网状编织结构力学性能分析

摘要

大功率无源微波部件以及天线中的电磁波干扰问题，严重影响着卫星通信系统的设计、实现及正常稳定的工作。网状反射面天线是移动通信、电子侦察、数据中继、微波遥感等卫星上的关键设备之一，然而，天线上用于反射和接收信号的网状编织结构──金属网，是产生电磁波干扰的关键非线性部件之一。电磁波干扰问题是由网状反射面固有非线性引起的，非线性主要包括接触非线性和材料非线性。接触非线性在金属网结构中不可避免，是产生干扰的主要根源。研究发现，金属网接触结的接触力直接决定了接触非线性。因此，对网状反射面进行力学分析，获得其接触力，具有重要研究意义。另外，本文研究的网状反射面力学分析方法，为网状反射面的精确建模，以及后期的力学分析奠定了基础。
　　本文针对网状天线金属网编织结构复杂、力学建模困难且存在尺寸非线性效应等问题，研究了金属网结构的分形力学方法，主要研究内容为：
　　1.研究小尺寸金属网结构的弹性性能。首先，结合图像测量、样条插值、截面扫描以及编织单元拼接等方法建立金属网结构的几何模型，并获得其力学模型，进而借助仿真分析探究其力学性能，验证网状反射面金属网结构的正交各向异性性能。然后，采用仿真分析与有限元技术研究具有正交各向异性性质的金属网结构，探究其力学等效的方法，利用正交各向异性平面应力结构描述金属网结构的力学性能。最后，建立弹性性能参数识别的数学模型，获得小尺寸金属网的等效弹性性能参数。
　　2.研究金属网结构的分形力学分析方法。以小尺寸金属网参数为基础，研究金属网结构的分形力学分析，揭示其分形特征。首先，研究金属网结构小岛分维和计盒分维的计算方法，并利用这两种分维描述金属网的分形特征。接下来，利用推广的Sierpinski毯描述金属网结构的力学性能，推导金属网结构的刚度矩阵，建立弹性性能参数与金属网尺寸间的关系，基于小尺寸金属网结构参数预测大尺寸金属网的力学参数。最后，通过算例验证了该方法的可行性。
　　3.研究网状反射面金属网接触力的统计分析。从统计学的角度，研究网状反射面上指定区域的接触力统计分布规律。以偏馈环形桁架式网状可展开天线为例，根据网状反射面金属网力学分析的思路，编制应用性强的界面程序，研制网状反射面金属网接触力分析软件，通过图形用户界面呈现分析结果，给出网状反射面指定区域金属网接触力均值的分布云图，以及指定接触结的接触力。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 网状反射面金属网结构

1.3 国内外研究现状

1.4 研究目的意义及本文研究工作

第二章 小尺寸金属网结构等效弹性性能参数识别

2.1 引言

2.2 金属网结构建模与仿真分析

2.3 金属网结构的正交各向异性性质

2.4 等效弹性性能参数的识别方法

2.5 应用举例与分析

2.6 本章小结

第三章 网状反射面金属网分形力学分析

3.1 引言

3.2 分形维数与分形测度

3.3 金属网结构的分形特征

3.4 大尺度金属网弹性性能参数分形力学预测

3.5 弹性性能参数预测实例

3.6 本章小结

第四章 网状反射面金属网接触力统计分析

4.1 引言

4.2 网状反射面金属网接触力分析界面程序

4.3 实例分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

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