天線桁架結(jié)構(gòu)有限元分析

摘 要：介紹天線桁架結(jié)構(gòu)的有限元分析，借助有限元分析軟件ANSYS對天線桁架結(jié)構(gòu)進行靜力分析。研究了天線桁架在基本風(fēng)壓64kg/m2時的力學(xué)特性，得到天線桁架整體應(yīng)力，為結(jié)構(gòu)材料選擇和結(jié)構(gòu)尺寸的確定提供重要的理論支撐。

關(guān)鍵詞：桁架 有限元 天線 ANSYS

中圖分類號：TN820.8 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-0-01

為適應(yīng)現(xiàn)在短波通信的需求，提高天線體在惡劣天氣下的抗風(fēng)能力，需要對天線體主要部件進行抗風(fēng)強度分析。該文利用ANSYS有限元軟件，對某天線桁架進行了風(fēng)載荷作用下的有限元分析，完成了天線桁架整體的可靠性評價。

1 有限元理論分析

圖1為天線桁架二維單元圖，L1、L4為腹桿，L5為斜腹桿，L2、L3為桁架主梁一般說來，需要整體坐標系和局部坐標系，兩者之間的關(guān)系如圖2所示。

采用數(shù)學(xué)模型描述整體坐標系和局部坐標系之間的關(guān)系

2 天線桁架建模

2.1 建立模型坐標系

坐標系的選取，是以天線中心桁架長振子點為坐標原點，沿中心桁架軸向為X軸，中心桁架軸線和振子軸線所在平面的法向為Y軸，沿振子軸向為Z軸。

2.2 天線體各單元的選取

（1）中心桁架結(jié)構(gòu)的主桿、腹桿以及振子材料分別為鋼管和鋁管，取單元類型為pipe16。

（2）桁架拉線及振子桿拉線屬于繩索結(jié)構(gòu)，選取單元類型為link10。

（3）中塔和支架其他支撐件采用的是圓鋼、角鋼、槽鋼等，取單元類型beam188。

3 有限元力學(xué)分析

3.1 載荷條件

天線體主要受到自重、裹冰、風(fēng)等多種載荷作用，該文主要考慮風(fēng)載荷、自重對天線桁架的影響。現(xiàn)按基本風(fēng)壓64 kg/m2，根據(jù)《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》得出天線中心桁架單位長度上的風(fēng)載密度51.28 kg/m。

3.2 天線桁架多工況分析

3.2.1 工況1：水平風(fēng)荷與天線桁架成45 °時天線體有限元分析如圖3。

3.2.2 工況2：水平風(fēng)荷垂直作用于天線桁架時天線體有限元分析如圖4。

通過對天線體系統(tǒng)進行有限元軟件ANSYS的仿真分析，天線體系統(tǒng)在工況1和工況2情況下，其最大應(yīng)力位置都在在中塔和中心桁架的連接處，天線體系統(tǒng)對應(yīng)的最大應(yīng)力值分別為123 MPa和116 MPa，其值均<[σ]（此處材料為Q235鋼，其強度設(shè)計值為[σ]=215 MPa）。

4 結(jié)語

從計算結(jié)果來看，在基本風(fēng)壓為64 kg/m2時，經(jīng)過有限元分析天線桁架應(yīng)力完全滿足結(jié)構(gòu)強度要求。該天線體已經(jīng)在多個項目工程中得到應(yīng)用，已有架設(shè)多年的天線體，均完好，無發(fā)生強度破壞問題。對桁架進行力學(xué)分析，其分析結(jié)果為對結(jié)構(gòu)材料的選擇、結(jié)構(gòu)尺寸的確定具有重要的理論指導(dǎo)意義，進行精確地力學(xué)分析還可以達到結(jié)構(gòu)小型化的要求，提高產(chǎn)品在市場上的競爭力。

參考文獻

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