升降天线杆的结构优化设计

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1、第17卷第2期湖北工学院学报2OO2年6月Vol.17No.2JournalofhubeipolytechnicuniversityJun.2OO2[文章编号]1OO3-4684(2OO2)O6-OO78-O2升降天线杆的结构优化设计王为魏兵王劲青魏春梅(湖北工学院机械工程系湖北武汉43OO68)[摘要]对升降天线杆建立了结构优化设计的数学模型并给出了设计实例.[关键词]天线杆;优化设计;刚度[中图分类号]TP2O2[文献标识码]:A升降天线杆是我国新一代野战指挥控制系统的压高度变化系数;u为重现期调整系数.l配套产品是支撑和架高天线的一种快速反应升降按八级风速V且V=4g~g8m

2、ax=2O.7m/SO设备.升降天线杆装置主要用于无线电通信,测控则g22O=O.27kN/m故风荷载g=O.674kN/m.设备中的车载地面设备.随着微波通信,无线电测因此设计时有两个重要因素需要考虑一是天控设备的发展需要各种高度,负载能力强可升降线杆根部的弯曲应力及自重;一是伸出端顶点的挠移动的天线杆来支撑天线系统.通常天线杆是根据度.对天线杆的优化设计以选取天线杆Omax(x)-升起高度,收拢高度,升降时间,负荷,抗风能力等来min,自重最轻为目标外伸端的挠度及压弯组合强设计的其外径,内径等结构尺寸是根据安装位置空度为约束条件.间的大小或根据经验来确定然后进行强度校核这1.1

3、设计变量和目标函数种设计方法往往使得结构偏大.本文将机械优化设天线杆的材料采用特制铝合金拉管材其设计计理论引入天线杆的结构设计中从而建立相应的方案由三个设计变量决定.即天线杆内径c(x1),数学模型然后优化求解.外径D(x及杆每节长度a(x故设计变量取为2)3)TX=[x1x2x3].(1)1建立优化模型以弯矩为目标函数34minf1(x)=32gx3/tx2(1-(x1/x2)).(2)图1所示为升降天线杆的结构以重量为目标函数图由九节合金管,联接锁定机构,丝22minf2(x)=tPx3(x2-x2)/4(3)杆,螺母等组成.各杆平均长度为式中P为材料的密度.文献[2]将两个分

4、目标函数2.3m展开高度为18.6m(图示为综合成统一的目标函数收拢后的结构图).minf(x)=O1f1(x)+O2f2(x)(4)由于天线杆为多节变截面空心式中O为加权因子分别取为O杆架设在通讯车上或地面上就相当(=12)1=O.4O2于一根细长的悬臂梁杆的顶端最=O.6.细而承受的风荷载最大其挠度也1.2建立约束条件最大.由文献[1]作用在天线杆单位1)天线杆的刚度是一个重要性能指标文献面积上的风荷载的计算公式为:[3]其外伸端的挠度y不得超过规定值yO据此建图1升降天立性能约束:2g=gObzusuzulkN/m.线结构式中:g为基本风压kN/m2;bz为g1(x)=y-y

5、OSO.(5)O2)天线杆的最大压弯应力也不得超过许用应风振系数;u为风荷载体型系数;u为Z高度处的风sz[收稿日期]2OO2-O2-25[作者简介]王为(1958-)女湖北武汉人湖北工学院副教授研究方向:机械设计.第17卷第2期王为等升降天线杆的结构优化设计79力据此建立性能约束;根据上述优化设计的数学模型求解方法采用g2(I)=6cmax+6bmax{[6].(6)内点惩罚函数法解调用ATLAB优化设计工具其中6为最大压应力且箱(5.2版本)cOnstr方法输入已知数据后得到最cmax622优解;cmax=pI3-4G1/T(I2-I1)%TG1是固定部分的重量为常量;6bma

6、x为最大弯曲应X=[0.1230.1292.3]%%力且f1(I)=41.8f2(I)=97.49%Mmax32gI3f(I)=75.214.6bmax==34.TI2(1-(I1/I2))3)边界约束条件为设计变量的取值范围即3实例cmin{I1{cmaxDmin{I2{Dmax对升降天线杆第5节结构尺寸进行优化设计.c已知风荷载g=0.67kN/m2min{I3{cmax.许用挠度y0=302mm许用弯曲应力[6]=215N/mm材料的密度p32求解方法=2.8t/m弹性模量E=68.9Gpa.设计变量n=-53约束函数个数m=8收敛精度E1=10E2=0.432gI-5031

7、0初始惩罚因子1=2惩罚因子缩减系数C=minf(I)=34+TI2(1-(I1/I2))0.2以及设计变量的初值,上下限表1利用上述方220.67pI3(I2-I1)/4法求得优解见表2.在外力(即风荷载)g给定的情况下y是设计变量X表1初始及上,下限值表2优化结果的函数且设计变量I设计变量优化前优化后1I2I34y=gI3/8E初始值92982200c9280式中=TI442(1-(I1/I2))/64.则下限值75802000D98854上限值981052300