一种基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法，所述基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法包括以下步骤：首先在薄膜反射面和电极面上贴置测量靶标点，利用摄影测量技术得到靶标点的坐标信息；然后将靶标点按照三角形单元进行拓扑连接；最后将靶标点的坐标信息和拓扑信息代入ANSYS中进行有限元建模分析。采用本发明专利技术得到的静电成形薄膜反射面有限元模型比按照设计参数建模计算结果更为准确，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，本发明专利技术得到的静电成形薄膜反射面有限元模型比按照设计参数建模计算结果更为准确，很好的解决了有限元模型与实物模型不匹配的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达天线
，尤其涉及一种基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法。
技术介绍
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，必须精确计算薄膜在静电力载荷作用下的变形。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分析结果往往无法准确描述实物真实变形情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法，旨在解决业内普遍存在的根据设计参数建立柔性结构有限元模型无法与实物模型的静力学特性准确对应的问题。本专利技术不仅限于建立静电成形薄膜天线有限元模型，此处只是一个特例，对于充气天线、索网天线等柔性结构或者根据实物外形几何信息进行有限元建模方面本专利技术仍然适用。本专利技术是这样实现的，一种基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法，所述基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法包括以下步骤：首先在薄膜反射面和电极面上贴置测量靶标点，利用摄影测量技术得到靶标点的坐标信息；然后将靶标点按照三角形单元进行拓扑连接；最后将靶标点的坐标信息和拓扑信息代入ANSYS中进行有限元建模分析。进一步，所述基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模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电极面上贴置M个测量靶标点，薄膜反射面中心贴置一个靶标点O，其余的按照圆环方式布置m环靶标点；(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个测量靶标点用N＝N1+N2个三角形单元进行拓扑连接，有N1个薄膜三角形单元和N2个电极三角形单元，并将三角形拓扑连接关系存入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个三角形单元；(7)给定静电成形薄膜反射面天线有限元模型约束条件，包括给定薄膜反射面边界节点位移约束；(8)给定电场参数，包括电极电压U和真空介电常数ε0，根据电极面三角形单元与薄膜面三角形单元相对位置关系进行静电力载荷的施加；(9)给定薄膜初始预应力，计算静电力载荷在静电成形薄膜反射面天线有限元模型中产生的形变，并与实际测量值进行比对。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，共m组；每组按靶标点与点O所成向量在平面oxy的投影与X轴所成角度的大小进行排序；输出排序后的靶标点坐标存入NodesPosition.txt文件中。进一步，所述给定电场参数，根据电极面三角形单元与薄膜面三角形单元相对位置关系进行静电力载荷的施加具体包括以下步骤：令k＝1，k为薄膜单元编号；记第k号薄膜单元的中心点Dk的坐标为其中为第k号薄膜单元的三个节点坐标；点Dk在电极面投影点所在的电极单元号记为i，记第i号电极单元的中心点Di的坐标为其中为第i号薄膜单元的三个节点坐标，计算出点Dk到该电极单元中心点Di的距离在第k号薄膜单元上施加静电力载荷判断k的大小，若k≤N1，令k＝k+1，转到算第k号薄膜单元的中心点Dk的坐标；若k＞N1，转到完成薄膜反射面单元静电力载荷的施加；完成薄膜反射面单元静电力载荷的施加。本专利技术提供的基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法，采用本专利技术得到的静电成形薄膜反射面有限元模型比按照设计参数建模计算结果更为准确，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，本专利技术得到的静电成形薄膜反射面有限元模型比按照设计参数建模计算结果更为准确，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是本专利技术实施例提供的基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的实施例1的流程图。图3是本专利技术实施例提供的利用摄影测量设备得到测量靶标点，将排序后的靶标点坐标存入NodesPosition.txt文件中的流程图。图4是本专利技术实施例提供的给定电场参数，根据电极面三角形单元与薄膜面三角形单元相对位置关系进行静电力载荷的施加的流程图。图5是本专利技术实施例提供的根据实物测量信息建立薄膜反射面单元示意图。图6是本专利技术实施例提供的根据实物测量信息建立电极面单元示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术是静电成形薄膜反射面天线有限元建模分析方法，用于准确建立静电成形薄膜反射面天线有限元模型，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。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例的基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法包括以下步骤：S101：首先在薄膜反射面和电极面上贴置测量靶标点，利用摄影测量技术得到靶标点的坐标信息；S102：然后将靶标点按照三角形单元进行拓扑连接；S103：最后将靶标点的坐标信息和拓扑信息代入ANSYS中进行有限元建模分析。下面结合具体实施例对本专利技术的应用原理作进一步的描述。实施例1：如图2所示，本专利技术实施例的基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法包括以下步骤：(1)在静电成形薄膜反射面天线实物模型的薄膜反射面和电极面上贴置M个测量靶标点，其中薄膜反射面中心贴置一个靶标点O，其余的按照圆环方式布置m环靶标点；(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个测量靶标点用N＝N1+N2个三角形单元进行拓扑连接，有N1个薄膜三角形单元和N2个电极三角形单元，并将三角形拓扑连接关系存入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和泊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法，其特征在于，所述基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法包括以下步骤：首先在薄膜反射面和电极面上贴置测量靶标点，利用摄影测量技术得到靶标点的坐标信息；然后将靶标点按照三角形单元进行拓扑连接；最后将靶标点的坐标信息和拓扑信息代入ANSYS中进行有限元建模分析。

【技术特征摘要】
1.一种基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法，其特征在于，所述基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法包括以下步骤：首先在薄膜反射面和电极面上贴置测量靶标点，利用摄影测量技术得到靶标点的坐标信息；然后将靶标点按照三角形单元进行拓扑连接；最后将靶标点的坐标信息和拓扑信息代入ANSYS中进行有限元建模分析。2.如权利要求1所述的基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模方法，其特征在于，所述基于实物信息的静电成形薄膜天线有限元建模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电极面上贴置M个测量靶标点，薄膜反射面中心贴置一个靶标点O，其余的按照圆环方式布置m环靶标点；(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个测量靶标点用N＝N1+N2个三角形单元进行拓扑连接，有N1个薄膜三角形单元和N2个电极三角形单元，并将三角形拓扑连接关系存入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个三角形单元；(7)给定静电成形薄膜反射面天线有限元模型约束条件，包括给定薄膜反射面边界节点位移约束；(8)给定电场参数，包括电极电压U和真空介电常...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷永振，杜敬利，秦东宾，姜文明，张逸群，张树新，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61