高精度复合材料天线反射器结构与热变形仿真优化分析

玻璃钢/复合材料 ›› 2018, Vol. 0 ›› Issue (8): 66-73.

高精度复合材料天线反射器结构与热变形仿真优化分析

邢思远, 刘洪新, 彭志刚, 张玉生

北京卫星制造厂有限公司,北京100094

收稿日期:2018-01-19 出版日期:2018-08-28 发布日期:2018-08-28
作者简介:邢思远(1993-),男,硕士研究生,主要研究方向为复合材料结构设计及优化,htxsy@126.com。

SIMULATION AND OPTIMIZATION STRUCTURE AND THERMAL DEFORMATION OF HIGH PRECISION COMPOSITE ANTENNA REFLECTOR

XING Si-yuan, LIU Hong-xin, PENG Zhi-gang, ZHANG Yu-sheng

Beijing Spacecrafts Ltd., Beijing 100094, China

Received:2018-01-19 Online:2018-08-28 Published:2018-08-28

摘要/Abstract

摘要： 针对卫星用高精度复合材料反射器,分别采用Hyperworks和Msc.Patran/Nastran有限元软件,对蜂窝夹层复合材料天线的强度、模态以及不同工况下的热稳定性进行了仿真分析,并采用Hyperworks对反射器进行了结构优化。通过仿真结果分析发现,采用两种软件的复合材料天线反射器的强度、模态和热变形数值解相近,说明Hyperworks和Msc.Patran/Nastran在复合材料结构和热变形仿真方面具有良好的通用性。同时,基频仿真分析结果与试验结果一致,说明仿真分析对于结构设计具有指导性。此外,对反射器结构优化使得结构重量降低了8.5%,基频提高了19.7%。

关键词: 天线反射器, 复合材料, 有限元分析, Hyperworks, Msc.Patran/Nastran

Abstract: Two kinds of finite element analysis (FEA) software, Hyperworks and MSC.Patran/Nastran, were employed to analyze the structure and thermal deformation in the different working conditions of high precision composite antenna reflector. And, Hyperworks was used to optimize the studied antenna reflector structure. The numerical solutions derived from these two types of software are similar in the calculations of composite antenna reflector strength, mode and thermal deformation. The results show that Hyperworks and MSC.Patran/Nastran are universal in the composite structure and thermal deformation simulation. The modal frequency results derived from simulation software are close to that of sinusoidal vibration experiment, which indicates that the veracity of simulation software is high. Furthermore, the optimization results from Hyperworks show that the structure mass reduces by 8.5% and the modal frequency increases by 19.7% in the studied antenna reflector.

Key words: antenna reflector, composite material, FEA, hyperworks, MSC.Patran/Nastran

中图分类号:

TB332

邢思远, 刘洪新, 彭志刚, 张玉生. 高精度复合材料天线反射器结构与热变形仿真优化分析[J]. 玻璃钢/复合材料, 2018, 0(8): 66-73.

XING Si-yuan, LIU Hong-xin, PENG Zhi-gang, ZHANG Yu-sheng. SIMULATION AND OPTIMIZATION STRUCTURE AND THERMAL DEFORMATION OF HIGH PRECISION COMPOSITE ANTENNA REFLECTOR[J]. Fiber Reinforced Plastics/Composites, 2018, 0(8): 66-73.

参考文献

[1] V. Morozov, A.V. Lopatin, V.B. Taygin. Design, analysis, manufacture and testing of composite corrugated horn for the spacecraft antenna system[J]. Composite structure, 2016, 136: 505-512.
[2] 闵桂荣. 航天器热控制[M]. 北京: 科学出版社, 1998: 49-72.
[3] 王勖成. 有限单元法[M]. 北京: 清华大学出版社, 2003.
[4] 周传月, 滕万秀, 张俊堂. 工程有限元与优化分析应用实例教程[M]. 北京: 科学出版社, 2005.
[5] 李伟, 张明, 朱大雷, 等. 复合材料薄壁加筋抛物面天线仿真与优化[J]. 宇航材料工艺, 2015, 45(6): 27-31.
[6] 尹星研, 冯振宇, 卢翔. 基于MSC Nastran的无人机复合材料机翼有限元分析[J]. 玻璃钢/复合材料, 2010(1): 3-6.
[7] 刘峰, 高鸿渐, 喻辉, 等. 基于有限元的四旋翼无人机碳纤维结构优化设计与固有模态分析[J]. 玻璃钢/复合材料, 2017(4): 17-23.
[8] 刘波, 陆振玉, 袁东明, 等. 复合材料无人机机翼布局的二级优化方法[J]. 玻璃钢/复合材料, 2016(4): 31-35.
[9] 马佳, 刘峰, 张春, 等. 复合材料加筋壁板有限元建模与强度分析[J]. 宇航材料工艺, 2014, 44(5): 25-29.
[10] 崔深山, 万爽, 张涛, 等. 全复合材料主承力梁结构研制与分析验证[J]. 宇航材料工艺, 2015, 46(1): 52-56.
[11] 张醒, 徐超, 李莉, 等. 复合阻尼结构梁动力特性分析[J]. 宇航材料工艺, 2007, 37(6): 11-14.
[12] 裘健全. 复合材料结构分析及优化[J]. 民用飞机设计与研究, 2009(S2): 83-84.
[13] 杨仲. 反射面天线热变形对其方向图的影响[J]. 电子机械工程, 2015, 31(5): 19-22.
[14] Altair公司. Altair/Hypermesh User′s Guide[M]. 北京:机械工业出版社, 2007.
[15] 洪清泉, 赵康, 张攀, 等. OptiStruct&HyperStudy理论基础与工程应用[M]. 北京: 机械工程出版社, 2012.