地面雷达天线罩风荷载数值模拟与结构分析

论文摘要

地面雷达天线罩是雷达系统的重要组成部分,能够使雷达天线避免受到外部环境的干扰和破坏。风荷载是雷达罩结构设计的主要荷载之一,如何分析计算风荷载对雷达天线罩结构的作用,已成为雷达罩载荷分析的重要环节之一。本文基于Fluent CFD商业软件和ANSYS结构分析软件,分别对3/4截球形雷达罩外流场进行数值模拟和雷达罩结构分析。本文选取标准K-ε、RNGK-ε、SSTK-ω三种湍流模型分别进行雷达罩风载荷数值模拟。通过结果比对和湍流模型理论分析得出RNGK-ε更适合本文研究情况。发现雷达罩迎风面和侧面风压分布呈规则的圆形环状分布,背风面风压分布不规则。分析了20m/s和36m/s风速下雷达罩的风压分布和流场的特点,不同风速下的风压分离点不同,两种风速下的风压系数分布趋势一致。在两种风速下,背风面的风压系数偏差要比迎风面的风压系数偏差大。数值模拟风压分布与风洞试验的结果对比,发现罩体迎风面±±-300范围以及罩体顶部位置能够较好的与风洞试验相符,罩体背风面和罩体底部风压与风洞试验最大偏差60%。通过Fluent得到雷达罩风压分布之后,把其导入到ANSYS结构分析软件中,进而分析风荷载作用下雷达罩的结构特性。并与风洞试验风压分布函数计算结果和建筑结构规范的风压公式计算结果比较。得到三者的结果基本一致,数值模拟风压得到的结果与风洞试验风压函数的计算结果更加相近。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1. 研究背景
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 国内外研究方法现状及其评述
• 1.3.1 主要的研究方法
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.3.3 国内的研究现状
• 1.3.4 国内外研究现状评述
• 1.4 本文要解决的问题
• 第2章 风荷载的基本特性与流体数值模拟基本理论
• 2.1 风荷载的基本特性
• 2.1.1 大气边界层近地风的特性
• 2.1.2 平均风特性
• 2.1.3 脉动风速特征
• 2.1.4 风压以及结构风压特性
• 2.2 流体力学基本方程
• 2.2.1 流体的连续性方程
• 2.2.2 流体动量方程
• 2.2.3 湍流运动
• 2.2.4 湍流数值模拟方法
• 2.3 Fluent求解器基本理论与求解方法
• 2.3.1 数值计算方法
• 2.3.2 网格生成技术
• 2.3.3 求解思路及求解方法
• 2.3.4 Fluent中的湍流模型
• 2.3.5 Fluent中的湍流流动的近壁面处理
• 2.3.6 Fluent边界条件选择
• 第3章 回转壳基本理论及ANSYS数值模拟基础
• 3.1 回转壳弹性理论
• 3.1.1 回转壳几何性质
• 3.1.2 回转体的无矩理论
• 3.1.3 球壳内力计算
• 3.2 ANSYS结构数值模拟介绍
• 3.2.1 ANSYS结构有限元的基本思想与分析步骤
• 3.2.2 ANSYS结构计算中壳单元的性质
• 第4章 地面雷达天线罩风荷载CFD数值模拟与风洞试验
• 4.1 地面雷达罩的几何尺寸
• 4.2 不同湍流模型的计算比较
• 4.2.1 几何建模及流体区域网格划分
• 4.2.2 Fluent数值模拟中的参数设置
• 4.2.3 不同湍流模型的计算结果与比较
• 4.3 不同风速的流场模拟
• 4.5 地面雷达天线罩的风洞试验与结果
• 4.6 Fluent对风洞模型的计算结果
• 4.7 Fluent计算结果与风洞试验结果比较
• 4.8 本章小结
• 第5章 地面雷达天线罩风荷载作用下结构计算
• 5.1 地面雷达罩的风压分布规律
• 5.2 地面雷达罩风载荷作用下的结构响应
• 5.2.1 风洞试验风压函数的计算结果
• 5.2.2 利用建筑规范计算结果
• 5.2.3 直接导入数值风压的计算结果
• 5.2.4 三种不同风载荷加载方式计算结果的比较
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢