射频电缆组件刚度仿真与优化研究

邹作涛，朱 宁,2

(1.贵州航天电器股份有限公司 贵阳 550025；2.哈尔滨工业大学，哈尔滨 150001)

1 前言

随着移动通信技术的不断发展，射频电缆组件的应用也越来越广泛。射频电缆组件是传输通讯引号的重要部件，可实现信号传输路径的阻抗匹配、能量传输[1]，在航空航天等行业的导航、通信载荷等部件中有大量应用[2]。

射频电缆组件中有很多射频连接器和电缆组成，在设计阶段需要充分考虑其结构特性，才能保证产品正常使用[3]。连接器在整体对接过程中会产生较大的总体插入力，会导致射频电缆组件盖板变形，当盖板变形超过设计指标时便可能导致连接器接触不良，因此需要对盖板的变形量进行计算和仿真优化。

本文应用ANSYS对射频电缆组件的盖板刚度进行仿真分析，得出其变形量，并与设计指标进行对比，对比结果表明两侧盖板的变形量均超过设计指标。通过改变安装方式和盖板厚度两种优化方案对产品的盖板部分进行优化后仿真，得出其变形量达到设计指标。最后通过试验验证了仿真的正确性，刚度仿真为射频电缆组件设计提供了有力支撑，保证了设计方案的可行性。

2 射频组件盖板刚度计算

射频电缆组件模型如图1，上侧由34块SMP盖板组成，下侧为1块SSMP盖板和2块辅助板组成。

图1 射频电缆组件上下视图

对于上盖板，因为整条盖板上均布这SMP连接器，因此总体的插入力基本是均匀作用在上盖板整个上表面，可应用固支梁公式得出其变形量[4]：

(1)

式中，f为上盖板最大变形量，q为线均布载荷密度，l为上盖板长度，E为上盖板材料弹性模量，I为上盖板的截面惯性矩，可查表求得。

代入相应的设计值，可以得出上盖板最大变形了Y=0.42mm。

对于下盖板，其SSMP连接器集中在整个盖板的中间部分，下盖板为两侧固定的平板，中心区域受到一个集中力，这个用公式很难计算，后续应用ANSYS进行仿真与优化。

3 盖板刚度仿真分析与优化

3.1 上盖板刚度仿真

上盖板刚度仿真边界条件设定如图2所示，固定射频电缆组件主框架四个表面，图中A所示，给上盖板上表面加载384N的均布式载荷，图中B所示。

图2 上盖板刚度仿真边界条件设定图

材料为铝合金，弹性模量70GPa，泊松比0.3，因为整体为弹性变形，设定为弹性材料即可。

得出上盖板变形量分布如图3，上盖板最大变形量为0.45mm，分布在中间位置，比计算值略大，因为上盖板两侧也可以少量变形，而计算中按照固定处理。变形量大于设计指标0.3mm，需进行优化。

图3 上盖板变形量分布图

3.2 上盖板刚度优化与仿真

要减小上盖板的变形量主要有加厚、加宽或者改变材料，加厚会导致整体重量的大幅度提高，不利于总体产品的减重要求，材料因为受很多因素的影响，不好随意改变，而且铝合金是比强度很高的材料。因此上盖板的优化思路主要从增加宽度方面考虑，可以考虑将中心上盖板和旁边的上盖板连接起来，组成一个整体，可以有效降低中心上盖板的变形量。

仿真的边界条件基本不变，仅需将中心盖板和旁边一块盖板之间增加一个绑定的接触对。

得出优化后上盖板变形量分布如图4，上盖板最大变形量降低到0.25mm，分布在受力上盖板的中间位置，小于设计指标0.3mm，满足设计要求。

图4 优化后上盖板变形量分布图

3.3 下盖板刚度仿真

下盖板刚度仿真边界条件设定如图5所示，固定射频电缆组件主框架四个表面，图中B所示，给下盖板中心加载768N的均布式载荷，图中A所示。

图5 下盖板刚度仿真边界条件设定图

材料为铝合金，弹性模量70GPa，泊松比0.3，因为整体为弹性变形，设定为弹性材料即可。

得出下盖板变形量分布如图6，下盖板最大变形量为0.53mm，分布在中间位置。变形量大于设计指标0.2mm，需进行优化。

图6 下盖板变形量分布图

3.4 下盖板刚度优化与仿真

要减小下盖板的变形量也可以从加厚、加宽或者改变材料来考虑，材料同样不适合随意改变，而下面辅助板也需要受力，不适合与下盖板连接在一起，因此只能从加厚角度进行优化，将下盖板厚度由原来的7mm加厚到8mm。

仿真的边界条件基本不变，更新三维模型即可。

得出优化后下盖板变形量分布如图7，上盖板最大变形量降低到0.19mm，分布在受力上盖板的中间位置，小于设计指标0.2mm，满足设计要求。

图7 优化后下盖板变形量分布图

4 实验测试

根据优化后的方案进行设计并制造样品，应用拉力压力试验机对其作用力和变形量进行测试，得出上盖板中心变形量为0.44mm，下盖板中心变形量为0.18mm，满足设计指标且和仿真优化结果吻合。

5 结论

本文对射频电缆组件上盖板变形量进行了计算，并应用ANSYS对上下盖板的变形量进行仿真分析，得出产品变形量指标超过了设计指标，通过改变安装方式和增加厚度的方法对上下盖板进行优化，优化后产品变形量指标达标，并制造样品进行测试验证了仿真正确性。对射频电缆组件进行刚度仿真与优化可以在设计初期保证设计符合指标要求，提高设计效率，缩短设计周期，对同类产品的研发也有一定的指导意义。