天线罩是重要的围护结构 ，其设计方法涉及到空气动力学、结构力学、电磁理论、材料科学、数学等诸多方面，天线罩的设计技术是一项跨学科跨行业的综合技术。 为了方便天线罩的安装和运输，天线罩网格应当满足单元种类尽可能少的要求，本文研究的三角形划分方法适用于各种直径类型的天线罩，并且单元可以在工厂预制以减少现场安装工序及安装难度。针对规则三角形划分导致平行杆件干扰天线的问题以及多边形划分导致制造、运输、安装不方便的问题，选用了不规则三角形网格划分的方法来对球面进行板块划分。利用空间旋转变换矩阵对180面体构型和240面体构型的基元做出了精确定位，结合三十二面的中心对称规律得到构型的所有节点坐标。这种方法易操作并且能利用计算机编程，输入可变参数即可求解任意复杂球面三角形网格中的节点坐标。 其次，采用新型复合材料——玄武岩纤维-Nomex蜂窝夹芯结构作为上述三角形单元中的蒙皮，与杆件固接后能够增强金属骨架的稳定性，此外新型复合材料具有较好的介电性能、更好的耐热性和耐酸碱腐蚀性等优点，在航空航天，雷达天线罩等诸多领域都有潜在的应用前景。夹芯结构在天线罩中主要承受风压及弯曲内力，因此本文对这种蒙皮结构进行了平压及弯曲试验，试验结果表明：平压过程会经历四个阶段，弯曲过程经历五个阶段，都具有一定的延性；适当增加蜂窝高度有助于提高新材料的平压强度。作为围护结构，天线罩还会承受冰雹、爆炸、碎石等冲击影响，本文对上述新型复合材料蒙皮进行了冲击试验研究，研究结果表明：冲击损伤可以分为五个阶段，各阶段都有较好的吸能耗能能力，同时增加芯层的高度能提高其吸能耗能能力。不同冲击能量冲击时，这种夹芯结构会表现出不同的接触力时程曲线，为更换部分罩体蒙皮来增加天线罩的使用寿命提供了一定的指导意义。 随后，研究了新构型方法下天线罩骨架结构的静态响应，在重力荷载和静风荷载作用下，算例中的天线罩杆件强度都满足规范设计要求。分析其内力分布以及节点位移情况，可以发现根部杆件对天线罩罩体的强度影响很大，结合天线罩设备受根部金属杆件的影响较小的特点，认为在设计时要优化天线罩罩体根部杆件的截面形状和截面大小，以满足天线罩设计的力学性能要求和电气性能要求。 单层球面网壳有失稳的可能性，因此对上述算例中的不规则三角形网格构型天线罩进行了稳定分析：包括结构的线性整体稳定分析；完善结构和带缺陷结构几何非线性整体稳定分析。研究表明： 两种构型各阶线性整体稳定系数相差不大，失稳都发生在迎风面。在完善结构和带缺陷结构非线性稳定分析中，240面体构型拥有比180面体构型更高的荷载级数及变形能力，180面体不能满足规范中的稳定性要求，而240面体能够满足。非规则三角形划分天线罩是缺陷敏感型网架，且240面体由于网格细化，受力更加合理，能承受的极限荷载也更高。 |
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