專利名稱：一種對高精度復合材料天線反射體單元模具熱變形進行補償?shù)姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信、無線電測控等領(lǐng)域中的復合材料反射面單元制造技術(shù)，尤其是一種對高精度復合材料天線反射體單元模具熱變形進行補償?shù)脑O(shè)計方法。
背景技術(shù)：
碳纖維-環(huán)氧樹脂基復合材料因其熱變形小、比剛度好、重量輕和耐腐蝕等諸多優(yōu)良性能在衛(wèi)星通信、無線電測控等的天線制造領(lǐng)域得到了長足的發(fā)展。尤其是在機載和應急通訊站等天線反射面單元制造方面得到了廣泛的應用。這類天線的反射體單元往往需要以濕法熱固成型的方式在模具上進行。其最重要 的指標，反射面均方根精度，則主要由模具來保證。在加熱過程中，模具受熱膨脹發(fā)生形變，反射面單元形狀隨之變化，并在最后階段固化成型。由于普通模具材料的熱膨脹系數(shù)要遠大于復合材料，在冷卻過程中模具出現(xiàn)收縮而反射面單元并沒有相應收縮。在常規(guī)成型中，常溫下的模具曲面是產(chǎn)品的理論曲面，而反射面單元的表面精度基本完全由模具來保證，這樣一來，這就造成了反射面單元不可避免的精度損失。根據(jù)相關(guān)資料，我們發(fā)現(xiàn)國外先進的復合材料天線反射面單元的表面均方根精度可以達到0.03，甚至更低。而我國制造的復合材料反射體單元表面均方根精度一般僅為0. 2-0. 5左右，尚存在較大差距。嚴重制約了我國衛(wèi)星通信、無線電測控等領(lǐng)域的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種對高精度復合材料天線反射體單元模具熱變形進行補償?shù)姆椒?。為了解決上述問題，本發(fā)明專利所采用的技術(shù)方案是—種對高精度復合材料天線反射體單元模具熱變形進行補償?shù)姆椒?，借助于計算機有限元仿真計算軟件來實現(xiàn)的，其特征在于包括以下步驟(I)首先在計算機中建立包含特征曲面的天線反射體單元模具的理論數(shù)學模型，并將模具材料的密度、熱膨脹系數(shù)、彈性模量和泊松比的屬性參數(shù)賦予該模型；(2)將天線反射體單元模具的理論數(shù)學模型劃分成有限元網(wǎng)格單元；(3)進行仿真計算，將模具使用時的固化溫度設(shè)定為初始溫度，在初始溫度下將天線反射體單元模具的理論數(shù)學模型緩慢冷卻到室溫，天線反射體單元模具的理論數(shù)學模型因為溫度差產(chǎn)生了收縮變形；(4)將步驟(3)中收縮變形后的天線反射體單元模具的數(shù)學模型提取，經(jīng)優(yōu)化修整，則為天線反射體單元模具的加工模型；完成對高精度復合材料天線反射體單元模具的熱變形補償。其中，所述的復合材料為碳纖維、芳綸纖維或通過濕法熱固成型的復合材料。其中，所述的計算機有限元仿真計算軟件為ABAQUS、ANSYS> patran、nastran或DEFORM有限元計算軟件。由于采用了上述技術(shù) 方案，本發(fā)明專利取得的技術(shù)進步是本發(fā)明運用成熟的計算機有限元仿真技術(shù)，通過對模具三維造型進行熱變形補償計算的方法，用成熟的計算方法利用模具材料自身的受熱變形規(guī)律得出模具的加工模型，來實現(xiàn)提高最終產(chǎn)品型面精度的設(shè)計，使加工出來的模具加熱到既定溫度時其使用表面剛好受熱膨脹為理論曲面，從而使產(chǎn)品獲得最佳的表面精度。


圖I為天線反射體單元模具理論數(shù)學模型的三維示意圖；圖2為對天線反射體單元模具理論數(shù)學模型劃分有限元網(wǎng)格的示意圖；圖3為溫度載荷變化引起變形后的天線反射體單元模具數(shù)學模型示意圖；圖4為天線反射體單元模具的三維模型示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合圖I至圖4對本發(fā)明專利做進一步詳細說明一種對高精度復合材料天線反射體單元模具熱變形進行補償?shù)姆椒ǎ柚谟嬎銠C有限元仿真計算軟件來實現(xiàn)的，其中，復合材料為碳纖維、芳綸纖維或通過濕法熱固成型的復合材料，計算機有限元仿真計算軟件為ABAQUS、ANSYS> patran、nastran或DEFORM有限元計算軟件，具體包括以下步驟(I)首先在計算機中建立包含特征曲面的天線反射體單元模具的理論數(shù)學模型，并將模具材料的密度、熱膨脹系數(shù)、彈性模量和泊松比的屬性參數(shù)賦予該模型，如圖I所
/Jn o(2)將天線反射體單元模具的理論數(shù)學模型劃分成有限元網(wǎng)格單元，如圖2所示。劃分的網(wǎng)格不宜過大，優(yōu)先選用六面體網(wǎng)格。(3)進行仿真計算。將模具使用中的固化溫度設(shè)定為初始溫度Ttl，在沒有外部約束載荷的情況下使模型緩慢冷卻到室溫這樣得到因溫度載荷變化(AT = Ttl-T1)引起收縮變形后的模型，如圖3所示。(4)將步驟(3)中收縮變形后的天線反射體單元模具的數(shù)學模型提取，經(jīng)優(yōu)化修整，則為天線反射體單元模具的加工模型，如圖4所示。按加工模型為原型加工出天線反射體單元模具，并用該模具成型天線反射體單元。在成型過程中加熱到固化溫度時，由于熱膨脹的原因，模具的工作表面剛好是我們預定的理論曲面；等成型完成后環(huán)境降到室溫時，由于復合材料的熱膨脹系數(shù)很小，其制作的天線反射體單元將很好的保持理論曲面特性，從而保證了較高的曲面精度。從而完成對高精度復合材料天線反射體單元模具的熱變形補償。
權(quán)利要求
1.一種對高精度復合材料天線反射體單元模具熱變形進行補償?shù)姆椒ǎ柚谟嬎銠C有限元仿真計算軟件來實現(xiàn)的，其特征在于包括以下步驟 (1)首先在計算機中建立包含特征曲面的天線反射體單元模具的理論數(shù)學模型，并將模具材料的密度、熱膨脹系數(shù)、彈性模量和泊松比的屬性參數(shù)賦予該模型； (2)將天線反射體單元模具的理論數(shù)學模型劃分成有限元網(wǎng)格單元； (3)進行仿真計算，將模具使用時的固化溫度設(shè)定為初始溫度，在初始溫度下將天線反射體單元模具的理論數(shù)學模型緩慢冷卻到室溫，天線反射體單元模具的理論數(shù)學模型因為溫度差產(chǎn)生了收縮變形； (4)將步驟(3)中收縮變形后的天線反射體單元模具的數(shù)學模型提取，經(jīng)優(yōu)化修整，則為天線反射體單元模具的加工模型； 完成對高精度復合材料天線反射體單元模具的熱變形補償。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種對高精度復合材料天線反射體單元模具熱變形進行補償?shù)姆椒?，其特征在于所述的復合材料為碳纖維、芳綸纖維或通過濕法熱固成型的復合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種對高精度復合材料天線反射體單元模具熱變形進行補償?shù)姆椒?，其特征在于所述的計算機有限元仿真計算軟件為ABAQUS、ANSYS> patran、nastran或DEFORM有限元計算軟件。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種對高精度復合材料天線反射體單元模具熱變形進行補償?shù)姆椒ǎ柚谟嬎銠C有限元仿真計算軟件來實現(xiàn)的，通過對模具三維造型進行熱變形補償計算的方法，用成熟的計算方法利用模具材料自身的受熱變形規(guī)律得出模具的加工模型，來實現(xiàn)提高最終產(chǎn)品型面精度的設(shè)計，使加工出來的模具加熱到既定溫度時其使用表面剛好受熱膨脹為理論曲面，從而使產(chǎn)品獲得最佳的表面精度。
文檔編號G06F17/50GK102682171SQ20121014838
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者劉樹斌, 曹江濤 申請人:中國電子科技集團公司第五十四研究所