(jì)階段就可預(yù)知產(chǎn)品性能，從而縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)省大量的時(shí)間和物力，并可有效提高產(chǎn)品的可靠性。利用仿真技術(shù)可大大減少計(jì)算量，縮短研制周期，降低開(kāi)發(fā)成本［1－3］。

根據(jù)工程實(shí)際，筆者利用NX軟件對(duì)某天線架進(jìn)行了模態(tài)分析，并詳細(xì)介紹了利用NX軟件進(jìn)行仿真的過(guò)程。

1 物理模型

天線架外形尺寸為：1 000mm×1 000mm×50mm（長(zhǎng)×寬×高），天線架為薄壁結(jié)構(gòu)，各處厚度均勻，材料為硬鋁。天線架上分布了5個(gè)天線，如圖1所示。天線架的4個(gè)撐腳通過(guò)螺釘與平臺(tái)固定。

圖1 物理模型

2 仿真過(guò)程

2.1 建立仿真模型

根據(jù)天線架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以利用提取中面的方法將其簡(jiǎn)化，這樣可以有效地減少計(jì)算量，提高運(yùn)算效率。在NX中，選擇按面對(duì)的中面來(lái)提取中面，如圖2所示。

圖2 提取中面后的模型

對(duì)于5個(gè)天線，外形尺寸相對(duì)于天線架來(lái)說(shuō)，對(duì)結(jié)構(gòu)剛度影響較小，所以可以將其簡(jiǎn)化為質(zhì)量點(diǎn)。天線與天線架通過(guò)螺釘連接，在建模過(guò)程中使用wave幾何連接器將天線外形提取出來(lái)；利用分割面的命令，將天線架與天線的接觸面分割出來(lái)；通過(guò)1D連接，選取點(diǎn)到面，將天線集中質(zhì)量點(diǎn)與分割出來(lái)的面建立連接關(guān)系，單元類(lèi)型選取RBE2；選取0D網(wǎng)格，單元屬性為CONM2，為質(zhì)量點(diǎn)賦值，如圖3所示。

圖3 提取質(zhì)量點(diǎn)后的模型

2.2 網(wǎng)格劃分

選取2D網(wǎng)格，單元類(lèi)型CQUAD4，對(duì)模型網(wǎng)格劃分如圖4所示。

圖4 網(wǎng)格劃分模型

2.3 選取仿真類(lèi)型并施加約束

仿真類(lèi)型：SEMODES103，約束類(lèi)型：固定約束，將4個(gè)固定孔處的單元固定，如圖5、圖6所示。

圖5 前10階諧振頻率

圖6 第1階模態(tài)下的位移云圖

2.4 求解結(jié)果

由于天線架4個(gè)撐腳處固定，最大位移出現(xiàn)在架子的中心處，如圖7所示。

由云圖分布可以看出，較大應(yīng)力主要集中在天線架中部的4個(gè)拐角處，以及4個(gè)撐腳的折彎處。

3 改進(jìn)設(shè)計(jì)

根據(jù)仿真結(jié)果，有針對(duì)性地對(duì)天線架做了以下改進(jìn)：

（1）在天線架中心，將各壁連接起來(lái)，進(jìn)行加強(qiáng)；

（2）在4個(gè)撐腳處增加斜撐。

改進(jìn)后的模型如圖8所示。

圖7 第1階模態(tài)下的單元應(yīng)力云圖

圖8 改進(jìn)后的模型

對(duì)改進(jìn)后的模型，重新進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖9、圖10、圖11所示。

圖9 前10階諧振頻率

改進(jìn)設(shè)計(jì)后，固有頻率由原來(lái)的197.2Hz提高到261.8Hz，最大位移及最大單元應(yīng)力也有所下降，而質(zhì)量由原來(lái)的2.93kg增加到3.16kg，僅增加了0.23kg。

圖10 第1階模態(tài)下的位移云圖

圖11 第1階模態(tài)下的單元應(yīng)力云圖

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)此模型的仿真，對(duì)NX的高級(jí)仿真有了初步的應(yīng)用，并根據(jù)仿真結(jié)果，改進(jìn)了設(shè)計(jì)，提高了結(jié)構(gòu)諧振頻率。利用仿真軟件可以在設(shè)計(jì)前期階段對(duì)其有指導(dǎo)作用，減少了設(shè)計(jì)的重復(fù)性，提高了工作效率。

［1］季馨.電子設(shè)備振動(dòng)分析與試驗(yàn)［M］.南京：東南大學(xué)出版社，1992.

［2］邱成悌.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理［M］.南京：東南大學(xué)出版社，2001.

［3］師漢民，湛剛，吳雅.機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)［M］.武漢：武漢華中理工大學(xué)出版社，1992.