MeshFree| 天线仿真分析
本文中对如下图所示的天线概念模型进行了仿真分析，在天线设计阶段，通常需要对目标产品的非精细模型进行分析以获得其关键结构部位的变形、应力以及谐振频率的大致范围，并对部分性能指标进行初步评价。
运行MeshFree后，首先选择分析工况，在本例中，需建立线性静力分析和模态分析两个工况。然后，导入天线的Parasolid模型，导入过程中，软件会自动检查不同零件之间的间隙，并依此建立接触关系，默认均为焊接连接，在模型树中点选连接条目，图形区会同步高亮显示相应的连接区域，如图2所示。
导入完成后即可进行材料设置，对于该模型，除上部抛物面反射体和支撑杆采用环氧树脂材料外，其余部分均采用结构钢材料。一种较方便的方式是先统一在模型树中制定材料为结构钢，然后在图形区点选反射体部分，通过右键菜单重新指定为环氧材料。点选后通过右键操作的方式非常方便且不易误操作，在处理零件数较多的模型过程中便捷性更加明显。图2 模型树中的Welded连接和图形区中的相应连接区域 随后Analysis Conditions菜单中设置约束和载荷，在该模型中完全约束底部8个螺栓，并对底座法兰下平面施加Y向约束。然后，添加重力载荷和作用于反射体抛物面的等效风载荷。至此，线性静态分析工况的设置已全部完成。对于模态分析工况，只需将模型树中的约束条件通过鼠标拖拽至该工况的Boundary列表下即可。运行分析默认会计算所有工况，存在多个工况时可根据需要进行选取。 MeshFree的计算过程对计算机资源的消耗并不算大，两个工况同时提交，求解过程耗时约5分钟。计算完成后，软件会自动进入结果显示状态，即可方便的查看分析结果。 由于该模型所涉及的细节数量并不算多，在不进行几何清理操作的情况下，也可以通过自由划分四面体网格进行计算，软件自动生成的网格及静力分析结果如下图所示。对比软件具备很强的通用性，而且经常被视为一个门槛较低的CAE分析平台。在图中所示的网格数量下，整个分析过程及两个工况的计算时长与MeshFree大致相当。但是显然模型中的薄壁结构和细长杆特征，多数单元都在某一个或两个维度上的尺寸远大于其他维度，多数网格质量非常不理想。要获得精度更可靠的分析结果，特别是在更复杂的工况条件下，必须对模型重新划分高质量的网格，而这必然需要CAE工程师付出更多的时间代价。由于该模型仅为概念模型，做进一步详细分析的意义不大，因而未按照通常的有限元仿真流程执行更为标准的前处理和分析过程，但根据以往的大量经验，“标准”的建模过程，即依次进行几何清理、中面抽取、网格划分、属性设置等步骤，根据建模平台和操作者的熟练程度不同，完成上述工作通常需要半天到一天的时间时间。 利用传统有限元软件进行分析，通常需要经过几何清理与简化、网格划分、单元属性设置、边界条件设置等前处理步骤之后才能提交求解器进行计算。形如图1所示的一个天线概念模型，模型由底座、俯仰箱体、反射体等组成，其中包含了有限元前处理阶段的多数常见问题。如模型中的螺栓、垫片、倒角、小型面、短边等特征，均属于典型的几何清理对象；而天线底座部分的薄壁圆筒和反射体部分的细长支撑杆，会在降维简化后分别采用壳单元和梁单元进行建模。此外，天线的俯仰和方位运动结构均存在轴承等可动连接，为提高计算效率，一方面在多数分析工况中可采用固定连接来简化，另一方面在建模阶段充分考虑反射体和支臂处于不同姿态的情况，尽可能通过一次网格划分任务满足后续计算需求。上述过程不仅需要非常耗时，而且几乎每个步骤都要求仿真工程师具备一定的处理技巧。对于有一定行业经验的CAE仿真工程师，一般需要几天时间才能完成一个常规复杂程度的天线结构有限元建模任务，在设计阶段这种规模的耗时通常是不可接受的。 相比之下，MeshFree具有多个方面的显著优势，而且这些优势相辅相成，能够大幅减少时间消耗，而且显著降低了操作门槛，不同熟练程度的使用者均可在快速完成分析。其最显著的优势是避免了结合清理与简化工作和网格划分工作，而这通常是传统有限元前处理中最为耗时的两个步骤。其次，仅需一步操作即可完成材料设置，由于传统有限元分析对降维单元的依赖，材料和单元属性必须分别设置，对于复杂模型通常需要设置的数量庞大的单元属性，引入大量的重复性工作，容易引入人为错误，而且一旦引入错误很难排查。除此之外，传统前处理过程中连接、边界和载荷也经常会用到一些小技巧，而一些缺乏经验的仿真工程师可能会事倍功半，但在MeshFree中可以非常直观地在几何模型上完成上述操作，而无需考虑网格匹配等问题。 利用MeshFree进行结构仿真分析，能够显著提高分析效率，降低仿真门槛，与传统有限元分析工具相比，可以让结构设计师在设计阶段花费很少的时间和精力完成仿真分析，为设计改进提供参考，可以作为实现仿真融入设计、仿真指导设计的重要工具。本文来源于网络，侵删！
