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雷達穩定平臺的有限元CAE分析

發布于:2024-01-25 19:57
CAE分析

      軍艦作為海上的一支重要力量,其海上生存、偵察、攻擊能力是十分重要的。作為提高軍艦的生存能力、偵察和反偵察的艦載雷達引起了人們的關注,而作為能使雷達正常運行、隔絕船搖的雷達穩定平臺也成為了人們關注的熱點。如何在滿足性能的要求下設計出重量輕、體積小、精度高、剛度大、動態性能好的雷達穩定平臺一直是近年來研究的熱點。
      針對提出的要求進行了某型雷達穩定平臺的設計,使之達到功能要求,可以隔絕船搖。進而對平臺進行了有限元模型的建立。在建立有限元模型時分別采用了不同劃分網格的方法,并對劃分結果進行對比。采用最優的網格建立模型,改變平臺材料進行優化設計,分別對兩種平臺進行了模態CAE分析,分析結果表明,改變材料質量變輕,剛度不變。
      設計的雷達穩定平臺需要能夠使雷達隔絕船搖,即設計的雷達穩定平臺最終可以使雷達既繞方位軸轉動,又繞俯仰軸轉動。
      設計的某型雷達穩定平臺主要包括方位部分、俯仰部分、負載平臺、底座等。方位部分主要包括方位軸及方位軸外殼、方位軸內轉子力矩定子及轉子、編碼器、軸承、螺栓、陀螺儀等。俯仰部分主要包括俯仰軸及俯仰軸外殼、俯仰軸內轉子力矩定子及轉子、軸承、螺栓、陀螺儀等。
      運用Creo2.0軟件對其進行了數字化建模,平臺的結構示意圖如圖所示。當方位軸轉動時帶動整個俯仰部分繞著方位軸進行轉動,同時,俯仰部分繞著俯仰軸進行轉動,最終達到負載平臺可以既繞著方位軸轉動,又可以繞著俯仰軸轉動,可以使其上的雷達各個角度轉動,達到功能要求。
      某型雷達穩定平臺的初步設計為材料均采用Q235鋼的設計。為了減輕平臺質量,進行了改進設計,采用了半鋼半鋁的設計,把平臺不承受很大力的部分采用了鋁。
      所設計的平臺零件較多,且各個零件間的連接關系較為復雜,因此必須在滿足計算精度的范圍內進行簡化模型。模型的簡化直接影響著計算的準確度和計算速度。在Creo軟件中將倒角、直徑小于2mm的孔去掉,將編碼器、陀螺儀等零件簡化為一體。簡化后的模型如圖所示。
      初步設計是采用全鋼材料的全鋼結構。改進設計是采用半鋼半鋁材料的鋼鋁混合結構。材料參數如表所示。表所選材料的參數編號Q235,楊氏模量E=70200 Gpa,泊松比μ=0.33,密度ρ=10-3g/mm,兩種不同設計得到的重量分別為:全鋼結構重196kg,鋼鋁混合結構重161.3kg。改進設計的平臺輕了34.7kg,使初始設計減輕了17.1%的質量。網格劃分將簡化后的模型導入Ansys中,賦予材料,進行網格劃分。網格劃分向來是有限元建模的難點,網格劃分的好壞直接影響著結果的準確性。網格越小,計算結果越精確,但計算速度越慢。網格過小還會出現應力奇異現象,導致結果失真。
      網格劃分的水平很大程度上決定有限元模型建立的水平。網格劃分的好壞主要評判標準是畸變度。網格的劃分方法很多,對設計的雷達穩定平臺分別采用了六面體劃分方法和四面體劃分方法對網格質量比較;對平臺采用了添加關聯性和不添加關聯性的網格質量比較;對平臺采用了改變關聯性中心的網格質量比較;對平臺細化和不細化的網格質量比較。


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