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工程硕士学位论文某雷达机械系统结构设计分析 abs t ract 仆e ia da r is t h e 6 rs t h igh iy mob i l 。 3 dra 山 : d e ve l叩 目byl 4 mr e s ea rc h lnst it u te c h i n ae l e c t r o n i c s tec hno 1 o g yg r o u pc o rp o r at lo n 加 th i s p a p e r， t h e b as i ct h e o ryol fi n i te e l e 二n t m e t h 记which c anbeu s edfor ana l ssis ofr a d ars t 邝 c tu rei s i n trod u c ed， t hep n n c i p l e s a n d m e thod s o f t h e s ta 石 c a l a nal ys i s and 叩t 俪ze d d e s i gnfo r r a d a r s truc 毗 i s d e s c n be d ， i m0 k i n d s o f s t r u c 健 u res o f ra d ars y st e mare g i v e n 月 n d t h e fi n i t e e l e 11 1 e l1 t n 1 0 d e l s fo r ra d a r s y s 让 翻 5 a 代s e t 叩 5 印a r atedl 多 al a 睽 q u 孤it y 试c a l c u l atio n d a l a i s p r o v i d e d 妙 “ 5 ， n g n n i 份e le n l e n t s o n w a re 一a n s y s ton 拍 k e s l r e n g 日 l anal ysls . a t th e s ame t 汕e the o p t i m i za t i o n ana l ys i s a 幻 d c al c u l at 1 on o f th e r a dar sy s tem w ltha s 毗l e “ n”s truc tu reare ma由 ，a 耐 man y val id 献asares are p r o v 记 时soastomedwiththe 印 ec i 石 c a t i ons o f 俄i sht ang r 电 id i tyw h i cha re as s i gne dina d v a nc e . 刀 l e val i d i tyo f 阮 n 1 o d e l s a n d 派 c a l c u lati o n re s u l t s are ven fi o d切 m e an s b f 由 e e l ec t 水te s ts o t th e 拍 d a r svst 叫s o meb a s ic c onclu s ions o f th e s tru c tu reo r t 址 m d a r s 邓 te mand the s 如c t u 托d e s i gnwbj c h sho u 1 d b e pald at te nt i ontoare p u t fo rwa rdinit . the m e th o ds fo r th efi n i t ee l e n 1 e n t ana i y s i s o f the r a d ars truc t u rea n dth e d a tao f c a i c u 1 a i l o ns a l1 dte sts w h ic hare g i ve ninthisp a per are ve rys i 邵l fi c ant inth e o r ya n d 叩 p 1 i c a b l e i n th e area o f t hefu rthers ptea d a nda ppl i c ationo f c a d /c a e a n d the opti m i z a t i on d e s i gna n g d e v e lo p mentmr a dsr i ndu s 昨 k e 叭 rd s :rada r s 如c ture ;fem :stre n gth a naly s is :st ru c t u rede s i ，叩t 雨zati on 二烤d口 尸刁日 月 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果。 尽我所知， 在 本学位论文中， 除了加以标注和致谢的部分外， 不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果， 也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。 与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名: 试遏爪 补。 年 to 月 扣 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档， 可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容， 可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、 借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。 对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名:类感东， ， 公 名年 1 口 月 岁 ，日 工程硕十学位论文 某雷达机械系统结构设计分析 第 1 章绪论 自20世纪40年代雷达问 世以 来， 雷达技术得到了飞速发展。 60年代末 相控阵 雷达开 始问世， 7 小80 年代， 各发达国 家相继研制了 三坐标相控阵雷 达11 。 特别是 近年 来， 为了 使雷 达 在 现代高 技术条 件下的战争中 具 有较好的 生存能力，世界各发达国家无不都在大力发展机动式三坐标雷达，研制出了 一批性能优良的机动式三坐标雷达。同时，我国也在大力推动机动式三坐标 雷达的研制工作。 机动型雷达由于具有越野性好、 快速转场和架设/ 撤收等待点， 大大提高 了其战场生存能力，是地面情报雷达发展的必然趋势。机动性要求雷达具有 尽量少的运输单元，同时运输单元的体积、重量必须满足严格要求;天线是 雷达的重要组成部分，雷达结构设计时必须保证天线在恶劣工况下能安全工 作并满足天线精度指标要求t2 ， 这使得天线结构应具有较大的刚度、强度。 因此，机动性所要求的体积和重量指标使体积与刚度.刚度与重量这些固有 矛盾更加尖锐化。 机动性雷达的快速架设/ 撤收性能和运输单元可快速分解的 特点则更加加剧了以上各种矛盾。因此， 机动型雷达在结构方案论证、设计 过程中必须加强力学计算和优化设计，在尽量保证雷达机动性的前提下，合 理布局，合理分配各部分的体积、重量和精度指标， 充分采用各类比 刚度性 能好的结构、材料等，刁 能有效解决高机动性与有限体积、体积与刚度、刚 度与重量、 高精度与可分解性等诸多 矛盾3l 。 1 . 1雷达结构设计中力学分析现状 在雷达行业，以往雷达结构设计中， 设计人员往往凭经验及直觉定出设 计方案，并进行一些简单的计算，这样必然会出 现为了保证足够的刚强度、 安全可靠性，增大构件截面， 使结构重量大大增加等后果，这不利于雷达的 机动灵活 性，对于机动式雷达尤为重要; 另外，山 于对雷达结构的要求是复 杂的、 多方面的，设计人员可能考虑不全面， 造成刚度和强度不 足， 无法满 足要求。 在科学技术高度发展的 今天，雷达结构设计也逐步向 着科学化、 理 论化的 方向 发展，尽管最优化设计等现代设计方法在雷达结构设计中尚 处于 早期 阶段， 但也己 经取 得了 丰 硕 成果。 西安电 子科 技大学的 李在贵 。 2 、 38所 的 王 若 谷 【 31 、 东 南 大 学 的 季馨 【14) 、 14所 的 袁 海平 、 王雁 11 511，61 等分 别 对 地 面、 机载、 舰载雷达的 天线、天线座系统进行优化设计以 及系统模态分析， 取得 了很好的效果。 对大型复杂的力学结构进行力学分析计算和重量优化设计是 工程硕士学位论文某雷达机械系统结构设计分沂 结构 设 计的 一 个重 要 环 节， 西 安 电 子 工 程 研 究 所 的 李 宜 绮 117 等 在 寻 求 雷 达结 构重量 优化设计 方法 上也 作了 有益的 探 索. 郑州 工 业大 学的 王伟 11 8 、 特种车 辆技术中心的黎 西 亚 11 ” 1 120等都对车架进行过有限 元建模， 进行车架强度计算 和应力分析，进而寻求雷达车大梁截面参数的最佳值;长沙铁道学院的姚曙 光【2 应用1 一 de as分析 软 件对同 板 梁结构 采用 几种不同 建 模方 式进行了 计算， 研究在计算机容量、结构特点、边界条件、 载荷方式等的不同情况下如何建 立行 之 有效 的 有限 元 模 型。 南 京 理 工 大 学 的 张 铁口利 曾 经 应 用1 一 d e a s 有限 元分析软件对轻型雷达车架进行有限元建模、静强度和动态分析，同时对试 验结果和计算结果进行了比较 ，得到了 车架应力、变形规律及动力特性等。 但是，总的来说，目 前优化设计比 较多的 应用在雷达天线、天线座等的结构 设计中，至于在雷达系统整体结构设计以 及承载平台等其他方面，还很少涉 及。我们完全可以借鉴雷达车架、雷达天线、天线座等的优化和分析方法来 对雷达系统结构进行分析和计算。 对于车载雷达来说，以往都是在样车研制出来以后，测量雷达设备在各 种路面及车速下的加速度和振动频率，这种方法显然存在一定的设计风险。 现在可以针对其结构形式和结构特点，用动态分析的方法求出整车的动态特 性模型及参数，并通过已有的试验结果予以验证，从而预估车辆的动态特性 响应。 北京理工大学车辆与交通工程学院的黄华， 茹丽妙口 1 采用有限元方法 对重型运输车车架进行了动力学分析。 通过对改变车架纵梁厚度、 横梁壁厚、 横梁外径和局部加强的分析计算，研究了车架结构与其固有频率及其振型的 关系，为解决车架结构的动力学问题和结构的改进提供了一定的依据。因此 良 好的系统动态性能成为雷达系统的重要的性能指标。传统的静态设计难以 解决动态特性问题，只有通过对结构的固有频率，外界作用和系统的动力响 应三者之间的联系进行研究，即动态设计，才能有效的解决这个问题。在国 内 ， 对雷 达 天 线阵 面、 天 线 座 的 动 态分 析 和 优化 设 计 研 究 较 多 【24 125 1 。 江 汉石 油学院的曹继光26等探讨了用有限 元方法进行结构动态分析的过程并给出 了雷达天线结构的动力平衡方程式，同时以某单位雷达天线模型为例，对其 结构进行了分析，对其固有频率进行了计算，并对其振型进行了讨论。桂林 电 子 工 业 学院 的 耿建 平、 李 泉 永 等 127 1 使 用5 叩 er s apgl有限 元 软 件 作 为 有限 元分析工具， 并利用导重法优化准则， 通过优化模型的合理选取， 实现了大规模 组合结构舰载雷达天线阵面的动态分析和优化设计，保证了某舰载相控阵雷 达天线阵面上的设备在苛刻的工作环境条件工作良 好。 这些研究成果和实践， 对我们研究和分析承载平台很有借鉴意义. 另外，雷达越野运输时承载平台与雷达大梁相连， 所受动载荷较大，或 工程硕十学位论文某雷达机械系统结构设计分析 者虽然不大但作用力的频率与结构的某一固 有频率接近时， 都可能引起结构 共振， 从而引 起很高的 动应力， 造成强度破坏或 产生不允许的 变形， 破坏雷 达 和车辆的性能，因此还必须对雷达系统结构进行运输状态动态分析。 12有限元法与a n s y s 程序 有限元法的基本思想最早出现于20世纪40年代初期， 到60年代末70年代 初基本成熟， 并开始出 现商业化的有限元分析软件。 有限 单元法将连续体理想化 为有限个单元的集合体， 这些单元仅仅在有限个结点上相连接， 也就是以一有限 个单元的体系代替一个无限个自由 度的连续体， 作为物理上的近似( 即结构离散 化) ，建立计算模型。以节点位移或节点力作为未知数， 对整体结构进行求解的 一 种 数 值 计 算 方 法 i l51 。 从对离散体所进行的数值分析的内 容来看， 是一个从部分到整体的过程， 与 弹性力学的无限小单元法有相似之处。 在无限小单元分析中， 通过对微元的分 析 从而获得适用于整个物体的全部解答。 有限单元法也是这样， 先从分析单元入手， 建立每个单元的刚度方程， 然后再组集各单元以建立整个结构的平衡方程组。 ( 又 称总刚度矩阵) ，求解以后，由此获得结构在各结点处的近似数值解答。 有限元计算方法的 优越性主要表现在以下几方面161 : ( 1) 在固体力学及其他连续体力学中，只有一些特殊的位移场和应力场才 能求得微分方程的解， 对于多数复杂的实际结构得不到解， 而有限元法对于完成 这些复杂结构的分析是一种十分有效的方法。 ( 2) 有限元法引入边界条件的方法简单。边界条件不需要进入单个有限元 的方程， 而是求得整个集合体的代数方程再引入， 所以对内部和边界上的单元都 能采用相同的场变量 ( 位移函数) ，而且当边界条件改变时，场变量函数不需要 改变，这对编制通用的有限元程序带来了莫大的简化。 ( 3 )有限元法不仅适用于复杂的几何形状和边界条件，而且能处理各种各 种复杂的材料性质问题。 如各向异性、 非线性等， 另外， 还能解决非均质连续介 质的很多问题。 ( 4 ) 有限元计算在正确建模的基础上，不仅可以 得到较准确的计算结果， 而且目 前通用的有限元分析软件还可以对整个结构的应力、 应变和位移分布状况 进行可视化观察。 近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高， 有限元分析在工程设 计和分析中得到了越来越广泛的重视， 己经成为解决复杂的工程分析计算问 题的 有效途径， 现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计 工程硕十学位论文 某雷达机械系统结构设计分析 算，主要表现在以下几个方面: . 增加产品和工程的可靠性 . 在产品的设计阶段发现潜在的问题 . 经过分析计 算， 采用优化设 计方案，降低原 材料成本 . 缩短产品投向市场的时间 . 模拟试验方案，减少试验次数， 从而减少试验经费 国际上早在6 0 年代初就开始投入大量的人力和物力开发有限元分析程序， 但真正的c a e软件是诞生于70 年代初期，而近巧年则是c a e软件商品化的 发展阶段。目 前流行的c a e分析软件主要有 n a s t r a n 、 a d ina 、 a n s 丫 5 、 a b a q u s 、 ma r c 、 c o s mo s 等。 a n s y s 程序将有限元分析、 计算机图形学和 优化技术相结合，己 经成为解决现代工程问题必不可少的有力工具， 是一个功能 强大的灵活的设计分析以及优化、融结构、 热、 流体、电磁、 声学于一体的大型 通用有限元商用分析软件， 广泛应用于核工业、铁道、 石油化工、 航空航天、机 械制造、能源、 汽车交通、国防军工、电子、 土木工程、 轻工、 水利等一般工业 及科学研究。 该软件提供了 一个不断改进的功能清单， 具体包括: 结构高度非线 性分析、 电磁分析、 计算流体动力分析、 设计优化、 接触分析、 自 适应网格划分、 大应变/ 有限转动功能以及利用a n s y s 参数设计语言( a 卫 d l )的扩展宏命令功 能。在产品设计中，可使用a n s y s 有限元分析软件对产品性能进行仿真分析， 发现产品问题，降低设计成本， 缩短设计周期， 提高设计的成功率iv 。 1 . 3 课题研究意义及背景 根据总装相关输入文件开展了该雷达的研制工作。 该雷达是一部典型的 高架、高机动三坐标雷达，其雷达天线车结构系统主要包括天线系统 ( 含天 线座) 、天线举升装置、载车平台、调平腿等部分。天线口径为 5 .7米x z . 5 米x o 7米，天线系统重量为2. 5 吨，天线举升高度为8. 5 米，因此该雷达天 线车系统的力学计算、优化设计非常重要，关系到整个雷达研制的成败。本 课题主要是进行天线车系统的力学计算、优化设计，实现优化天线车系统结 构方案的目的。课题的协作单位是南京航空和航天大学结构工程与力学系。 1 . 4 本文的研究内容 本课题主要是进行天线车系统的力学计算、 优化设计， 减轻夭线车系统重量， 实现优化天线车系统结构方案的目的。主要内容有: 上 程硕十学位论文某雷达机械系统结构设计分析 1 .对天线支撑、 天线转台、 夭线举升装置、 载车 平台、 调平腿等在方案论 证阶段对单 “ n” 形结构和双 “ n” 形结构两种形式， 用a 刊 s y s 软件 进行力学建模计 算， 对天线举升装置试验件、 平台试验件等结构件的力 学性能进行了初步计算; 2 .对双“ n” 形结构天线举升装置试验件进行静力学试验， 测量相关点的 变形与应力情况， 并修改原 计算模型， 修改举升装置 和平台的设计图 纸; 3 .对单 “ n”形结构的天线支撑、天线转台、天线举升装置、载车平台、 调平腿等结构进行力学建模计算， 在设计阶段对天线车整个系统结构进 行力学优化设计; 4 对天线车系统完成加工和装配后， 在工况下测试天线车系统的应力、 变 形。 本文第二章主要介绍天线车系统组成和两种天线举升装置的结构形式、 主要 技术参数及技术要求; 第三章详细阐述了双“ n” 形结构天线车系统的静力学刚 度和应力计算; 第四章详细阐述了 双“ n” 形结构天线车系统的应力和刚度测试: 第五章详细阐述了单“ fl” 形结构天线车系统的建模分析， 详细提供了各种工况 下的即使结果;第六章详细阐述了单“ n” 形结构天线车系统的优化分析; 第七 章详细阐述了天线车系统的应力、 变形测试， 详细纪录了实验结果; 最后一章对 全文进行总结， 并对本次课题不足之处以及今后车载高架、 高机动雷达结构设计 提出了展望。 1 . 5 本章小结 在开展本课题之前， 通过查阅相关的资料和文献， 结合以 往的设计和使用经 验， 分析了雷达结构设计中力学分析现状， 说明了课题研究意义及背景， 明确了 本文的主要内容，并简述了论文结构。 程硕士学位论文某宙达机械系统结构设计分析 2 . 2 .风速及天线转速要求 风速(2 5 m/ 5( 风速 25m/ 5时，水平风力 f 二 fx= f 产6 4 50n，扭矩 mz = 2 4 1 5 n m ) ，天线转速n = 6 t 八 1 1 i n ，雷达保精度工作; 风速簇3 0m / 5 ( 风速3 0 m/ 5 时， 水平风力f = f x 斗产9 2 8 0 n ， 扭矩m z = 3 2 9 0 n m) ，天线转速n 习r/ m in ， 雷达降精度工作; 风速(36m/ 5( 风速 36耐5时，水平风力 f 布x =fy=1 3 3 65n，扭矩 mz 科135 n ll l ) ，雷达停机，雷达天线车系统结构不破坏。 风速毛14m/ 5，天线转速0 12刃 11 l l n 可调: 2 . 3天线车主要参数及精度指标 雷达工作时，天线车调平腿间的横向宽度( 中心距) 为4400m，纵向跨距为 6 9 5 0 。天线车系统各设备相对关系如图2 . 1 . 1 所示，坐标系位于举升装置主杆 连线中点在地平面上的 投影点， 坐标系y 轴正向 与汽车前 进方向 一致， 2 轴垂直 于汽车平台且向上。 天线车各单元的重量、外形尺寸和重心位置见表2. 3 . 1 。 表2. 3 . 1 天线车的重量、外形尺寸和重心位置 设备名称 重量kg 外形尺寸 ( n l ll l ) 重心位置坐 标y( m m ) 重心位置坐 标2 ( m m ) 天线8 0 06 0 7 0 x2 4 5 0 x4 5 008 0 0 0 天线座8 oo 中 1 0 0 0 x1 0 o 0 07 5 0 0 天线举升装置 1 2 0 04 7 5 o x1 5 0 0 x4 0 004 1 0 0 工作车厢2 0 0 02 0 0 0 x1 9 0 0 x2 4 3 8一 1 5 0 02 5 0 0 冷却装置6 0 08 0 0 x1 2 0 0 x1 6 0 03 7 7 62 2 5 0 平台 2 0 0 07 5 0 0 x2 5 0 0x3 0 01 3 6 01 4 5 0 液压柜3 0 01 0 0 0 x7 (x) x4 0 02 6 7 62 1 0 0 载车系统1 0 创刃 1 0 0 0 0 x2 4 0 0 x l 3 0() 3 8 6 51 0 0 0 调平蛙腿 1 8 0 01 3 6 01 4 5 0 艺 2 00 0 02 1 9 81 9 5 4 天线举升装置、平台、 调平腿的精度要求如下:天线保精度工作时， 水平 风力f = f x =f产6 450n， 扭 矩m 产2 4 巧 n m ， 举升 装置晃 动角蕊 6 ， 举升 装置扭 转角蕊 6 ， 天线车系统举升平台处的晃动角蕊12 ; 天线设备车平台上 ( 包活 厂 程硕士学位论文某雷达机械系统结构设 计分析 调平腿)安装升降装置的安装点相对转角蕊4 。天线降精度工作时，平风力 f = f x =f产92 80 n ， 扭 矩mz=329 o n m ， 举 升 装置 晃 动角 延 8 ， 举 升 装置 扭 转角 蕊1 0 ;天线设备车平台上 ( 包括调平腿)安装升降装置的安装点相对转角(6 2 . 4 本章小结 本章主要介绍了力学研究对象 雷达天线车的布局、 组成、 载荷以 及精度 指标，对天线举升装置的两种结构形式做了 详细介绍。 _ 程硕十学位论文某雷达机械系统结构设计分析 第3 章 双 “ n”形结构天线车系统静力学刚度、应力计算 3 . ，静力分析基本过程 力学分 析的第一步是静力分析。 静力分析指分析固定不变的 载荷作用下结构 的响应， 即由 于稳态外载引 起的系统或部件的位移、 应力、 应变和力， 它不考虑 惯性和阻尼的影响 ( 如结构受随时间变化载荷的情况) 。但是， 静力分析可以计 算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响 ( 如重力和离心力) ，以 及那些可以 近 似为等价静力作用的随时间变化载荷. 天线的静力分析一般认为是线性的， 属于弹性力学分析的范畴， 分析的基本 思路是 “ 先离散再组装” ， 离散为了进行单元分析，组装为了对整体结构进行分 析。 有限元分析过程主要由 三方面内 容构成 2 5:， 1 物理模型离散化 ( 划分网格) 将计算力学模型分解为各种类型的若干单元，并在单元体指定点设置结点， 把相邻的单元体在结点处连接起来组成单元的集合体， 以代替原来的结构。 这一 步称为单元离散， 通俗的说法就是将模型划分为网格。 离散后单元与单元之间利 用单元的节点相互连接起来;单元节点的设置、性质、数据等应该问题的性质、 所需描述的状态的需要和计算精度而定( 一般情况， 单元划分越细密则描述应力 分布越精确，即越接近实际应力分布，但是所需计算时间越多) 。所以有限元分 析中的结构已 经不是原来的物体或结构物， 而是具有同样材料的由众多单元以一 定方式连接成的离散物体。 因此， 通过有限元分析得到的结果必然是近似的， 如 果划分的单元细密而且合理， 则获得的结果会无限接近实际情况， 满足过程分析 精度的要求。 2 .单元分析 ( 1) 选择位移模式 在有限元分析中， 选择节点位移作为基本未知量时成为位移法; 选择节点力 为基本未知量时称为力法; 取一部分节点力和一部分节点位移作为基本未知量时 成为混和法。 位移由于容易实现数值计算， 所以 在有限元分析中位移法应用最广 81 。 当 采用 位 移 法时， 物 体 或 结 构 离散 化 后 ， 就 可以 将单 元中 的 一 些 物 理 量 如 位 移、 应变和应力等由节点位移表示。 这时可以 对单元位移分别采用一些能逼进原 函数的近似函 数进行描述。 有限元分析中将位移表示为坐标变量的简单函 数， 也 就是常说的位移函数。 ( 2) 定义单元的力学形状 根据单元的材料形状、 形状、 尺寸、 节点数目 、 位置等等参数， 找出单元节 点力和节点位移的关系式， 这时单元分析中的关键一步。 此时需要应用弹性力学 仁 程硕十学位论文某宙达机械系统结构设计分析 中的几何方程和物理方程来建立力和位移的方程， 导出单元刚度矩阵， 这是有限 元分析的一个基本步骤。 ( 3 ) 计算等效节点力 物理模型离散化后，假定力是通过节点在单元间进行传递，但是，对于实际 连续体， 力是通过单元的公共界面在单元间进行传递。 因此， 所有作用在单元边 界上的表面力、 体积力或者集中力都需要等效地转移到节点上， 即用等效的节点 力来代替所有作用在单元上的力. 3 .整体分析 利用结构中力的平衡条件和边界条件将各个单元按照原来的结构重新连接 起来，形成整体有限元方程: k6 =p( 3 . 1 . 1 ) 式中，k 一刚度矩阵;6 节点位移列阵:p 节点载荷列阵. 解有限元方程得到位移。 这里， 需要根据方程组的具体特点来选择合适的计 算方法。 3 . 2计算目的 天线举升装置采用上下两组平行四边形连杆翻转机构， 两个变三角形的驱动 方式，二组平行四边形的连杆连成上、下双“ n” 形结构， 风负载及天线举升装 置、 平台、 调平腿要求见2 2 、 2 . 3 节要求。 根据初始设计的天线举升装置等有关 图纸， 对天线车系统进行计算， 以了解设计方案满足给定的刚、 强度设计要求的 情况，为方案论证时参考。 3 . 3坐标系、关键点的位置 天线车系统各设备相对关系如图 3 .3 . 1 所示，坐标系位于举升装置主杆左支 点( 按汽车前进方向 ) 与汽车 平台 连接点的中 心， 坐标系y 轴正向与汽车前进方向 一致， 2轴垂直于汽车平台且向 上。在举升装置平台上选择了 d i( 有限元模型 号为8 8 0 5 ，以 下类同) 、 d z( 5 8 5 4 ) 、 n 3( 8 6 3 4 ) 三个点， 这三个点分 别是举升 装置副杆、 两个主杆与举升装置平台间的联接点， 用来计算雷达天线车系统举升 装置平台 ( 简称举升平台) 受力后的晃动位移、 晃动角、 倾斜角以及扭转角. 在 汽车平台上选择了d 4( 9 5 8 7 ) 、 d s( 即坐标原点，s t o z ) 、 d 6( 8 1 0 8 ) 三个点， 用来计算汽车平台由 于 变形而产生的倾斜角以 及支反力。其中: d4 为举升装置 副杆与汽车平台间的 联接点: d s 、 d 6 为举升装置主杆与汽车平台的联接点。 在 工作车厢侧面和举升装置主 杆连接处选择d 7( 6 5 5 ) 、 d s( 1 2 7 3 ) 两个点， 用来 上 程硕十学位论文 某雷达机械系统结构设计分析 3 . 4有关定义和建模假定 系统计算中相关定义和具体假定有: 1 .举升平台受力后的吴动位移定义为d l( 8 8 0 5 ) 、d z( 8 5 8 4 ) 、 d 3( 8 6 3 4 三个 点分 别沿坐 标 轴 三个方向 的 位 移， 即6 x、6 y、6 2 ; 2 .举升平台 受力后的晃动角 。为，。 ” arc t g ( 6 / h)， 式中，6为:为di ( 8 8 0 5 ) 、 d z ( 8 8 8 4 ) 、 d 3 ( 8 6 3 4 ) 三个点沿x 、 y 两个方向 变形的最大值， h为天线举升装置平台到天线举升装置主杆和载车平台的连接点地距 离，如图3 . 3 1 所示，取h 二 4 5 6 7 咖。 3 举升平台的扭转角定义为d i ( 8 8 0 5 ) 、 d z( 8 8 8 4 ) 、 d 3( 8 6 3 4 ) 三个点受 力变形后组成的新平面和原天线举升装置平台绕2 轴方向 的转角。 4 .举升平台的倾斜角 。 x 、 。 y 分别定义为d i ( 8 8 0 5 ) 、 d z ( 8 8 8 4 ) 、 0 3 ( 8 6 3 4 ) 三个点受力变形后组成的新平面和x 轴、 y 轴之间的夹角。 5 .汽车平台的倾斜角 a x 为，。 x = a r c t g ( 6 x / l i ) ， 式中，6 x 为汽车平台 上的d 4( 9 5 8 7 ) 、 d s( 8 1 0 2 ) 、 d 6( 8 1 0 8 ) 三个点沿x 轴方向 变形的 最大 值，ll 为调平蛙腿在 x轴方向 ( 车宽)的跨距，如图 3 . 31 所示，取 l i = 4 2 0 0 m m o 6 .汽车平台的倾斜角 q y 为，q y = arctg ( 6 y / l 2)， 式中，s y 为汽车平台 上的d 4( 9 5 8 7 ) 、 d s( 8 1 0 2 ) 、 d 6( 8 1 0 8 ) 三个点沿y 轴方向 变形的最大 值，lz 为调平蛙腿在 y轴方向 ( 车长)的跨距，如图 3 . 31 所示，取 l z = 6 9 4 0 印 m 。 7 .雷达天线车系统工作时， 举升装置上的油缸不参与受力。 8 .雷达天线车系统工作时，左前调平腿的六个自山度完全约束，其它三个 调平腿只约束2 方向的线位移，具余五个自由度均为自由。 9 .不考虑各种因素引起的间隙对计算结果的影响。 3 . 5系统应力及变形 在自 重和 2 5 m / 5风速模拟风载的 几种组合工况 下， 对雷达天线车系统进行 了 计算， 得到了系统应力和系统变形。在自 重和2 5m/ 5 风速模拟风载作用下， 系统应力和系统变形如图3 . 5 . 1 和3 . 5 . 2 所示。 工程硕士学位论文某雷达机械系统结构设计分析 3 . 6 计算工况及结果 在下列工况下， 对雷达天线车系统分别进行了计算， 得到了 系统最大应力 值 及其部位: 举升装置平台处的晃动位移、 晃动角、 扭转角、 倾斜角; 汽车平台的 倾斜角:关键点的支反力及相应位移. 1 .只考虑雷达天线车系统的自 重作用，不考虑空气动力 载荷的作用，计算 结果见表36 . 1 。 其中，单元8 8 5 位于工作车厢内 侧三角斜支撑顶部。 表3 . 61自 重计算 举升平台 晃动位移 ( 如 )支反力( n) 及相应的位移( m m)最人应力 值及其部 位 ( mp a ) 点 号 6 x 占 y 占 z 点 号 fx 1 x fy ) y 介 1 八2 白重 8 8 0 53 428 58一 60 78 1 0 2 8 8 8 之2. /2. 1 2然 6 9 8 0 6 / 59 3 max = 2 3 7 在单元8 85 处 8 8 8 43 ，4 28 一 7 1一 5 名38 1 0 8 瞿 育 21 6 7 2 /022 6 7 0 3 9 / 一 6 1 7 8 6 3 43698 石5一 6 乡39 5 8 70 / 2 1 d _ 1 0 2 一 1 8 5 5 6 / 一 65 6 举升平台晃动角: 6 56 6 5 5 一 3 2 4 87 /246 3 4 1 5 7 /34 4 7 2 6 2 6 八 58 举升平台扭转角: 0 9 2 1 2 7 3 4 0 9 3 . 4 /2 4 6 2 0 4 0 2 / 3 2 9 691 5 2 人6 . 0 5 举升平台 倾斜a x 角:1 .74汽车平台 倾斜q 、 角 ( 分) : 4 3 6 举升平台倾斜av 角:1 7汽车平台 倾 斜。 、 角( 分) : 让 68 2 . 不考虑雷达天线车系统的自 重， 只考虑2 5 m / 5 风速的空气动力载荷作用。 分别沿x 、y 方向加水平力f x= f y 二 6 4 5 州， 扭矩m z = 2 4 1 5n : 的多种加力组合， 计算结果见表 36 . 2 : t程硕十学位论文某雷达机械系统结构设计分析 表 3 . 6 . 2风载计算 举升平台晃动位移 ( mm )支反力( n) 及相应的位移( m m) 最大应力 值及其部 位 ( mp a ) 膏 占 、6 y占 z 点 号 f x 1 x fy / 6 y fz / 么2 风速 2 5 m/5 载荷 f x 千 m z 8 8 0 51 4 . 9 72 j5一 1 -08 1 0 2 6 3 7 6 7 /6乃 4 礴6 3 3 尼鸿2 1 6 9 62 用 4 9 max = 2 2 6 在单元8 邵 处 8 8 8 41 4 ， 9 71210 万68 1 0 8 6 2 0 6 / 6 . ， 4扩 刃 2 4 5 5 1 闭 及 8 6 3 41 3 . 1 91 名8刁. 19 5 8 7卫 _ j s艺 3 0 1 3 . 2 ， 7 2 1 6 j 一 0 . 1 名 举升平台晃动角:11. 2 7 6 5 5 一 1 3 9 1 . 4 / 8 夕5 2 0 3 8 ， 1 / 1 . 8 8 一 3 0 1 5 6 /0万1 举升平台 扭转角: 9 石 0 1 2 7 3 4 7 2 7 刀 j s 刀5 一3 5 5 / 3 . 4 ， 2 9 7 8 2 1 刁 9 3 举升平台倾斜。 、 角: 6汽 车平台 倾 斜ax角 ( 分) : 4 乡 8 举升 平台倾 斜。 v 角:11 . 1 汽车平台倾 斜a 、 角 ( 分) : 3 一92 风速 2 5 m/5 载荷 f y + m z 8 8 0 52 . 3 08 42一 0 ， 6 08 1 0 2 3 3 5 0 3 /3， 1 6 466 6 / 1 . 7 2 2 6 7 6 0 人0 . 8 6 max 二 4 0 8 在单元8 85 处 8 8 8 4 2 307 一 2 5 8一 07 98 1 0 8 2 7 2 0 . 6 /3. 1 6 一 3 9 印 佗 j6 2 50 2 9 / 刁 刀7 8 6 3 411 078 5一 2 一 1 8 9 5 8 7。 j 28 2 o 2 . 1 0 一 3 0 3 5 1 了 刀月7 举升平台晃动角: 7. 71 6 5 5 一3 0 . 7 / 3 刀6 一 5 3 4 9 / 2 月2 2 4 8 3 2 / 一名2 举升平台 扭转角: 2 76 1 2 7 3 1 1 9 4 ) / 碑 一 吕 7 一 6 1 6 一 6 /0， 吕 七 4 2 4 6 5 了 巧一 0 ， 举升平台 倾 斜。 、 角:12 .0汽车 平台 倾斜ox角( 分) : 7 名 2 举升平台 倾 斜仇 角: 9 57汽车 平台 倾 斜q 、 角( 分) : 3 j 。 3 .考虑雷达天线车系统的自 重， 同时考虑2 5 。 / 5 风速的空气动力载荷作用 分别沿x 、 y 方向 加水平力f x 二f y = 6 4 5 。 、 ， 扭矩m z 二 2 4 1 5n 。 的多 种加力组合， 计算结果见表3 . 63 : 程硕十学位论文 某雷达机械系统结构设计分析 表3 . 63自重和风载叠加计算 举升平台晃动位移 ( nun )支反力( n ) 及相应的位移 m m )最人应力 值及其部 位 ( mp a ) 点 号 占 x 6 y 占 z 套 f x 1 么x fy 1 y 凡 1 2 风速 2 5 m/5 载荷 f x + m z + 自重 8 8 0 51 8 391 1 . 1 3一 7 刃7 8 1 02 7 2 6 4 . 9 / 8 石5 2 8 2 8 7 j z 石 8 67 6 7 / 一 氛门 马 max = 3 4 7 在单元8 85 处 8 8 8 41 8 399 .9 2 一 5 之781 0 8 61 6 7 /9 6 5 3 6 名8 /437 4 2 4 8 8 / 一 7 刀8 8 6 3 41 67 81 0 乃3 一 7 乃39 5 8 7。 / 7 ，9 3 o / 3. 月 ， 一 1 1 3 4 0 人 6 .7 5 举升平台晃动角:1 1 84 6 5 5 一 1 8 5 7 月 / 1 1 . 2 1 5 4 5 38 /5， 3 3掣 举升平台扭转角:a 581 2 7 3 8 8 2 11 / 1 1 . 21 一 23 飞 5 /6 7 5 9 8 3 9 4 j 一 6 月夕 举升平台倾斜氏角:n .8汽车平台 倾斜ax 角 ( 分) : 9 刀 6 举升平台倾斜a v角:12 名汽车平台倾斜av角 ( 分) : 4 石 2 风速 2 5 m/5 载荷 f y + m z 8 8 0 52 j08 42 一， 6 08 1 0 2 3 3 5 0 3 / 3 . 1 6 46 6 6 / 17 2 2 6 7 6() / 一名6 max = 4 0 8 在单元8 8 5 处 8 8 8 42 307 2 5 8一 0 . 7 9 8 1 0 8 2 7 2 06 /3. 1 6 一 3 9 6 0 / 乙5 6 2 50 2 9 / 一 v， 了 8 6 3 41 . 1 078 5一 2 . 1 89 5 8 7。 _ /2 8 2/2气 。 一0 3 51 人0 . 9 7 举升平台 晃动角:7 7 1 6 5 5 习3 欣7 /3一 0 6 一 5 3 4 9 / 2. ，2 2 4 8 3 2 /-0 8 2 举升平台 扭转角:2 7 6 1 2 7 31 1 94 5 / 4. 吕 7 石1 6 .6 /0. 8 6 4 2 4 6 5 / 一 50 9 举升平台倾斜qx 角:12刀汽车平台倾斜氏 角 ( 分) : 7 名 2 举升平台倾 斜q 、 角: 9 .5 7汽车平台 倾 斜o v 角 ( 分) : 3. 30 4 .为了 解汽车平台的刚度对举升装置平台的晃动位移、晃动角、扭转角、 倾斜角的影响， 在上述工况2 下况， 对单独的举升装置十 工作车厢( 无汽车平台) 在2 5 m / 5 风载作用下进行了计算。计算时假定举升装置与工作车厢相连处的三 个线位移被约束， 而三个转动自由: 举升装置与汽车平台相连处也是三个线位移 被约束， 三个转动自由。 计算结果见表 3 . 6 . 4 : 其中，单元 5 9 44、 5 9 74、 5 9 7 5 为举升装置主杆与举升装置平台联接处的局部点: 1 一 : 程硕士学位论文某雷达机械系统结构设计分析 表3 . 6 . 4举升装置十 工作车厢计算 举升平台晃动位移 ( m l l l )支反力 n) 及相应的位移( ” 切 1 )最人应力 值及其部 位 ( mp a ) 尝 号 占 、占 y占 z 点 号 f 义 / 乙凡 斤 / 凸 y fz j 2 举升装置与 _ 作咋 了 厢组 合， 风速: 2 5 m/5， 载荷: f x 斗 m z 8 8 0 51 0 20 . 2 0一 1 38 1 0 2 一 7 6 0 . 9 用 7 9 8 乃 j 0 2 0 8 8 4 /0 max 二 1 6 石 在单元 5 9 4 4 和1 5 9 7 5 处 8 8 8 41 0 2刁. ! 80 . 1 38 1 0 8 一 7 6 76 /0资 2 孟 6 5 0 / 0 8 6 3 40 石20 刀1一刀0 9 5 8 7 0 / q 0 /u 一 1 0 5 0 9 乃 举升平台晃动角: 0 刀 7 6 5 5 一 妈0 7 3 / 0 . 0 4 3 9 1 3 4 人 0 刀1 一 1 9 5 5 2 人 0 . 0 3 7 举升平台扭转角:2 石 9 1 2 7 3 一 3 9 0 5 /d. 0 4 一 3 8 8 0 j o 刀2 3 1 8 6 7 9 / 一 0 刀3 9 举升平台 倾斜。 、 角 : 众 8 8 汽车平台 倾斜久 角 ( 分) :7 名 2 举升平台倾斜a v角:1 . 84汽车平台 倾 斜仇 角 ( 分) : 3 30 举升装置与 _ 1 作车厢组 合， 风速: sm / 5 ， 载荷: f v + m z 8 8 0 5刁刀230 一 0 1 - 8 1 0 2 一 1 1 4 1 5 /0一，才 1 6 8 / 书 m人x 二1 62 在单元 5 9 7 4处 8 8 8 4一 0 20 名9 0 . 0 18 1 0 8 2 3 8 . 】 川 24 5 5 /0 2 2 3 3 之 /0 8 6 3 4习. 4 6l1一 0 .409 5 8 7 0 l 0 0 j q 一 1 0 0 3 1 /0 举升平台晃动角: 。 .98 6 5 5 一 1 2 0 19 / 一 0 乃1 6 9 5 4 / 0 刀5 6 一 3 4 0 1 . 1 /0 00 2 举升平台扭转角:2 9 1 1 2 7 3 8 4 94 / 刁.01 一 6 7 7 1 1 刁 1 4 一 3 2 2 8 月 /0 00 4 举 升 平台 倾 斜仇角 : 2 75 举升平台 倾斜仇 角: 。 5 .为了 解举升装置与工作车厢联接点的刚度对举升装置平台的动位移、晃 动角、 扭转角、倾斜角的影响， 对单独的 举升装置 ( 无工作车厢) 在25m / 5 风 载作用下进行了计算。 计算时假定举升装置与汽车平台相连处的三个线位移被约 束，而三个转动自 由。 计算结果见表3 . 6 . 5 : 其中， 单元5 6 32、 5 9 74、5 9 75为 举升装置主杆与举升装置平台联接处的局部点。 工程硕士学位论文 某雷达机械系统结构设计分析 表3 . 6 . 5 单独举升装置计算 举升平台晃动位移 ( 爪 m )支反力( n ) 及相应的位移( m m )最人应力 值及其部 位 ( mp a ) 点 号 占 x舀 y6 z 尝 号 fx / 凸x 斤 / 凸v r 1 么2 单独举升装 置， 风速: 2 5 m/5 ，载 荷:f x + m z 8 8 0 50 70】 7一 0 . 0 98 1 0 2一 2 0 8 8 9 5 万5 8 1 max =1 9 在单元 5 9 7 5 、 5 9 9 4处 8 8 8 407一，