CN106168999A - 一种基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法 - Google Patents

一种基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法，首先在薄膜反射面和边界拉索端贴置测量靶标点，利用摄影测量技术得到靶标点的坐标信息；然后将薄膜反射面上靶标点按照三角形单元进行拓扑连接，拉索靶标点按索单元进行拓扑连接，将靶标点的坐标信息和拓扑信息代入ANSYS中进行有限元建模；最后利用复位平衡法计算已知形面的预应力，完成已知形面的静电成形薄膜反射面天线找力。本发明能够准确计算静电成形薄膜反射面天线形面几何确定后的实际预应力分布，并且很好的解决了有限元模型与实物模型不匹配的问题；得到的静电成形薄膜反射面天线有限元模型比按照设计参数建模计算结果更为准确。

Description

一种基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法
技术领域
本发明属于雷达天线技术领域，尤其涉及一种基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法。
背景技术
静电成形薄膜反射面天线(ECDMA)的工作原理是在镀有金属层的薄膜反射面和控制电极上施加不同的电压(一般薄膜为等效零势面，电极为高电势)，产生静电力对薄膜进行拉伸，从而使薄膜形成具有一定焦径比的反射面。由于电极电压可以通过电源进行实时调整，能够实现对反射面形面误差的及时补偿。为保证静电成形薄膜反射面天线工作状态下的精度，必须精确建立静电成形薄膜反射面天线有限元模型。
然而业内普遍存在的问题是，根据设计参数建立静电成形薄膜天线有限元模型往往无法准确描述实物真实情况。并且制作完成的静电成形薄膜反射面天线，结构的几何形状能够通过测量确定，但实际的预应力很难通过仪器测量准确获得。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法，旨在解决然而业内普遍存在根据设计参数建立静电成形薄膜天线有限元模型往往无法准确描述实物真实情况，并且制作完成的静电成形薄膜反射面天线，结构的几何形状能够通过测量确定，但实际的膜面预应力无法通过仪器测量获得。本发明不仅限于静电成形薄膜天线找力分析，此处只是一个特例，对于充气天线、索网天线等涉及柔性结构的找力分析本发明仍然适用。
本发明是这样实现的，一种基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法，所述基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法包括以下步骤：
首先在薄膜反射面和边界拉索端贴置测量靶标点，利用摄影测量技术得到靶标点的坐标信息；
然后将薄膜反射面上靶标点按照三角形单元进行拓扑连接，拉索靶标点按索单元进行拓扑连接，将靶标点的坐标信息和拓扑信息代入ANSYS中进行有限元建模；
最后利用复位平衡法计算已知形面的预应力，完成已知形面的静电成形薄膜反射面天线找力。
进一步，所述基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法具体包括以下步骤：
(1)在静电成形薄膜反射面天线实物模型的薄膜反射面和拉索端贴置M个测量靶标点，其中薄膜反射面中心贴置一个靶标点O，其余按照圆环方式布置m环靶标点，拉索两端各贴置一个靶标点；
(2)在地面贴置3个标志点A、B、C，3个标志点构成的向量满足
(3)利用摄影测量设备得到M个测量靶标点和3个标志点的坐标，将靶标点坐标转换到由3个标志点构成的局部坐标系下，并按照距离和角度关系进行靶标点编号排序，并将排序后的靶标点坐标存入NodesPosition.txt文件中；
(4)利用MATLAB中的delaunay命令将M个排序完成的测量靶标点用N＝N1+N2个单元进行拓扑连接，其中有N1个薄膜三角形单元和N2个索单元，并将拓扑连接关系存入ElemsNode.txt文件中；
(5)设置静电成形薄膜反射面天线材料属性，包括：薄膜弹性模量E，薄膜厚度t和泊松比μ；
(6)利用ANSYS的APDL语言，读入NodesPosition.txt和ElemsNode.txt文件，在有限元模型中相应建立M个节点和N个单元；
(7)给定静电成形薄膜反射面天线有限元模型的约束条件和边界条件，包括节点位移约束和电极电压值；
(8)利用复位平衡法，求解静电成形薄膜反射面天线实际预应力；
(9)将施加实际预应力后的静电成形薄膜反射面天线有限元模型与实物模型进行比对。
进一步，所述利用摄影测量设备得到M个测量靶标点和3个标志点的坐标，将靶标点坐标转换到由3个标志点构成的局部坐标系下，并按照距离和角度关系进行靶标点编号排序，并将排序后的靶标点坐标存入NodesPosition.txt文件中具体包括如下步骤：
标志点A作为坐标系原点，向量的方向为X轴，向量的方向为Y轴，向量的方向为Z轴，建立局部坐标系oxyz；
M个测量靶标点转换到局部坐标系oxyz下；
测量靶标点在一个圆环上的点分组；
每组按靶标点与反射面中心点O所成向量在平面oxy的投影与X轴所成角度的大小各自进行排序；
输出排序后的靶标点坐标存入NodesPosition.txt文件中。
进一步，所述利用复位平衡法，求解静电成形薄膜反射面天线实际预应力具体包括如下步骤：
在所建立的初始形面中施加初始预应力值PF0；
自重载荷下通过ANSYS分析建立的有限元模型得到薄膜面各节点位移和平衡预应力PF1；
根据有限元分析位移收敛准则，判断薄膜面各节点位移均方根是否小于0.01，其中δi为各节点的位移值，M为总节点数，若是，转到求解得到静电成形薄膜反射面天线实际预应力PF0；若否，令初始预应力值PF0＝PF1，转到施加初始预应力值PF0；
求解得到静电成形薄膜反射面天线实际预应力PF0。
本发明的另一目的在于提供一种包含所述基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法的充气天线找力分析方法。
本发明的另一目的在于提供一种包含所述基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法的索网天线找力分析方法。
本发明提供的基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法，能够准确计算静电成形薄膜反射面天线形面几何确定后的实际预应力分布，并且很好的解决了有限元模型与实物模型不匹配的问题。与现有技术相比，本发明得到的静电成形薄膜反射面天线有限元模型比按照设计参数建模计算结果更为准确，可以准确的求解出实物模型的实际预应力分布，很好的解决了有限元模型与实物模型不匹配的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法流程图。
图2是本发明实施例提供的实施例1的静电成形薄膜反射面天线找力分析总体流程图。
图3是本发明实施例提供的利用摄影测量设备得到测量靶标点和坐标，并将排序后的靶标点坐标存入NodesPosition.txt文件中流程图。
图4是本发明实施例提供的利用复位平衡法，求解静电成形薄膜反射面天线实际预应力的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明是基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法，用于准确建立静电成形薄膜反射面天线有限元模型，求解实物模型真实预应力，其中基于实物测量信息建立有限元模型的方法具有普适性。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例的基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法包括以下步骤：
S101：首先在薄膜反射面和边界拉索端贴置测量靶标点，利用摄影测量技术得到靶标点的坐标信息；
S102：然后将薄膜反射面上靶标点按照三角形单元进行拓扑连接，拉索靶标点按索单元进行拓扑连接，将靶标点的坐标信息和拓扑信息代入ANSYS中进行有限元建模；
S103：最后利用复位平衡法计算已知形面的预应力，完成已知形面的静电成形薄膜反射面天线找力。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
实施例1：
如图2所示，本发明实施例的基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法包括如下步骤：
(1)在静电成形薄膜反射面天线实物模型的薄膜反射面和拉索端贴置M个测量靶标点，其中薄膜反射面中心贴置一个靶标点O，其余按照圆环方式布置m环靶标点，拉索两端各贴置一个靶标点；
(2)在地面贴置3个标志点A、B、C，要求3个标志点构成的向量满足
(3)利用摄影测量设备得到M个测量靶标点和3个标志点的坐标，将靶标点坐标转换到由3个标志点构成的局部坐标系下，并按照距离和角度关系进行靶标点编号排序，并将排序后的靶标点坐标存入NodesPosition.txt文件中；
(4)利用MATLAB中的delaunay命令将M个排序完成的测量靶标点用N＝N1+N2个单元进行拓扑连接，其中有N1个薄膜三角形单元和N2个索单元，并将拓扑连接关系存入ElemsNode.txt文件中；
(5)设置静电成形薄膜反射面天线材料属性，包括：薄膜弹性模量E，薄膜厚度t和泊松比μ；
(6)利用ANSYS的APDL语言，读入NodesPosition.txt和ElemsNode.txt文件，在有限元模型中相应建立M个节点和N个单元；
(7)给定静电成形薄膜反射面天线有限元模型的约束条件和边界条件包括节点位移约束和电极电压值；
(8)利用复位平衡法，求解静电成形薄膜反射面天线实际预应力；
(9)将施加实际预应力后的静电成形薄膜反射面天线有限元模型与实物模型进行比对。
如图3所示，所述的步骤(3)，具体包括如下步骤：
1、将标志点A作为坐标系原点，向量的方向为X轴，向量的方向为Y轴，向量的方向为Z轴，建立局部坐标系oxyz；
2、将M个测量靶标点转换到局部坐标系oxyz下；
3、将测量靶标点在一个圆环上的点分组；
4、将每组按靶标点与反射面中心点O所成向量在平面oxy的投影与X轴所成角度的大小各自进行排序；
5、输出排序后的靶标点坐标存入NodesPosition.txt文件中。
如图4所示，所述的步骤(8)，具体涉及如下步骤：
1、在由步骤(6)所建立的初始形面中施加初始预应力值PF0；
2、自重载荷下通过ANSYS分析建立的有限元模型得到薄膜面各节点位移和平衡预应力PF1；
3、根据有限元分析位移收敛准则，判断薄膜面各节点位移均方根是否小于0.01，其中δi为各节点的位移值，M为总节点数，若是，转到步骤4；若否，令初始预应力值PF0＝PF1，转到步骤1；
(4)求解得到静电成形薄膜反射面天线实际预应力PF0。
下面结合仿真实验对本发明的应用效果作详细的描述。
仿真条件：
静电成形薄膜反射面材料采用各向同性聚酰亚胺薄膜，薄膜材料参数：厚度t＝25μm，弹性模量E＝2.17GPa，泊松比μ＝3.14，热膨胀系数α＝29×10-6/℃，共有N1＝1100个薄膜三角形单元，N2＝36个索单元，索外端节点全固定。为了体现本发明的准确性，将有限元模型与实物测量模型进行比对，对比数据为有限元分析模型中的各节点在自重平衡状态和实物模型各靶标点位置误差，可知，根据本发明建立的静电成形薄膜反射面天线有限元模型与实物在自重平衡状态下有很好的吻合程度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法，其特征在于，所述基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法包括以下步骤：
首先在薄膜反射面和边界拉索端贴置测量靶标点，利用摄影测量得到靶标点的坐标信息；
然后将薄膜反射面上靶标点按照三角形单元进行拓扑连接，拉索靶标点按索单元进行拓扑连接，将靶标点的坐标信息和拓扑信息代入ANSYS中进行有限元建模；
最后利用复位平衡法计算已知形面的预应力，完成已知形面的静电成形薄膜反射面天线找力。
2.如权利要求1所述的基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法，其特征在于，所述基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法具体包括以下步骤：
(1)在静电成形薄膜反射面天线实物模型的薄膜反射面和拉索端贴置M个测量靶标点，其中薄膜反射面中心贴置一个靶标点O，其余按照圆环方式布置m环靶标点，拉索两端各贴置一个靶标点；
(2)在地面贴置3个标志点A、B、C，3个标志点构成的向量满足
(3)利用摄影测量设备得到M个测量靶标点和3个标志点的坐标，将靶标点坐标转换到由3个标志点构成的局部坐标系下，并按照距离和角度关系进行靶标点编号排序，并将排序后的靶标点坐标存入NodesPosition.txt文件中；
(4)利用MATLAB中的delaunay命令将M个排序完成的测量靶标点用N＝N1+N2个单元进行拓扑连接，其中有N1个薄膜三角形单元和N2个索单元，并将拓扑连接关系存入ElemsNode.txt文件中；
(5)设置静电成形薄膜反射面天线材料属性，包括：薄膜弹性模量E，薄膜厚度t和泊松比μ；
(6)利用ANSYS的APDL语言，读入NodesPosition.txt和ElemsNode.txt文件，在有限元模型中相应建立M个节点和N个单元；
(7)给定静电成形薄膜反射面天线有限元模型的约束条件和边界条件包括节点位移约束和电极电压值；
(8)利用复位平衡法，求解静电成形薄膜反射面天线实际预应力；
(9)将施加实际预应力后的静电成形薄膜反射面天线有限元模型与实物模型进行比对。
3.如权利要求2所述的基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法，其特征在于，所述利用摄影测量设备得到M个测量靶标点和3个标志点的坐标，将靶标点坐标转换到由3个标志点构成的局部坐标系下，并按照距离和角度关系进行靶标点编号排序，并将排序后的靶标点坐标存入NodesPosition.txt文件中具体包括如下步骤：
标志点A作为坐标系原点，向量的方向为X轴，向量的方向为Y轴，向量的方向为Z轴，建立局部坐标系oxyz；
M个测量靶标点转换到局部坐标系oxyz下；
测量靶标点在一个圆环上的点分组；
每组按靶标点与反射面中心点O所成向量在平面oxy的投影与X轴所成角度的大小各自进行排序；
输出排序后的靶标点坐标存入NodesPosition.txt文件中。
4.如权利要求2所述的基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法，其特征在于，所述利用复位平衡法，求解静电成形薄膜反射面天线实际预应力具体包括如下步骤：
在所建立的初始形面中施加初始预应力值PF0；
自重载荷下通过ANSYS分析建立的有限元模型得到薄膜面各节点位移和平衡预应力PF1；
根据有限元分析位移收敛准则，判断薄膜面各节点位移均方根是否小于0.01，其中δi为各节点的位移值，M为总节点数，若是，转到求解得到静电成形薄膜反射面天线实际预应力PF0；若否，令初始预应力值PF0＝PF1，转到施加初始预应力值PF0；
求解得到静电成形薄膜反射面天线实际预应力PF0。
5.一种包含权利要求1-4任意一项所述基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法的充气天线找力分析方法。
6.一种包含权利要求1-4任意一项所述基于实物测量信息的静电成形薄膜天线找力分析方法的索网天线找力分析方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110514340A (zh) * 2019-07-17 2019-11-29 河海大学 一种基于数字图像技术中目标识别追踪的索力测量方法
CN110888400A (zh) * 2019-10-30 2020-03-17 宁波兰羚钢铁实业有限公司 一种智能纵剪机电气自控系统及方法
CN114139410A (zh) * 2021-10-19 2022-03-04 青岛科技大学 考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法及系统
CN115221593A (zh) * 2022-08-05 2022-10-21 北京工业大学 定长索作为边界条件的膜结构成形态与荷载态分析方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6173191B1 (en) * 1997-12-31 2001-01-09 Mdivesity Inc. Localization of shaped directional transmitting and transmitting/receiving antenna array
CN104748714A (zh) * 2014-08-15 2015-07-01 西安电子科技大学 一种星载索网可展开天线形面精度测量方法
CN105633577A (zh) * 2016-01-25 2016-06-01 西安电子科技大学 薄膜反射面边界索位置微调与索力测量装置及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6173191B1 (en) * 1997-12-31 2001-01-09 Mdivesity Inc. Localization of shaped directional transmitting and transmitting/receiving antenna array
CN104748714A (zh) * 2014-08-15 2015-07-01 西安电子科技大学 一种星载索网可展开天线形面精度测量方法
CN105633577A (zh) * 2016-01-25 2016-06-01 西安电子科技大学 薄膜反射面边界索位置微调与索力测量装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
裴帅: "基于Delaunay和有限元算法的地下水数值模型的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110514340A (zh) * 2019-07-17 2019-11-29 河海大学 一种基于数字图像技术中目标识别追踪的索力测量方法
CN110888400A (zh) * 2019-10-30 2020-03-17 宁波兰羚钢铁实业有限公司 一种智能纵剪机电气自控系统及方法
CN114139410A (zh) * 2021-10-19 2022-03-04 青岛科技大学 考虑电极面和薄膜反射面变形的静电力施加方法及系统
CN115221593A (zh) * 2022-08-05 2022-10-21 北京工业大学 定长索作为边界条件的膜结构成形态与荷载态分析方法

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