基于ANSYS的结构有限元分析

本文通过有限元方法,对某科学与技术卫星的对地和大气监测双频辐射计(DREAM)上的DAP箱体进行了有限元建模和模态分析。在已有的CAD图纸的基础上,采用ANSYS软件中的薄壳单元模拟箱体,梁单元模拟加强筋,对筋板、连接条件和约束条件均进行了合理简化,从而建立了DAP箱体有限元模型,并对箱体进行了有限元模态分析,得到了箱体的各阶固有频率和振型情况。DAP箱体的一阶固有频率为500.45Hz。结果有效地验证了辐射计结构设计的安全性(设计要求:固有频率>100HZ),为进一步的实验提供了参考依据,并论证了该箱体仍存在较大的优化空间。 进而,本文对该箱体进行了优化设计。追求重量最轻是航天器结构设计的极其重要的指标之一。本文以结构重量为目标函数,箱体结构变形尺寸为约束条件,箱板厚度和加强筋截面尺寸为变量,通过计算讨论了箱体设计的优化方案,结果表明箱体的固有频率随着板厚和加强筋截面尺寸的下降而降低。本文综合考虑了以上因素,得出了在板厚为1mm,加强筋截面尺寸均为1(1×1)mm2时,其固有频率为161.40Hz的优化结果,该结果满足>100Hz的约束条件,属于合理优化方案。此时箱体的重量由最初的1.653kg降为0.44kg,重量优化了73.4%。 此外,本文对碳纤维——铝蜂窝夹芯复合材料结构的物性参数进行了讨论和计算,并在此基础上对复合材料抛物面天线的热应力进行了试算。具体工况为,对复合材料天线圆柱内壁的部分面施加线性变化的温度载荷(其变化范围为:-110～140.5℃),用间接法计算了此工况下天线的热应力,得出天线的应力为:37.3Mpa,此时天线结构的最大变形量为:0.104mm。本文的工作,为后续的更为复杂工况下的复合材料结构的热应力计算打下了基础。