孫明亮++黃云

摘要：針對(duì)某型車載短波天饋線系統(tǒng)天線桿斷裂問(wèn)題，查找原因，分析機(jī)理，制定措施，試驗(yàn)驗(yàn)證，使其斷裂問(wèn)題得到了有效解決。

關(guān)鍵詞：天線；斷裂；原因；機(jī)理；措施；驗(yàn)證

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）30-0227-02

1 問(wèn)題的提出

2017年6月，2套某型車載短波天饋線系統(tǒng)隨車進(jìn)行+70℃高溫貯存試驗(yàn)后，外觀檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)2臺(tái)車上天線桿均斷裂。

經(jīng)查，2根斷裂天線桿均為2012年生產(chǎn)的產(chǎn)品。2012年3月，因天線桿斷裂問(wèn)題嚴(yán)重，已通過(guò)整改使問(wèn)題得到了解決。但因情況特殊，沒(méi)有對(duì)該2套試驗(yàn)用的天線予以更換，從而造成了這次天線桿斷裂問(wèn)題的發(fā)生。

2 故障機(jī)理分析

1） 斷裂處受力分析

圖1 天線安裝示意圖

從天線安裝示意圖可見，玻璃鋼鞭體在使用狀態(tài)下彎曲成半圓周（?。?，直徑為2500mm（按電小環(huán)天線計(jì)算此時(shí)輻射效率達(dá)到最佳）。按技術(shù)要求，該玻璃鋼鞭體既可工作在半環(huán)無(wú)盲區(qū)狀態(tài)（0-1000Km通信）、也可工作在直立狀態(tài)（大于1000Km通信）。為此，制作復(fù)合材料所形成的自然形狀為直立鞭狀，其復(fù)合材料形成后的機(jī)械強(qiáng)度特性應(yīng)具備良好的彈性。玻璃鋼從直立彎曲到半環(huán)的過(guò)程，也就是內(nèi)應(yīng)力從零逐漸增大的過(guò)程。由于半環(huán)兩端彈簧和萬(wàn)向節(jié)的緩沖作用，兩端玻璃鋼鞭體彎曲的曲率沒(méi)有中間兩節(jié)大，內(nèi)應(yīng)力也較中間兩節(jié)小許多，中間兩節(jié)的彎曲沒(méi)有任何緩沖，完全依靠自身的彈性模量來(lái)支撐所需的彎曲曲率，所以，中間區(qū)域是內(nèi)應(yīng)力的集中范圍，也是最大范圍。

依據(jù)法國(guó)TERC公司陸軍HADES項(xiàng)目設(shè)計(jì)，SAMCEF有限元方法計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算結(jié)果圖（來(lái)自TERC公司產(chǎn)品介紹資料）如下：

應(yīng)力仿真圖（2、3）可以看到，不同的色譜代表著不同的應(yīng)力，色譜的深淺（無(wú)色時(shí)的黑和白）代表著應(yīng)力的大小。可以直觀地看到，沿半環(huán)復(fù)合鞭體每一微分截面所受到的應(yīng)力都不是單一的，而且沿半環(huán)所受應(yīng)力并不均勻。

圖中：ΣF —— 彎曲力；

ΣF1 —— ΣF在水平方向上的分力（拉應(yīng)力和壓應(yīng)力）；

ΣF2 —— ΣF在垂直方向上的分力（剪切力）；

θ —— 彎曲力與其分力的夾角；

ΣE —— 抗彎力矩；

Φ —— 玻璃鋼復(fù)合體最大外徑（微分截面最大力臂長(zhǎng)）。

實(shí)際受力測(cè)量數(shù)據(jù)：

ΣF= 102.9 N ； θ= 10.425°； Φ=17.3mm

ΣF1 = ΣF * COSθ =101.2 N ；

ΣF2 = ΣF * SINθ = 18.62 N ；

ΣE = ΣF * Φ =1780.17 Nmm 。

從斷裂范圍受力數(shù)據(jù)可看出，彎曲時(shí)鞭體受到的是復(fù)合力沖擊，從力的分解可知，水平方向的力大于垂直力，對(duì)斷裂造成的影響較大，壓應(yīng)力和拉應(yīng)力互為支點(diǎn)、大小相等、方向相反，彎曲中的玻璃鋼鞭體主要受到拉應(yīng)力ΣF1、壓應(yīng)力ΣF1、抗彎力矩 ΣE這三個(gè)內(nèi)應(yīng)力以及絲桿頂端與玻璃鋼結(jié)合部在彎曲中形成的支點(diǎn)力和力矩這兩個(gè)外力，復(fù)合后形成斷裂的破壞力。

2） 原因分析

為保證天線在半環(huán)狀態(tài)下正常使用而不出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，需要彎曲狀態(tài)玻璃鋼鞭體的抗彎強(qiáng)度應(yīng)高于復(fù)合后的破壞力。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)提高玻璃纖維絲纖維密度、控制膠液與玻璃纖維絲復(fù)合均勻度及玻璃鋼復(fù)合體密度能有效提高天線桿抗彎強(qiáng)度。據(jù)此，對(duì)斷裂天線桿進(jìn)行分析判斷，造成天線桿斷裂的主要原因如下：

（1） 斷裂處正好是整個(gè)彎曲玻璃鋼鞭體的最大復(fù)合應(yīng)力處，而該處的玻璃鋼體在制作過(guò)程中纖維密度不夠。

（2） 膠液與玻璃纖維絲在形成復(fù)合體的過(guò)程中，由于膠液的稀稠度和膠液調(diào)制后固化時(shí)間的控制工藝沒(méi)有固化，造成膠液與玻璃纖維絲之間融合不均勻，剛調(diào)制好的膠液流動(dòng)性好，與纖維絲融合好，膠液中固化劑隨著時(shí)間的推移，膠液流動(dòng)性變差，融合變差。

（3） 壓制模具孔徑不一致，使合模后壓力不一致，造成形成的玻璃鋼復(fù)合體密度不一致，抗彎強(qiáng)度不同，密度太高的復(fù)合體剛性過(guò)高，脆性加大，抗彎強(qiáng)度降低。

3 整改措施

經(jīng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面的分析、檢查，制定了工藝改進(jìn)和模具更換等整改措施。主要措施如下：

（1） 繞制專用設(shè)備改造；

（2） 調(diào)整對(duì)玻璃鋼復(fù)合體有直接影響的輔助添加劑配方；

（3） 應(yīng)力薄弱點(diǎn)的設(shè)計(jì)改進(jìn)；

（4） 生產(chǎn)環(huán)境改造（解決季節(jié)溫差的影響）；

（5） 膠液流動(dòng)性控制工藝，建立定量工藝制度；

（6） 原有問(wèn)題模具全部報(bào)廢，重新開具合格模具；

（7） 增加改進(jìn)工藝流程中保證纖維絲和膠液融合到位的輔助設(shè)備與工裝；

（8） 對(duì)復(fù)合體合成固化過(guò)程進(jìn)行定時(shí)、定溫控制，并形成制度。

4 效果與結(jié)論

1） 對(duì)整改前后天線歷年故障情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其故障率如下：

通過(guò)整改前后用戶使用故障率統(tǒng)計(jì)對(duì)比，整改后的天線故障率明顯下降，有效地解決了天線使用中存在的斷裂問(wèn)題。

2） 為了進(jìn)一步驗(yàn)證，2017年9月從嚴(yán)要求，按裝車廠試驗(yàn)大綱，抽取2套整改后不同年份生產(chǎn)的天線連續(xù)進(jìn)行3個(gè)循環(huán)的高低溫試驗(yàn)，天線均未出現(xiàn)裂痕、裂紋和斷裂現(xiàn)象，驗(yàn)證了整改后的天線滿足天線在高低溫等極限條件下的使用要求（由于篇幅有限，試驗(yàn)報(bào)告不再列出）。

綜上所述，整改后的車載短波天饋線系統(tǒng)天線滿足實(shí)際使用和驗(yàn)證考核要求，充分證明了所采取的改進(jìn)措施有效，使其斷裂問(wèn)題得到了解決，從而消除了使用中的隱患。