浅谈有源相控阵天线力学仿真研究（固体力学论文） ㊣ 精品文档 值得下载

结构的有限元模型。

优化设计的主要目标为天线舱骨架的重量。

优化的约束条件为，天线阵面在风速的正风载荷作用下，不考虑结构自重，阵面最大变形量。

定义优化模型的各个要素如下设计变量为每层天线舱骨架钢梁的截面尺寸，梁宽，梁高和厚度，截面梁有个品种，共个设计变量，变量的优化范围为其初始值的目标函数为天线舱骨架重量设计约束条件为天线非线性规划问题的求解方法大致分为类可行方向法。

从可行点出发，每次迭代都沿着下降的方向进行搜索，从而求出目标函数值下降的新可行点罚函数法。

根据约束函数和目标函数，构造具有惩罚效果的目标函数序列，从而将约束问题转化为无约束问题，逐渐逼近优化问题的最优解基于序列近似的思想，可将原目标函数的求解转化为对序列子问题的优化求解。

例如，对目标函数进行次泰勒展开，并将约束条件线性化，将原非线性数浅谈有源相控阵天线力学仿真研究固体力学论文频率下的加速度响应如表所示。

显然，此时修正模型与试验模型的响应效果吻合度非常好，仿真值与试验值的相对偏差最大不超过。

可见，相比模型修正前，有限元仿真的精度提升达倍。

天线结构优化分析结构优化基本理论理想的雷达天线结构设计，需满足刚强度指标，符合结构轻薄化成本低廉可靠性好等优点。

随着有限元法和数学规划理论的发展，使人们不仅有了强大的结构分析工具软件，还有了套系统的优化设计方法。

从设计对关键的变量，可减小计算分析的工作量。

浅谈有源相控阵天线力学仿真研究固体力学论文。

表测点加速度仿真值与试验值对比从表可以看出仿真与试验测试结果之间存在较为明显的差异，且随着激励频率的提高，仿真值与试验值的差距急剧增大，两者之间的相对偏差最大达到。

为了提高有限元仿真的精度，本文对有限元模型进行修正。

定义有限元模型修正的目标函数为，仿真及试验结果在各个频率点下测点加速度的均方差。

实际修正案例星载天线子阵面结构如图所示。

其尺寸为，主要由辐射单元层复合材料框架层和有源模块层组成。

其中，复材框架层为天线主受力构件，辐射单元与有源模块分别安装于框架两侧。

天线子阵面的安装边界条件为左右对称，共个螺栓连接点。

有限元模型修正理论包括有限元误差理论修正变量及其敏感度分析理论，以及目标函数构建方法。

误差是有限元模型修正的前提，其主要包括类对连续的工程结构进行离散化，本文将对有源相控阵天线的结构力学仿真有限元模型修正以及结构优化分析过程进行综合评述，最后针对两个工程案例进行具体讨论。

天线结构力学仿真分析天线结构仿真的主要内容天线结构的力学仿真计算步骤主要包括结构模型化创建天线结构的几何模型以及划分有限元网格施加边界条件施加约束条件施加载荷条件设置天线结构的材料特性及定义单元属性设置分析参数并提交分析计算结果的处理等。

假设结构的响应输出满面的应力分布。

但是，在风载荷动态脉动以及雷达天线转动条件下，天线阵面的风压分布会发生持续变化，导致天线阵面根部支耳车体撑腿等连接关键区出现应力幅，可能导致雷达系统产生结构疲劳。

因此，动态风载荷仿真是未来车载天线设计校核的重点。

有源相控阵天线内部安装有组件子阵组件馈电网络电源等大量电子设备，与般反射面天线相比，其天线结构除承受风载冰雪自重等载荷，还必须要能够承受安装在其内部的电子设构自重的数倍，约占天线阵面总重的。

因此，这些都对天线结构的刚强度尤其是动载荷作用下的刚强度提出了更高的要求。

由于现代有源相控阵天线结构和功能日趋复杂，成本研制周期等限制条件均会对天线整体结构的试验产生制约。

针对这问题，利用以有限元理论为基础的力学仿真技术，模拟理论模型和大型试验模型已经成为主流的科研手段。

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典型天线结构力学仿真特点典型天线阵面结构如图所示。

其尺寸为，主要由辐射单元层复合材料框架层和有源模块层组成。

其中，复材框架层为天线主受力构件，辐射单元与有源模块分别安装于框架两侧。

天线子阵面的安装边界条件为左右对称，共个螺栓连接点。

本文将对有源相控阵天线的结构力学仿真有限元模型修正以及结构优化分析过程进行综合评述，最后针对两个工程案例进行具体讨论。

天线结构力学仿真分析天线结构仿真的主要内容天线结构的力学结构误差。

例如，在有限元模型中，忽略圆角导致模型的质量刚度矩阵与实际存在差异对非线性的材料属性或边界条件进行常量化或线性化，导致参数误差。

为了减小误差，通常选取结构的设计参数，如密度弹性模量截面积惯性矩等作为修正变量，对有限元模型进行改进。

在修正过程中，预先对修正变量进行敏感度分析，遴选出对结构响应影响较为关键的变量，可减小计算分析的工作量。

假设结构的响应输出满足中个设计参数浅谈有源相控阵天线力学仿真研究固体力学论文备的重量。

这些设备的重量往往是天线结构自重的数倍，约占天线阵面总重的。

因此，这些都对天线结构的刚强度尤其是动载荷作用下的刚强度提出了更高的要求。

由于现代有源相控阵天线结构和功能日趋复杂，成本研制周期等限制条件均会对天线整体结构的试验产生制约。

针对这问题，利用以有限元理论为基础的力学仿真技术，模拟理论模型和大型试验模型已经成为主流的科研手段。

浅谈有源相控阵天线力学仿真研究固体力学论文重点由于飞机上振动工况居多，机载雷达天线结构在仿真设计中，通常要进行动力学分析，以给出产品在振动载荷作用下的加速度响应和应力响应。

但是，对于机载雷达天线在振动载荷作用下的疲劳破坏形式破坏机理以及振动疲劳寿命评估，还需进步重点关注对于车载高机动有源相控阵天线，在结构力学仿真过程中，通常需进行风载荷作用下的强度校核。

其中，天线阵面的风压分布由经验公式获得，利用有限元软件可仿真计算出天线阵出版社，方同，薛璞振动理论及应用西安西北工业大学出版社，郭先松，孔令兵，刘小飞机载预警雷达天线发展趋势及关键技术现代雷达，王春圆巨型射电望远镜风荷载特性的数值模拟研究哈尔滨哈尔滨工业大学机电工程学院，曾天俊军民两用雷达天线薄壁件关键制造技术路径研究机电信息，杨玉霞，李艳钰基于贝叶斯方法的收割机发动机盖有限元模型修正农业化研究，张欣，于澜，张淼数学规划法在有限元模型修正中的应阵面力学仿真图如图所示。

不同使用环境条件下的雷达产品，其承受的环境载荷形式各不相同，进行天线结构力学仿真的侧重点也有所不同，具体如下图典型天线阵面力学仿真舰载有源相控阵天线必须要承受舰上武器系统发射轮机组及水下冲击等引起的振动冲击载荷。

为了避免舰载天线结构发生共振破坏，要求整个天线阵面装舰后，其固有频率避开舰体外部干扰力的频率。

同时，对于舰载相控阵天线，强冲击环境条件是天线仿真校核的仿真计算步骤主要包括结构模型化创建天线结构的几何模型以及划分有限元网格施加边界条件施加约束条件施加载荷条件设置天线结构的材料特性及定义单元属性设置分析参数并提交分析计算结果的处理等。

有源相控阵天线内部安装有组件子阵组件馈电网络电源等大量电子设备，与般反射面天线相比，其天线结构除承受风载冰雪自重等载荷，还必须要能够承受安装在其内部的电子设备的重量。

这些设备的重量往往是天线结组成的向量矩阵设计参数的初始设计值。

则设计参数对输出响应的敏感度系数矩阵为目标函数是描述有限元模型静动特性与试验模型相应特性相关程度的表达式。

有限元模型修正的目标，就是通过对修正变量进行设计改进，从而使目标函数的值趋于最小，实现有限元模型与试验模型的响应吻合。

有限元模型修正流程图如图所示。

图有限元模型修正流程图图星载天线子阵面结构图天线系统骨架结构模型修正案例星载天线子用长春工程学院学报，胡峰，王志海基于优化驱动法的雷达天线结构设计与仿真优化机械工程与自动化，顾叶青，孙为民，余觉有源相控阵天线结构仿真分析机电工程，。

有限元模型修正理论包括有限元误差理论修正变量及其敏感度分析理论，以及目标函数构建方法。

误差是有限元模型修正的前提，其主要包括类对连续的工程结构进行离散化，可产生阶次误差，其随着阶次提高而降低建模过程中，对实际结构进行简化所产生的浅谈有源相控阵天线力学仿真研究固体力学论文了详细讨论，利用有限元模型修正，使星载天线子阵面结构仿真的精度最高提升达倍而通过对地面雷达天线做尺寸优化，可使其在确保刚强度性能的条件下，结构减重达。

参考文献唐宝富，钟剑锋，顾叶青有源相控阵雷达天线结构设计西安西安电子科技大学出版社，杨静，王志海车载雷达天线骨架结构优化设计电子机械工程，龙凯，贾长治，李宝峰与有限元分析从入门到精通北京机械工业阵面在目标正风载荷作用下的最大容许变形量。

通过仿真分析，本文得到前个敏感度影响因子如图所示。

图前个敏感度影响因子天线阵面重量迭代优化过程如图所示。

图天线阵面重量迭代优化过程根据最终结果可知优化后骨架重量为，相对初始状态减重达到，结构重量减轻了，结构优化效果显著。

结束语本文对有源相控阵天线的结构力学仿真有限元模型修正，以及结构优化分析过程进行了综合评述针对不同形式的雷达产品学规划问题转化为次规划问题。

近年来，通过模拟生物行为或自然现象，形成了系列具有自组织性自适应性的智能优化算法，如遗传算法模拟退火算法蚁群算法和粒子群算法等，为求解复杂的工程优化设计问题提供了新的技术手段。

结构优化案例本文结合工程实例进行具体详细的说明。

天线系统骨架结构如图所示。

图中，该天线要求在保证雷达阵面精度的情况下，使天线阵面尽量实现轻量化，需要对天线结构进行尺寸优化。

因此，象和变量的特点来看，结构优化设计可分为个层次尺寸优化。

是在确定的形状下，对构件的截面性质等进行优化，其设计变量通常为截面尺寸截面积惯性矩等形状优化