FAST铝制背架结构选型及优化研究

摘要

1994年中国天文学家提出了利用贵州喀斯特洼地，建造500m口径具有主动反射面的大型射电望远镜FAST（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope）的计划。目前，“整体索网结构+背架结构”方案已经被确定为FAST反射面支承结构的实施方案。作为主索网与面板之间的过渡环节，背架结构是张拉索网反射面支承系统中的一个重要组成部分，其性能直接影响到整个系统的精度和造价。前期对单层结构、单层弦支结构、双层结构、局部双层结构等四种较优的钢制背架结构方案进行了研究，并对前两种背架结构进行了全尺寸模型试验。钢制背架结构自重大，且钢材的耐腐蚀性能较差。FAST结构精度要求高，减轻结构自重对于提高精度至关重要。同时，FAST位于贵州喀斯特洼地，对结构材料的耐腐蚀性能要求较高。铝合金结构自重轻，耐腐蚀性好。因此，研究铝合金背架结构成为FAST结构研究的关键。
　　本文从网格划分方式、杆件截面尺寸、背架高度、节点连接形式等方面对铝制单层结构、双层结构、局部双层结构和局部单片桁架结构进行了更为细致深入的选型及优化研究，得到了背架结构最优参数，提出了两种较优的背架结构形式。前期对FAST整体结构的风环境进行了模拟，得出反射面板风压系数。但未考虑反射面板大面积开孔对风荷载产生影响。同时，由于反射面板精度要求较高，必须考虑网孔对反射面板受力和变形性能的影响。本文研究了单块反射面板开孔对风荷载的影响规律，同时采用参数分析的方法对面板的受力性能进行了精细化分析，得出不同荷载下的面板最优参数。对局部双层结构和局部单片桁架结构进行了全尺寸模型试验方案研究，以更好地确定背架结构实施方案。对背架节点连接形式进行了详细的设计，提出了整体式和分离式檩条；设计了成形精度试验、变位试验、加载试验三个试验方案，并给出了背架结构在加载和倾斜变位时的理论分析结果；为铝制背架模型试验提供了充分的准备。

目录

FAST铝制背架结构选型及优化研究

COMPARISON AND OPTIMIZATION

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 FAST反射面支承结构总体方案

1.3 FAST背架研究现状

1.3.1 背架结构重要性

1.3.2 背架结构形式

1.3.3 精度控制措施

1.4 铝制背架结构的提出

1.5 本文主要内容

第2章 铝制背架结构选型及优化

2.1 背架总体设计要求

2.1.1 背架几何构型

2.1.2 背架的功能要求和荷载条件

2.2 铝制背架结构选型及优化

2.2.1 檩条结构

2.2.2 单层背架结构

2.2.3 双层背架结构

2.2.4 局部双层背架结构

2.2.5 局部单片桁架结构

2.2.6 结构方案优选

2.3 铝制背架结构与钢制背架结构性能对比

2.3.1 单层背架

2.3.2 双层背架和局部双层背架

2.4 本章小结

第3章 FAST反射面板研究

3.1 FAST反射面板简介

3.2 反射面板风场模拟

3.2.1 面板建模及求解

3.2.2 面板风场模拟结果分析

3.3 面板受力性能研究

3.3.1 开孔面板受力性能分析

3.3.2 简化分析方法

3.4 本章小结

第4章 背架结构全尺寸模型试验方案研究

4.1 全尺寸模型试验简介及内容和目标

4.1.1 全尺寸模型试验简介

4.1.2 试验内容和目标

4.2 全尺寸模型设计

4.2.1 模型总体结构方案

4.2.2 背架整体构造设计

4.2.3 背架关键节点设计

4.3 试验方案设计

4.3.1 背架成形精度试验

4.3.2 背架倾斜变位试验

4.3.3 背架加载试验

4.4 背架结构理论分析结果

4.4.1 背架结构加载结果分析

4.4.2 背架结构变位结果分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢