玻璃钢天线弯曲破坏分析与改进

第３３卷第４期　
２０１７年８月　
电子机械工程　

Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　・环境适应性设计・　

玻璃钢天线弯曲破坏分析与改进　
江雄　，毛春见　，孔桂清　
（１．中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江嘉兴３１４０３３；　
２．南京航空航天大学航空宇航学院，　江苏南京２１００１６）　

摘要：某玻璃钢天线的载荷条件发生了较大改变，文中对其进行了弯曲破坏分析及设计改进。利用　
ＡＮＳＹＳ完成静载荷计算，使用Ｔｓａｉ．ｗｕ强度准则进行强度校核，计算发现在６０％的极限载荷下天线根　
部会出现破坏现象，静力试验验证了仿真的准确性。根据有限元分析结果对结构进行了改进．应力较大　
的底座使用钛合金材料制作，底座和蒙皮之间采用螺钉连接，改进后的天线顺利通过了试验考核。在设　
计阶段进行有限元分析可提前发现问题，节省研制时间，降低后续试验的风险。　
关键词：玻璃钢天线；有限元；Ｔｓａｉ．ｗｕ准则；静力试验　
中图分类号：ＴＮ８２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—５３００（２０１７）０４—００３１—０４　

Ｆｌｅｘｕｒａｌ　Ｆａｉｌｕｒｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ　Ａｎｔｅｎｎａ　
ＪＩＡＮＧ　Ｘｉｏｎｇ　，ＭＡＯ　Ｃｈｕｎ－ｊｉａｎ　，ＫＯＮＧ　Ｇｌｌｉ－ｑｉｎｇ　
（１．Ｔｈｅ　３６ｔｈ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＣＥＴＣ，Ｊｉａｘｉｎｇ　３１４０３３，Ｃｈｉｎａ；　
２．Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，　Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００１６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｌｏａｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｃｈａｎｇｅｓ　ａ　ｌｏｔ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ　ａｎｔｅｎｎａ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ．　
Ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｓ　ｆｉｎｉｓｈｅｄ　ｉｎ　ＡＮＳＹＳ　ａｎｄ　Ｔｓａｉ—Ｗｕ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　
ｕｎｄｅｒ　６０％ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｉｍｉｔ　ｌｏａｄ，ｓｏｍｅ　ｐａｒｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｎｔｅｎｎａ　ｂａｓｅ　ｗｉｌｌ　ｅｘｃｅｅｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｌｉｍｉｔ。ｗｈｉｃｈ　ｉＳ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ　
ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｔｅｓｔ．Ｔｈｅ　ａｎｔｅｎｎａ　ｄｏｍｅ　ｉｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ　
ｍａｔｅｒｉａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂａｓｅ　ｐａｒｔ　ｉｓ　ｒｅｐｌａｃｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ａｌｌｏｙ．Ｔｈｅ　ｂａｓｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｋｉｎ　ａｒｅ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｓｃｒｅｗｓ．Ｔｈｅ　
ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｈａｓ　ｐａｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｔｅｓｔ．Ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃａｎ　ｈｅｌｐ　ｔｏ　ｆｉｎｄ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　
ａｄｖａｎｃｅ，ｓａｖｅ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｒｉｓｋ　ｏｆ　ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ　ｔｅｓｔｓ．　
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ　ａｎｔｅｎｎａ；ＦＥＭ；Ｔｓａｉ—Ｗｕ　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ；ｓｔａｔｉｃ　ｔｅｓｔ　

引　言　
复合材料是由２种或２种以上不同物质以不同方　式组合而成的材料，能发挥各种材料的优点，克服单一　材料的缺陷，扩大材料的应用范围。作为一种新型材　料，复合材料具有重量轻，比强度、比模量高，加工成型　方便。耐腐蚀性能强等优异性能，已广泛应用于航空航　天、汽车、电子等领域ｎ　］。　机载天线工作环境复杂，既要满足电性能要求，在　气动载荷下有足够的刚度和强度。还要满足产品的重　量重心布局要求。因此需在产品研制阶段利用有限元　软件进行刚强度校核，满足设计要求后再进行试样制　收稿日期：２０１６—１２—２１　作与试验，以缩短产品研制周期［５］。　某机载天线罩体使用玻璃钢制作而成。样件制作　完成后，载荷条件发生了较大变化，有限元分析发现在　
结构根部会出现破坏现象。静力试验验证了此情况，　
计算结果与试验结果吻合得较好。根据有限元分析结　
果，在重量允许的情况下，将天线底座材料改为钛合　
金，蒙皮仍使用玻璃钢制作。底座与蒙皮使用螺钉连　
接。改进后的天线顺利通过了试验考核。　

１　天线静力试验及仿真计算　
天线由天线罩、辐射体和射频接头等组成。为避　
免外界温度变化导致天线罩内气压变化，辐射体与天　

・
３１・　
・
环境适应性设计．　
电　子机械工程　

譬翠毫　使用『】ＭＩ材料进ｆ　Ｊ．整体灌封。天线结构耍¨１所示　一　一　…　。　

ｂ，　
釜　警体采掣玻璃纤维／筒＇Ｊ￣酪ｚＨＪ旨ｒ复合材料制作，　耄　见表　蒙皮　度从
根部往　：　
？一　：　警薄处为２．５　ｔⅢ　铺层时织　鑫　体高度方向
平行、　～…　

玻璃纤缈氰酸脂复合材料力学参数　
－－Ｊ　Ｊ＂￣２２　

ｆＩ　向　ｆ，　授ｆ　；　为纵向掸　
；　为廊内　模　为横　托ｆｆ｛　ｉ’　磊　ｑ　缩强度Ｉ’ｌｌ　

，
Ｚ　．ＩＩ　ｒ？￣
［　
伸　．）．：为纵向　缩　

１１＇ｌｈ＇　
…　
￣

Ｉ　ＣＦ　”…　’　”　…川　

蛩　ｌ『：　Ｍ建　瓜力墒上．．沿Ｉｌｌ罩体高度　尊　码单独加哉
，　
外２个／（ｒ向　
篓　，利川牛阱ｒ系统进行载倚　蒹濂　ｉ　载荷值

及』ＪｆＪ哉　ｔ　要求一致
。　

瑟　如　２所示

，～　
一…　

，　
：　寺　布　Ｊ　变片测试天线的应力水　黧　断　
垂苦。　点的

布置位置如罔３所＿，Ｊ÷
，　
…　…　

墨进行『Ｊ【』栽，加城至６０％极限载荷时．　篓　法保　火糊部上表‘　

，
。

献线解剖发现上表面　

对应　香线根部情况及务测点位移如　。　

告、　。　
寰２，　了：天线顶部，位移值最央；测点　４靠近天线根部
，
位移ｆｆｆ最小　５０％≤　荔　

…．　
４天线根部　腑　技　洲点化移　
等　很好，人线处　小变形－特ｖ￣，本ｌａ；，（协ｌＪｔ７载　至６０　限载倚时

，
位移突变，埘Ｊ、　结构遭到破坏　。　
１．２有限元计算　…一　

５天线仃　按　
・
环境适应性设计－　电子机械工程　
７８　ＭＰａ√Ｆｓａｉ—Ｗｕ指数最大为０．７２，　现　蒙皮与底　
座连接孔附近，陔裁荷　蒙皮　会破破坏　改进后结　构能满足设计要求　、　。　。　譬　蓦；　／　ＩＩ　Ｊ蜓改后天线结构爆炸示意图　ｂ）底座等效应力　・３４・　２．２试验结果　同前次试验一样布　埘应的测点，丧４给　Ｊ　符　
测点位移的试验伉与计算伉，两者吻合僻较好，验　
仿真汁箅的准确性　限丁篇幅．各测点的　变术列　
表４测点位移值比较　

３　结束语　
初次没汁时．天线　玻璃钢整体制作．随后设¨　
载倚值发　较大的变化，仿真发现结构无法满足设　
计要求，通过静　试验验　了仿真的准确性　、根槲　ｒ　
限元分析的结果对结构进，彳了改进，利川钛合金制作　
底座，蒙皮部分仍使用玻璃钢材料，改进后结构顺利通　
过ｒ静力试验考核．．仿真发现改进　蚀合金底座的最　
大等效麻力为４６８　ＭＰａ，仃较大的安　余ｊ｛　，后续　继　
续埘其进仃减ｍ优化．．　

参考文献　
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江雄（１９８５一），男，工程师，主要从事电子设备　
结构设计仿真工作．