NX軟件在某天線架模態響應中的應用

李 龍，錢 平

（船舶重工業集團公司723所，揚州225001）

0 引 言

天線架要求重量輕、剛度大，特別是對結構諧振頻率提出了較高要求。文中對某天線架的諧振頻率進行初步分析，探討改進結構設計以提高結構諧振頻率的措施；下面將對天線架進行有限元模態分析，可在設計初期對其結構的頻率特性和剛度分布情況等有較充分的認識，對不足之處及時進行改進，在設計階段就可預知產品性能，從而縮短設計周期，節省大量的時間和物力，并可有效提高產品的可靠性。利用仿真技術可大大減少計算量，縮短研制周期，降低開發成本［1－3］。

根據工程實際，筆者利用NX軟件對某天線架進行了模態分析，并詳細介紹了利用NX軟件進行仿真的過程。

1 物理模型

天線架外形尺寸為：1 000mm×1 000mm×50mm（長×寬×高），天線架為薄壁結構，各處厚度均勻，材料為硬鋁。天線架上分布了5個天線，如圖1所示。天線架的4個撐腳通過螺釘與平臺固定。

圖1 物理模型

2 仿真過程

2.1 建立仿真模型

根據天線架的結構特點，可以利用提取中面的方法將其簡化，這樣可以有效地減少計算量，提高運算效率。在NX中，選擇按面對的中面來提取中面，如圖2所示。

圖2 提取中面后的模型

對于5個天線，外形尺寸相對于天線架來說，對結構剛度影響較小，所以可以將其簡化為質量點。天線與天線架通過螺釘連接，在建模過程中使用wave幾何連接器將天線外形提取出來；利用分割面的命令，將天線架與天線的接觸面分割出來；通過1D連接，選取點到面，將天線集中質量點與分割出來的面建立連接關系，單元類型選取RBE2；選取0D網格，單元屬性為CONM2，為質量點賦值，如圖3所示。

圖3 提取質量點后的模型

2.2 網格劃分

選取2D網格，單元類型CQUAD4，對模型網格劃分如圖4所示。

圖4 網格劃分模型

2.3 選取仿真類型并施加約束

仿真類型：SEMODES103，約束類型：固定約束，將4個固定孔處的單元固定，如圖5、圖6所示。

圖5 前10階諧振頻率

圖6 第1階模態下的位移云圖

2.4 求解結果

由于天線架4個撐腳處固定，最大位移出現在架子的中心處，如圖7所示。

由云圖分布可以看出，較大應力主要集中在天線架中部的4個拐角處，以及4個撐腳的折彎處。

3 改進設計

根據仿真結果，有針對性地對天線架做了以下改進：

（1）在天線架中心，將各壁連接起來，進行加強；

（2）在4個撐腳處增加斜撐。

改進后的模型如圖8所示。

圖7 第1階模態下的單元應力云圖

圖8 改進后的模型

對改進后的模型，重新進行仿真，結果如圖9、圖10、圖11所示。

圖9 前10階諧振頻率

改進設計后，固有頻率由原來的197.2Hz提高到261.8Hz，最大位移及最大單元應力也有所下降，而質量由原來的2.93kg增加到3.16kg，僅增加了0.23kg。

圖10 第1階模態下的位移云圖

圖11 第1階模態下的單元應力云圖

4 結束語

通過對此模型的仿真，對NX的高級仿真有了初步的應用，并根據仿真結果，改進了設計，提高了結構諧振頻率。利用仿真軟件可以在設計前期階段對其有指導作用，減少了設計的重復性，提高了工作效率。

［1］季馨.電子設備振動分析與試驗［M］.南京：東南大學出版社，1992.

［2］邱成悌.電子設備結構設計原理［M］.南京：東南大學出版社，2001.

［3］師漢民，湛剛，吳雅.機械振動系統［M］.武漢：武漢華中理工大學出版社，1992.