天线桁架结构有限元分析

摘 要：介绍天线桁架结构的有限元分析，借助有限元分析软件ANSYS对天线桁架结构进行静力分析。研究了天线桁架在基本风压64kg/m2时的力学特性，得到天线桁架整体应力，为结构材料选择和结构尺寸的确定提供重要的理论支撑。

关键词：桁架 有限元 天线 ANSYS

中图分类号：TN820.8 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-0-01

为适应现在短波通信的需求，提高天线体在恶劣天气下的抗风能力，需要对天线体主要部件进行抗风强度分析。该文利用ANSYS有限元软件，对某天线桁架进行了风载荷作用下的有限元分析，完成了天线桁架整体的可靠性评价。

1 有限元理论分析

图1为天线桁架二维单元图，L1、L4为腹杆，L5为斜腹杆，L2、L3为桁架主梁一般说来，需要整体坐标系和局部坐标系，两者之间的关系如图2所示。

采用数学模型描述整体坐标系和局部坐标系之间的关系

2 天线桁架建模

2.1 建立模型坐标系

坐标系的选取，是以天线中心桁架长振子点为坐标原点，沿中心桁架轴向为X轴，中心桁架轴线和振子轴线所在平面的法向为Y轴，沿振子轴向为Z轴。

2.2 天线体各单元的选取

（1）中心桁架结构的主杆、腹杆以及振子材料分别为钢管和铝管，取单元类型为pipe16。

（2）桁架拉线及振子杆拉线属于绳索结构，选取单元类型为link10。

（3）中塔和支架其他支撑件采用的是圆钢、角钢、槽钢等，取单元类型beam188。

3 有限元力学分析

3.1 载荷条件

天线体主要受到自重、裹冰、风等多种载荷作用，该文主要考虑风载荷、自重对天线桁架的影响。现按基本风压64 kg/m2，根据《高耸结构设计规范》得出天线中心桁架单位长度上的风载密度51.28 kg/m。

3.2 天线桁架多工况分析

3.2.1 工况1：水平风荷与天线桁架成45 °时天线体有限元分析如图3。

3.2.2 工况2：水平风荷垂直作用于天线桁架时天线体有限元分析如图4。

通过对天线体系统进行有限元软件ANSYS的仿真分析，天线体系统在工况1和工况2情况下，其最大应力位置都在在中塔和中心桁架的连接处，天线体系统对应的最大应力值分别为123 MPa和116 MPa，其值均

4 结语

从计算结果来看，在基本风压为64 kg/m2时，经过有限元分析天线桁架应力完全满足结构强度要求。该天线体已经在多个项目工程中得到应用，已有架设多年的天线体，均完好，无发生强度破坏问题。对桁架进行力学分析，其分析结果为对结构材料的选择、结构尺寸的确定具有重要的理论指导意义，进行精确地力学分析还可以达到结构小型化的要求，提高产品在市场上的竞争力。

参考文献

[1] 刘相新，孟宪颐.ANSYS基础与应用教程[M].北京：科学出版社，2006.

[2] 任辉启.ANSYS7.0工程分析实例详解[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[3] 高耸结构设计规范[M].北京：中国计划出版社，2007.