天线罩有限元建模方法优化

韩学礼

【摘 要】在对飞机天线罩进行强度分析，一般都采用有限元模型进行结构内力计算，因而快速准确的建立天线罩结构分析模型至关重要。本文运用Catia程序和Femap程序对天线罩模型建立方法进行优化。

【关键词】有限元模型；天线罩；优化

0.概述

飞机加装各种电子任务系统天线，在加装天线的机身部位须设计天线罩，天线罩由于气动性能、天线布置等方面的不同，导致其结构外形不尽相同，这就需要对每一个天线罩及其连接进行强度校核。天线罩的强度校核最主要的部分就是天线罩有限元建模，一般天线罩有限元建模是将天线罩复杂几何曲面直接用Femap程序进行划分，之后的加载及调试很麻烦且耗费时间长，现在先运用Catia程序将天线罩复杂几何曲面按所加载荷测压点位置及测压点代表区域进行划分，再用Femap程序建立有限元模型，这样之后的加载及调试简单且效率高，后续校核工作就会很快完成，就能更好按时完成科研任务。

1.天线罩有限元建模

天线罩模型建立的大致步骤：

（1）建立一个天线罩Catia曲面数模，在数模上进行一定的区域划分。

（2）在数模基础上建立天线罩有限元模型。

（3）模型加气动载荷。

（4）与全机模型结合，涉及到天线罩与机身连接的处理及整个模型的约束。

（5）有限元分析软件进行计算验证。

前三步主要针对天线罩气动载荷的精确、快速的施加，载荷施加的好坏是快速建立良好的天线罩有限元模型的关键。

天线罩模型具体建立：

（1）根据天线罩及其与机身连接结构，建立天线罩Catia曲面数模，用CATIA程序，在天线罩曲面数模上确定天线罩与机身连接紧固件位置并用点标记出来，根据气动载荷测压点代表的区域在天线罩曲面数模上用曲线把区域标记出来。

图1 天线罩区域划分、连接件位置

（2）将天线罩CATIA曲面数模读入Femap程序，在Femap程序中对天线罩曲面数模上用曲线标记出来的区域进行板单元划分，在连接位置标记出来的点上建立节点，用于连接处理，使模型更加符合实际情况。划分单元的疏密程度视天线罩大小、天线罩曲面平滑程度及连接情况而定。用Femap程序，给出天线罩单元的材料、属性。

图2 天线罩模型单元划分

（3）根据各测压点的压力系数，计算出各测压点代表的区域的面载荷，分别施加到各测压点代表区域的模型单元上。

设计面载荷 P=1.5qCp

q—速压；

Cp—压力系数，各测压点得出；

1.5—安全系数。

天线罩模型载荷施加后，根据有限元前处理软件（Femap）中的计算合力命令，检查加载后合力与给出的气动载荷合力是否大致相同，合力的作用点坐标与给出的是否大致相同，此处误差应不超过1%。

（4）将天线罩模型与飞机全机模型相结合，天线罩与机身连接一般都通过快卸锁连接，在一个快卸锁处采用三个方向的弹簧元（CELAS2）进行模拟。选取飞机模型上远离天线罩的框上的三个点施加位移约束来限定6个刚体位移。

（5）用有限元分析软件MSC/Nastran进行计算。计算结果中反映模型刚度方程良态特性的指标ε如小于10-10，说明模型刚度方程是良态的，解题的精度满足工程要求。计算结果中连接处的载荷、位移过渡良好，无突兀现象，连接处机身壁板应力水平无异常，说明天线罩模型满足计算要求。

2.结束语

精确、快速的加载是快速建立良好的天线罩有限元模型的关键，了解测压点代表区域，在天线罩数模上标出来，再在标示出来的区域内建立单元，就加载此测压点代表区域的面载荷，杜绝了一个单元，加载多个面载荷的情况，如不分区域，加载的时候，会有一个单元加载多个面载荷的情况，加载区域标示出来这样加载的时候操作起来很方便，加载的精确度高。建立良好的天线罩有限元模型，会使强度校核工作所需时间大大减少，保证科研任务的按时完成。 [科]