一种边坡监测雷达转臂低频振动消除分析系统及方法与流程

1.本发明属于雷达监测领域，涉及有限元分析技术，具体是一种边坡监测雷达转臂低频振动消除分析系统及方法。


背景技术：

2.雷达的基本概念形成于20世纪初, 雷达技术发展极为迅速，雷达的频率从几十兆赫兹、提高到500兆赫以上、再到3000兆赫兹和10吉赫兹，实现了机载雷达小型化并提高了测量精度。雷达的类型从脉冲雷达发展到固态相控阵雷达、脉冲多普勒雷、防空用的二坐标和三坐标警戒引导雷达、地－空导弹制导雷达、远程导弹初始段靶场测量雷达和再入段靶场测量、回收雷达和机载合成孔径雷达。在民用方面，远洋轮船的导航和防撞雷达、飞机场的航行管制雷达以及气象雷达等均已生产和应用，以及用于大型露天矿边坡、山区、铁路公路沿线边坡、隧道桥梁等建筑物的形变监测预警的地基微型变监测雷达。
3.现有的雷达在军用和民用方面的应用多存在体积大、重量重的特点，而地基微型变监测雷达方便携带、拆装操作性简单、便携性好，但是地基微型变监测雷达的转臂是便携性的技术难点，雷达转臂过薄则会低频振动，过厚则会笨重而不便于野外携带。
4.为此，本发明提出一种边坡监测雷达转臂低频振动消除分析系统及方法，用于为雷达转臂选择合适的壁厚以及材料进而消除低频振动，实现地基微型变监测雷达的野外轻便携带以及提高测量精准度。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
6.为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种边坡监测雷达转臂低频振动消除分析系统，包括雷达转臂结构、材料选择模块、模型建立模块、载荷施加模块、振动分析模块以及决策制定模块；所述材料选择模块用于对雷达转臂结构进行材料选择以及厚度选择；材料选择模块将选定的材料属性以及对应的雷达转臂结构输入至模型建立模块；所述模型建立模块用于建立雷达转臂分析模型并发送至振动分析模块；所述振动分析模块用于对模型建立模块建立的雷达转臂分析模型进行振动分析，包括全局坐标建立以及模拟仿真；获取垂直于雷达转臂分析模型框架臂方向的振幅和应力的频率响应振幅；所述决策制定模块依次获取z向变形的频率响应中的次高峰的值以及z向应力的频率响应中的次高峰的值，并结合材料以及厚度生成数统表；决策制定模块根据数统表选择优选材料以及优选厚度，并设计相应材料厚度的雷达转臂结构。
7.优选的，材料选择模块对材料选择的过程包括以下过程：材料选择模块根据材料的种类将产品进行编号标记，标记为，其中i为正整数，且
i=1,2
……
n；n为材料种类的总数；并分别获取不同材料的材料属性，分别标记为sij，j表示材料属性的编号，且j=1,2,3,4；相对应的si1表示材料编号为i的弹性模量、si2表示材料编号为i的密度、si3表示材料编号为i的泊松比、si4表示材料编号为i的屈服强度。
8.优选的，材料选择模块根据雷达转臂的可调整厚度范围，将雷达转臂分为多组厚度，其中的可调整厚度范围根据雷达的结构进行范围调整，将多组雷达转臂厚度分别标记为，其中l为雷达转臂厚度编号，且l=1,2,
……
,m；m为厚度编号总数。
9.优选的，材料选择模块将选定的材料属性以及对应的雷达转臂结构输入至模型建立模块，所述模型建立模块根据收到的材料属性以及对应的雷达转臂结构生成雷达转臂模型，并根据材料选择模块设定的雷达转臂厚度生成多组雷达转臂模型，将多组材料不同、厚度不同的雷达转臂模型标记为雷达转臂分析模型。
10.优选的，所述振动分析模块对雷达转臂分析模型进行全局坐标建立的过程包括以下步骤：振动分析模块选定基础点，并将垂直于框架臂的方向标记为z轴，将平行于框架臂的方向标记为x轴，竖直向上的方向标记为y轴；所述基础点的选择为框架臂平面上，且位于框架臂与第三支撑臂、第四支撑臂连接位置的中心处。
11.优选的，所述振动分析模块对雷达转臂分析模型进行模拟仿真的过程包括以下步骤：步骤一：振动分析模块发送启振信号至载荷施加模块；步骤二：载荷施加模块接收到启振信号后，对雷达转臂分析模型沿着垂直于框架臂的方向施加载荷力；并按标准网格划分；步骤三：振动分析模块获取垂直于雷达转臂分析模型框架臂方向的振幅和应力的频率响应振幅；步骤四：振动分析模块将获取的垂直于雷达转臂分析模型框架臂方向的振幅和应力的频率响应振幅发送至决策制定模块。
12.优选的，所述载荷力为一个幅值10n，频率范围0-210hz，频率间隔10hz的谐波载荷。
13.根据本发明的第二方面的实施例提出一种边坡监测雷达转臂低频振动消除分析方法，包括以下步骤：材料选择模块对雷达转臂结构进行材料以及厚度的选择；并将选择后的材料以及厚度发送至模型建立模块；模型建立模块根据雷达转臂结构以及选择的材料以及厚度建立雷达转臂分析模型；振动分析模块将接收到的雷达转臂分析模型建立全局坐标，并发送启振信号至载荷施加模块；载荷施加模块对雷达转臂分析模型沿着垂直于框架臂的方向施加载荷力；振动分析模块获取垂直于雷达转臂分析模型框架臂方向的振幅和应力的频率响应振幅；并发送至决策制定模块；决策制定模块依次获取z向变形的频率响应中的次高峰的值以及z向应力的频率
响应中的次高峰的值，并结合材料以及厚度生成数统表；决策制定模块根据数统表选择优选材料以及优选厚度，并设计相应材料厚度的雷达转臂结构。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明用于为雷达转臂选择合适的壁厚以及材料进而消除低频振动，实现地基微型变监测雷达的野外轻便携带以及提高测量精准度；材料选择模块对雷达转臂结构进行材料以及厚度的选择并发送至模型建立模块；模型建立模块建立雷达转臂分析模型；振动分析模块建立全局坐标，并发送启振信号至载荷施加模块；载荷施加模块对雷达转臂分析模型沿着垂直于框架臂的方向施加载荷力；决策制定模块结合振动分析模块生成数统表；根据数统表选择优选材料以及优选厚度，并设计相应材料厚度的雷达转臂结构。
附图说明
15.图1为本发明的原理图；图2为本发明雷达转臂结构图；图3为本发明的流程图。
16.图中：1、框架臂；2、连接臂；3、第一支撑臂；4、第二支撑臂；5、第三支撑臂；6、第四支撑臂。
具体实施方式
17.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
18.现有的雷达在军用和民用方面的应用多存在体积大、重量重的特点，而地基微型变监测雷达方便携带、拆装操作性简单、便携性好，但是地基微型变监测雷达的转臂是便携性的技术难点，雷达转臂过薄则会低频振动，过厚则会笨重而不便于野外携带。
19.为此，本发明提出一种边坡监测雷达转臂低频振动消除分析系统及方法。
20.本发明实施例提供了一种边坡监测雷达转臂低频振动消除分析系统。参见图1，图1为本发明实施例提供的一种边坡监测雷达转臂低频振动消除分析系统的原理图。
21.如图1所示，一种边坡监测雷达转臂低频振动消除分析系统，包括雷达转臂结构、材料选择模块、模型建立模块、载荷施加模块、振动分析模块以及决策制定模块；如图2所示，在本技术中，所述雷达转臂结构包括框架臂1、连接臂2以及支撑臂，其中所述框架臂1以及连接臂2均为两条，其中的所述支撑臂为四条，分别为第一支撑臂3、第二支撑臂4、第三支撑臂5以及第四支撑臂6；两个所述连接臂2的一端分别与第一支撑臂3的两端固定连接，两个所述连接臂2的另一端分别与两个所述框架臂1固定连接，第二支撑臂4、第三支撑臂5以及第四支撑臂6依次安装在两条框架臂1的内侧，且第二支撑臂4、第三支撑臂5以及第四支撑臂6等间距设置；需要进行说明的是，由图2可以得出，当框架臂1、连接臂2以及支撑臂进行连接时，均通过螺栓和螺纹孔的连接关系锁紧，且在进行锁紧时，扭力一致；
本技术中的材料选择模块用于对雷达转臂结构进行材料选择以及厚度选择；在具体的实施方式中，材料选择模块对材料选择的过程包括以下过程：材料选择模块根据材料的种类将产品进行编号标记，标记为，其中i为正整数，且i=1,2
……
n；n为材料种类的总数；并分别获取不同材料的材料属性，分别标记为sij，j表示材料属性的编号，且j=1,2,3,4；相对应的si1表示材料编号为i的弹性模量、si2表示材料编号为i的密度、si3表示材料编号为i的泊松比、si4表示材料编号为i的屈服强度；在具体的实施方式中，材料选择模块对材料选择的过程包括以下过程：材料选择模块根据雷达转臂的可调整厚度范围，将雷达转臂分为多组厚度，其中的可调整厚度范围根据雷达的结构进行范围调整，将多组雷达转臂厚度分别标记为，其中l为雷达转臂厚度编号，且l=1,2,
……
,m；m为厚度编号总数；材料选择模块将选定的材料属性以及对应的雷达转臂结构输入至模型建立模块，所述模型建立模块根据收到的材料属性以及对应的雷达转臂结构生成雷达转臂模型，并根据材料选择模块设定的雷达转臂厚度生成多组雷达转臂模型，将多组材料不同、厚度不同的雷达转臂模型标记为雷达转臂分析模型；并将模型建立模块建立的雷达转臂分析模型发送至振动分析模块；所述振动分析模块用于对模型建立模块建立的雷达转臂分析模型进行振动分析，在本技术中，所述振动分析模块的分析过程包括两个部分，其中的第一部分为预分析过程即全局坐标建立的过程，所述振动分析模块对雷达转臂分析模型进行预分析的过程包括以下步骤：振动分析模块选定基础点，并将垂直于框架臂1的方向标记为z轴，将平行于框架臂1的方向标记为x轴，竖直向上的方向标记为y轴；在具体的实施例中，所述基础点的选择为框架臂1平面上，且位于框架臂1与第三支撑臂5、第四支撑臂6连接位置的中心处；其中的第二部分为模拟仿真过程：所述振动分析模块对雷达转臂分析模型进行模拟仿真的过程包括以下步骤：步骤一：振动分析模块发送启振信号至载荷施加模块；步骤二：载荷施加模块接收到启振信号后，对雷达转臂分析模型沿着垂直于框架臂1的方向施加载荷力；并按标准网格划分；其中，需要进行说明的是，所述载荷力为一个幅值10n，频率范围0-210hz，频率间隔10hz的谐波载荷；步骤三：振动分析模块获取垂直于雷达转臂分析模型框架臂1方向的振幅和应力的频率响应振幅；步骤四：振动分析模块将获取的垂直于雷达转臂分析模型框架臂1方向的振幅和应力的频率响应振幅发送至决策制定模块；所述决策制定模块用于选择优选材料以及优选厚度，具体的，所述决策制定模块选择优选材料以及优选厚度的过程为：步骤s1：决策制定模块将接收到的垂直于雷达转臂分析模型框架臂1方向的振幅和应力的频率响应振幅结合预应力模态分析得出雷达转臂的共振频率和最大变形；
步骤s2：决策制定模块依次获取z向变形的频率响应中的次高峰的值以及z向应力的频率响应中的次高峰的值，并结合材料以及厚度生成数统表；步骤s3：决策制定模块根据数统表选择优选材料以及优选厚度，并设计相应材料厚度的雷达转臂结构。
22.本发明实施例还提供了一种边坡监测雷达转臂低频振动消除分析方法。参见图3，图3为本发明实施例提供的一种边坡监测雷达转臂低频振动消除分析方法的流程图。
23.如图3所示，一种边坡监测雷达转臂低频振动消除分析方法，包括以下步骤：材料选择模块对雷达转臂结构进行材料以及厚度的选择；并将选择后的材料以及厚度发送至模型建立模块；模型建立模块根据雷达转臂结构以及选择的材料以及厚度建立雷达转臂分析模型；振动分析模块将接收到的雷达转臂分析模型建立全局坐标，并发送启振信号至载荷施加模块；载荷施加模块对雷达转臂分析模型沿着垂直于框架臂1的方向施加载荷力；振动分析模块获取垂直于雷达转臂分析模型框架臂1方向的振幅和应力的频率响应振幅；并发送至决策制定模块；决策制定模块依次获取z向变形的频率响应中的次高峰的值以及z向应力的频率响应中的次高峰的值，并结合材料以及厚度生成数统表；决策制定模块根据数统表选择优选材料以及优选厚度，并设计相应材料厚度的雷达转臂结构。
24.上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
25.以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。