本發(fā)明屬于雷達(dá)天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于實(shí)物測(cè)量信息的靜電成形薄膜天線找力分析方法。

背景技術(shù)：

靜電成形薄膜反射面天線(ECDMA)的工作原理是在鍍有金屬層的薄膜反射面和控制電極上施加不同的電壓(一般薄膜為等效零勢(shì)面，電極為高電勢(shì))，產(chǎn)生靜電力對(duì)薄膜進(jìn)行拉伸，從而使薄膜形成具有一定焦徑比的反射面。由于電極電壓可以通過電源進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)反射面形面誤差的及時(shí)補(bǔ)償。為保證靜電成形薄膜反射面天線工作狀態(tài)下的精度，必須精確建立靜電成形薄膜反射面天線有限元模型。

然而業(yè)內(nèi)普遍存在的問題是，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)建立靜電成形薄膜天線有限元模型往往無法準(zhǔn)確描述實(shí)物真實(shí)情況。并且制作完成的靜電成形薄膜反射面天線，結(jié)構(gòu)的幾何形狀能夠通過測(cè)量確定，但實(shí)際的預(yù)應(yīng)力很難通過儀器測(cè)量準(zhǔn)確獲得。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于實(shí)物測(cè)量信息的靜電成形薄膜天線找力分析方法，旨在解決然而業(yè)內(nèi)普遍存在根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)建立靜電成形薄膜天線有限元模型往往無法準(zhǔn)確描述實(shí)物真實(shí)情況，并且制作完成的靜電成形薄膜反射面天線，結(jié)構(gòu)的幾何形狀能夠通過測(cè)量確定，但實(shí)際的膜面預(yù)應(yīng)力無法通過儀器測(cè)量獲得。本發(fā)明不僅限于靜電成形薄膜天線找力分析，此處只是一個(gè)特例，對(duì)于充氣天線、索網(wǎng)天線等涉及柔性結(jié)構(gòu)的找力分析本發(fā)明仍然適用。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于實(shí)物測(cè)量信息的靜電成形薄膜天線找力分析方法，所述基于實(shí)物測(cè)量信息的靜電成形薄膜天線找力分析方法包括以下步驟：

首先在薄膜反射面和邊界拉索端貼置測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)，利用攝影測(cè)量技術(shù)得到靶標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)信息；

然后將薄膜反射面上靶標(biāo)點(diǎn)按照三角形單元進(jìn)行拓?fù)溥B接，拉索靶標(biāo)點(diǎn)按索單元進(jìn)行拓?fù)溥B接，將靶標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)信息和拓?fù)湫畔⒋階NSYS中進(jìn)行有限元建模；

最后利用復(fù)位平衡法計(jì)算已知形面的預(yù)應(yīng)力，完成已知形面的靜電成形薄膜反射面天線找力。

進(jìn)一步，所述基于實(shí)物測(cè)量信息的靜電成形薄膜天線找力分析方法具體包括以下步驟：

(1)在靜電成形薄膜反射面天線實(shí)物模型的薄膜反射面和拉索端貼置M個(gè)測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)，其中薄膜反射面中心貼置一個(gè)靶標(biāo)點(diǎn)O，其余按照?qǐng)A環(huán)方式布置m環(huán)靶標(biāo)點(diǎn)，拉索兩端各貼置一個(gè)靶標(biāo)點(diǎn)；

(2)在地面貼置3個(gè)標(biāo)志點(diǎn)A、B、C，3個(gè)標(biāo)志點(diǎn)構(gòu)成的向量滿足

(3)利用攝影測(cè)量設(shè)備得到M個(gè)測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)和3個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)，將靶標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到由3個(gè)標(biāo)志點(diǎn)構(gòu)成的局部坐標(biāo)系下，并按照距離和角度關(guān)系進(jìn)行靶標(biāo)點(diǎn)編號(hào)排序，并將排序后的靶標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)存入NodesPosition.txt文件中；

(4)利用MATLAB中的delaunay命令將M個(gè)排序完成的測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)用N＝N₁+N₂個(gè)單元進(jìn)行拓?fù)溥B接，其中有N₁個(gè)薄膜三角形單元和N₂個(gè)索單元，并將拓?fù)溥B接關(guān)系存入ElemsNode.txt文件中；

(5)設(shè)置靜電成形薄膜反射面天線材料屬性，包括：薄膜彈性模量E，薄膜厚度t和泊松比μ；

(6)利用ANSYS的APDL語言，讀入NodesPosition.txt和ElemsNode.txt文件，在有限元模型中相應(yīng)建立M個(gè)節(jié)點(diǎn)和N個(gè)單元；

(7)給定靜電成形薄膜反射面天線有限元模型的約束條件和邊界條件，包括節(jié)點(diǎn)位移約束和電極電壓值；

(8)利用復(fù)位平衡法，求解靜電成形薄膜反射面天線實(shí)際預(yù)應(yīng)力；

(9)將施加實(shí)際預(yù)應(yīng)力后的靜電成形薄膜反射面天線有限元模型與實(shí)物模型進(jìn)行比對(duì)。

進(jìn)一步，所述利用攝影測(cè)量設(shè)備得到M個(gè)測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)和3個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)，將靶標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到由3個(gè)標(biāo)志點(diǎn)構(gòu)成的局部坐標(biāo)系下，并按照距離和角度關(guān)系進(jìn)行靶標(biāo)點(diǎn)編號(hào)排序，并將排序后的靶標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)存入NodesPosition.txt文件中具體包括如下步驟：

標(biāo)志點(diǎn)A作為坐標(biāo)系原點(diǎn)，向量的方向?yàn)閄軸，向量的方向?yàn)閅軸，向量的方向?yàn)閆軸，建立局部坐標(biāo)系oxyz；

M個(gè)測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換到局部坐標(biāo)系oxyz下；

測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)在一個(gè)圓環(huán)上的點(diǎn)分組；

每組按靶標(biāo)點(diǎn)與反射面中心點(diǎn)O所成向量在平面oxy的投影與X軸所成角度的大小各自進(jìn)行排序；

輸出排序后的靶標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)存入NodesPosition.txt文件中。

進(jìn)一步，所述利用復(fù)位平衡法，求解靜電成形薄膜反射面天線實(shí)際預(yù)應(yīng)力具體包括如下步驟：

在所建立的初始形面中施加初始預(yù)應(yīng)力值PF0；

自重載荷下通過ANSYS分析建立的有限元模型得到薄膜面各節(jié)點(diǎn)位移和平衡預(yù)應(yīng)力PF1；

根據(jù)有限元分析位移收斂準(zhǔn)則，判斷薄膜面各節(jié)點(diǎn)位移均方根是否小于0.01，其中δ_i為各節(jié)點(diǎn)的位移值，M為總節(jié)點(diǎn)數(shù)，若是，轉(zhuǎn)到求解得到靜電成形薄膜反射面天線實(shí)際預(yù)應(yīng)力PF0；若否，令初始預(yù)應(yīng)力值PF0＝PF1，轉(zhuǎn)到施加初始預(yù)應(yīng)力值PF0；

求解得到靜電成形薄膜反射面天線實(shí)際預(yù)應(yīng)力PF0。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種包含所述基于實(shí)物測(cè)量信息的靜電成形薄膜天線找力分析方法的充氣天線找力分析方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種包含所述基于實(shí)物測(cè)量信息的靜電成形薄膜天線找力分析方法的索網(wǎng)天線找力分析方法。

本發(fā)明提供的基于實(shí)物測(cè)量信息的靜電成形薄膜天線找力分析方法，能夠準(zhǔn)確計(jì)算靜電成形薄膜反射面天線形面幾何確定后的實(shí)際預(yù)應(yīng)力分布，并且很好的解決了有限元模型與實(shí)物模型不匹配的問題。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明得到的靜電成形薄膜反射面天線有限元模型比按照設(shè)計(jì)參數(shù)建模計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確，可以準(zhǔn)確的求解出實(shí)物模型的實(shí)際預(yù)應(yīng)力分布，很好的解決了有限元模型與實(shí)物模型不匹配的問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于實(shí)物測(cè)量信息的靜電成形薄膜天線找力分析方法流程圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例1的靜電成形薄膜反射面天線找力分析總體流程圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的利用攝影測(cè)量設(shè)備得到測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)和坐標(biāo)，并將排序后的靶標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)存入NodesPosition.txt文件中流程圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的利用復(fù)位平衡法，求解靜電成形薄膜反射面天線實(shí)際預(yù)應(yīng)力的流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明是基于實(shí)物測(cè)量信息的靜電成形薄膜天線找力分析方法，用于準(zhǔn)確建立靜電成形薄膜反射面天線有限元模型，求解實(shí)物模型真實(shí)預(yù)應(yīng)力，其中基于實(shí)物測(cè)量信息建立有限元模型的方法具有普適性。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于實(shí)物測(cè)量信息的靜電成形薄膜天線找力分析方法包括以下步驟：

S101：首先在薄膜反射面和邊界拉索端貼置測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)，利用攝影測(cè)量技術(shù)得到靶標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)信息；

S102：然后將薄膜反射面上靶標(biāo)點(diǎn)按照三角形單元進(jìn)行拓?fù)溥B接，拉索靶標(biāo)點(diǎn)按索單元進(jìn)行拓?fù)溥B接，將靶標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)信息和拓?fù)湫畔⒋階NSYS中進(jìn)行有限元建模；

S103：最后利用復(fù)位平衡法計(jì)算已知形面的預(yù)應(yīng)力，完成已知形面的靜電成形薄膜反射面天線找力。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例1：

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于實(shí)物測(cè)量信息的靜電成形薄膜天線找力分析方法包括如下步驟：

(1)在靜電成形薄膜反射面天線實(shí)物模型的薄膜反射面和拉索端貼置M個(gè)測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)，其中薄膜反射面中心貼置一個(gè)靶標(biāo)點(diǎn)O，其余按照?qǐng)A環(huán)方式布置m環(huán)靶標(biāo)點(diǎn)，拉索兩端各貼置一個(gè)靶標(biāo)點(diǎn)；

(2)在地面貼置3個(gè)標(biāo)志點(diǎn)A、B、C，要求3個(gè)標(biāo)志點(diǎn)構(gòu)成的向量滿足

(3)利用攝影測(cè)量設(shè)備得到M個(gè)測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)和3個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)，將靶標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到由3個(gè)標(biāo)志點(diǎn)構(gòu)成的局部坐標(biāo)系下，并按照距離和角度關(guān)系進(jìn)行靶標(biāo)點(diǎn)編號(hào)排序，并將排序后的靶標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)存入NodesPosition.txt文件中；

(4)利用MATLAB中的delaunay命令將M個(gè)排序完成的測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)用N＝N₁+N₂個(gè)單元進(jìn)行拓?fù)溥B接，其中有N₁個(gè)薄膜三角形單元和N₂個(gè)索單元，并將拓?fù)溥B接關(guān)系存入ElemsNode.txt文件中；

(5)設(shè)置靜電成形薄膜反射面天線材料屬性，包括：薄膜彈性模量E，薄膜厚度t和泊松比μ；

(6)利用ANSYS的APDL語言，讀入NodesPosition.txt和ElemsNode.txt文件，在有限元模型中相應(yīng)建立M個(gè)節(jié)點(diǎn)和N個(gè)單元；

(7)給定靜電成形薄膜反射面天線有限元模型的約束條件和邊界條件包括節(jié)點(diǎn)位移約束和電極電壓值；

(8)利用復(fù)位平衡法，求解靜電成形薄膜反射面天線實(shí)際預(yù)應(yīng)力；

(9)將施加實(shí)際預(yù)應(yīng)力后的靜電成形薄膜反射面天線有限元模型與實(shí)物模型進(jìn)行比對(duì)。

如圖3所示，所述的步驟(3)，具體包括如下步驟：

1、將標(biāo)志點(diǎn)A作為坐標(biāo)系原點(diǎn)，向量的方向?yàn)閄軸，向量的方向?yàn)閅軸，向量的方向?yàn)閆軸，建立局部坐標(biāo)系oxyz；

2、將M個(gè)測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換到局部坐標(biāo)系oxyz下；

3、將測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)在一個(gè)圓環(huán)上的點(diǎn)分組；

4、將每組按靶標(biāo)點(diǎn)與反射面中心點(diǎn)O所成向量在平面oxy的投影與X軸所成角度的大小各自進(jìn)行排序；

5、輸出排序后的靶標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)存入NodesPosition.txt文件中。

如圖4所示，所述的步驟(8)，具體涉及如下步驟：

1、在由步驟(6)所建立的初始形面中施加初始預(yù)應(yīng)力值PF0；

2、自重載荷下通過ANSYS分析建立的有限元模型得到薄膜面各節(jié)點(diǎn)位移和平衡預(yù)應(yīng)力PF1；

3、根據(jù)有限元分析位移收斂準(zhǔn)則，判斷薄膜面各節(jié)點(diǎn)位移均方根是否小于0.01，其中δ_i為各節(jié)點(diǎn)的位移值，M為總節(jié)點(diǎn)數(shù)，若是，轉(zhuǎn)到步驟4；若否，令初始預(yù)應(yīng)力值PF0＝PF1，轉(zhuǎn)到步驟1；

(4)求解得到靜電成形薄膜反射面天線實(shí)際預(yù)應(yīng)力PF0。

下面結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用效果作詳細(xì)的描述。

仿真條件：

靜電成形薄膜反射面材料采用各向同性聚酰亞胺薄膜，薄膜材料參數(shù)：厚度t＝25μm，彈性模量E＝2.17GPa，泊松比μ＝3.14，熱膨脹系數(shù)α＝29×10^-6/℃，共有N₁＝1100個(gè)薄膜三角形單元，N₂＝36個(gè)索單元，索外端節(jié)點(diǎn)全固定。為了體現(xiàn)本發(fā)明的準(zhǔn)確性，將有限元模型與實(shí)物測(cè)量模型進(jìn)行比對(duì)，對(duì)比數(shù)據(jù)為有限元分析模型中的各節(jié)點(diǎn)在自重平衡狀態(tài)和實(shí)物模型各靶標(biāo)點(diǎn)位置誤差，可知，根據(jù)本發(fā)明建立的靜電成形薄膜反射面天線有限元模型與實(shí)物在自重平衡狀態(tài)下有很好的吻合程度。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。