某型军用产品天线罩的故障排查及仿真模型应用浅究.docx

          某型军用产品天线罩的故障排查及仿真模型应用浅究                    摘 要：通过仿真模型来解决天线罩开裂故障，并对仿真技术应用进行探讨关键词：天线罩；仿真；模型应用1 故障概述及定位我公司生产的某型军用产品组成为：天线前罩、组件、天线后罩（见图1），在开展0.1MPa的内气压试验时，出现连续的气冒泡现象，压力表出现降压情况，天线前罩出现一条约70mm的细小裂纹，泄露点位于裂纹的中间（见图2）由此得出，天线内气压试验泄露的原因为天线前罩开裂图1 天线组成 图2 天线前罩泄漏点图示2 故障分析为进一步研究天线前罩裂纹和泄露点的内部组织，对前罩进行多处横向切断，横向断面显示天线前罩裂纹内部的基体组织发白，发白区域从内向外呈近似扇形分布，发白处的玻纤复合材料已脱层（见图3）；天线前罩为玻璃纤维复合材料，由玻纤布层压而成，脱层就已失效，不再保持原有的强度和密封性能图3 天线前罩横断面3 故障排查可能使天线前罩产生开裂的原因有：a.原发性组织疏松和孔洞、b.高温后罩体强度降低、c.内气压压力超标，现对所有因素进行排查 a. 原发性组织疏松和贯穿性孔洞对天线前罩的横断面进行观察，发现只有在泄漏点出现了发白脱层，其他部位组织致密，未发现质量缺陷，不会导致前罩发生泄露。

因此可以排除原发性组织疏松天线前罩为环氧树脂基玻纤复合材料，采用高温加压固化，固化过程中环氧树脂呈现液态，具有流动性，在压力和表面张力的作用下会融为一体，如果发生缺陷，会呈现细小孔洞缺陷检查天线前罩，发现外表面出现裂纹，多个横断面中均出现了脱层，但横断面中未发现孔洞缺陷，因此可以排除贯穿性孔洞b.高温后强度降低内气压试验之前天线前罩经过了2次70℃/48h的高温试验为验证该因素,从天线前罩上截取若干正常试件，由理化实验室分别进行高温试验70℃/48h/96h,进行前后抗弯强度和抗拉强度对比试验，未发现明显差异天线前罩为环氧树脂基玻纤复合材料，环氧树脂的玻璃化温度超过130℃，在70℃下可长期使用，故可以排除高温后强度降低c.内气压压力超标为了确认是否因内气压压力超标导致天线罩开裂，调取此次试验录像，可以看出在试验过程中，操作人员在内气压加压前，装错了压力表，使用1.5MPa量程压力表进行加压，而不是工艺要求的0.4MPa量程压力表，加压时习惯性看着压力表的指针，加压至“0.1 MPa”(10点钟方向)，其实此时用的是1.5 MPa压力表，指针到10点钟方向时，内气压已达0.4MPa两压力表指示对比如图4。

从天线的结构可知，天线前、后罩包含着组件，当其受到外压作用时，近似于一个实体，可以承受很高的外部压力；但当其受到从内向外的气压时，天线前罩只是一块薄板，在过大的内气压作用下，存在弯曲失效的风险因此，天线前罩开裂的原因可能是内气压压力超标图4 压力表指示对比4 故障仿真首先，我们从问题天线罩上横向截取正常试验样件，将其中间部位固定于卡钳上，在内侧逐渐缓慢施加一集中力进行加压试验当受力点变形量为5mm时，隔离筋与罩体平面的结合处出现了脱层通过力学理论换算，此夹持方式集中力作用下的5mm变形相当于完整的天线前罩在0.4MPa内气压下产生4mm的变形量然后，根据以上结果我们对天线前罩的静强度进行了有限元仿真分析，通过三维建模仿真，显示天线前罩隔离筋拐弯处为应力最大位置当对其进行0～0.6MPa逐渐施加压力作用，当施加压力为0.4MPa时，关注位置的变形量达4mm（见图5），层间压力达-30MPa（见图6），已接近材料的层间抗拉强度极限，此时实物已产生脱层失效图5 内压力下位移云图 图6 内压力下层间压力云图经过以上分析，可以判定内气压超标是造成天线前罩开裂的原因误差说明：仿真和试件试验与真实天线罩的受力、破坏机理和结果在定性上是相同的，但在定量上会存在一定的误差，通过测试比对，再考虑个体差异，误差量值约为30%。

5 仿真模型应用在此次故障分析时最初采用传统的分析方法，即军工领域中普遍使用的 “技术归零”（定位准确、机理清楚、故障复现、措施有效、举一反三），技术归零是一项系统的工作，由于单机产品种类繁多，技术难度不同，通常都是时间紧、任务重，再加上后期验证工作代价较高，对企业造成的经济压力较大，实际的归零效果并不理想在此次故障中，天线罩材料已受到破坏，且过程是不可逆的，利用新部件进行故障复现时间成本和经济成本都会很高因此，我们引入仿真模型，模拟实物故障过程，省去了验证过程中复杂的人工操作、计算等环节，从而直观、快捷、高效地找出了对问题的根源 仿真模型是一门综合性很高的技术，具有可靠、可多次重复、无破坏性、经济、安全、不受气象条件和空域、场地的限制等特点无论在航空、航天、兵器和船舶领域，还是复杂工程系统、复杂社会系统和军事作战体系等,科研人员进行产品开发、故障模拟和实物演练等过程中，均存在难以用实物实现预期功能或开展运行工作的情况,使用仿真模型可以大大降低经济和时间成本，实现预期功能，助推我们科研工作顺利开展，使我们国防现代化建设更上一层楼  -全文完-。