玻璃鋼由于輕質(zhì)高強(qiáng),能透過(guò)電磁波,廣泛應(yīng)用于各類雷達(dá)天線罩。玻璃鋼天線罩用于水下,要求確保在較大水壓(4.5MPa)下不破壞,同時(shí)還需要滿足電性能和重量等方面的要求[1~4]。為此我們進(jìn)行了理論分析、數(shù)值計(jì)算,并進(jìn)行了產(chǎn)品水下壓力試驗(yàn)。以下進(jìn)行的理論分析及試驗(yàn)總結(jié)可供今后有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)參考。
2 理論分析
2.1 無(wú)矩理論
按無(wú)矩理論,筒殼部分的軸向應(yīng)力和周向應(yīng)力按下式計(jì)算:
周向應(yīng)力是軸向應(yīng)力的2倍。當(dāng)P=4.5MPa時(shí),σ1=31.7MPa,σ2=63.4MPa。球殼部分的應(yīng)力計(jì)算公式同式(1)。
2.2 有矩理論
2.2.1 球殼與筒殼連接處的最大應(yīng)力計(jì)算
本罩按設(shè)計(jì)要求,球殼與筒殼厚度是相等的。根據(jù)有矩理論,對(duì)于等厚殼體,在球殼與筒殼連接處的附加彎矩接近于零,僅有附加剪力。附加剪力的計(jì)算公式為:
代入有關(guān)尺寸數(shù)值,對(duì)于P=4.5MPa時(shí),QB=32.27N/mm。
由于此附加彎矩,球殼的最大應(yīng)力為:
當(dāng)P=4.5MPa時(shí),σ=40.7MPa
對(duì)于筒殼,當(dāng)X=π/4λ處,產(chǎn)生最大附加變矩:
筒殼在離連接處X=π/4λ的應(yīng)力為:
當(dāng)P=4.5MPa時(shí),σ1=40.7MPa,由此可見(jiàn),連接處的最大應(yīng)力比無(wú)矩理論的大28%左右。
2.2.2 根部附加應(yīng)力計(jì)算
若天線罩根部為固支時(shí),其附加彎矩和剪力為:
其中,D為彎曲剛度,D=Et3/12。當(dāng)P=4.5MPa時(shí),按此計(jì)算,在根部附近最大應(yīng)力為軸向應(yīng)力σ1=66MPa,周向應(yīng)力σ2=105MPa。
2.2.3 穩(wěn)定性計(jì)算
根據(jù)有矩理論,把天線罩當(dāng)作整體,在均勻外壓作用下,對(duì)于本罩的結(jié)構(gòu)尺寸,其臨界壓力按下式計(jì)算:
其中,D為筒殼直徑;L為筒殼長(zhǎng)度。代λ上述各參數(shù),計(jì)算得Pcr=7.82MPa