柔索结构大型射电望远镜天线结构设计与分析

摘要

为了满足射电天文观测的要求,中科院国家天文台提出建造大口径射电天文望远镜(PAST),以探测遥远宇宙的微弱信息,获得重大的天文发现.主要要求在满足天线电性能的前提下,尽可能的减小天线造价.本文的主要任务是针对以上要求,提出设计一种新型的单偏置抛物面天线,建立了其参数化模型,并分别对不同口径的抛物面天线进行参数化、有限元分析.本文针对实际的结构方案,考虑天线的工作特性,建立了天线分析模型;在给定索初应力的前提下,对天线结构进行了非线性静力分析;对天线结构的动力学分析是本文研究的一个主要内容.通过结构模态分析,找出了结构的内在固有振动特性;模拟计算了施加于结构的随机风荷,并对结构的随机风振响应作了较深入的研究.在分析研究中,发现了结构的抗风能力较差.依据结构低阶振型的振动特性对结构进行了合理改进.改进后的结构的随机风振响应分析结果表明结构的抗风能力得到明显提高.对FAST天线的ADINA有限元模型进行了向ANSYS有限元模型的转换移植工作,并进行了静力分析与模态分析,结果表明移植后的有限元模型是比较准确的.本文工作为今后FAST天线的科研工作建立了一个良好的预研基础平台.

目录

文摘

英文文摘

创造性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

§1.1大口径射电望远镜的结构综述

§1.2宇宙原初结构探测望远镜(PAST)研究背景和技术指标

§1.2.1研究背景

§1.2.2技术指标

§1.3特大型射电望远镜(FAST)的研究背景和技术指标

§1.3.1研究背景

§1.3.2技术指标

§1.4本文的主要工作

第二章PAST天线结构有限元参数化模型的建立

§2.1引言

§2.2单偏置抛物面天线的坐标关系与几何结构

§2.2.1天线口径的选取

§2.2.2偏置高度h的选取

§2.2.3焦距f的选取

§2.2.4部分天线参数设计结果

§2.3 PAST天线结构新概念设计

§2.3.1主反射面结构

§2.3.2背架结构

§2.3.3拉索结构

§2.4结构有限元单元的选取

§2.4.1单元特性

§2.4.2几何非线性

小结

第三章PAST天线结构的有限元静力分析

§3.1引言

§3.2重力载荷的处理

§3.2.1单元尺寸

§3.2.2重力载荷下的计算结果

§3.3稳态风荷的处理

§3.4反射面变形的均方根值计算

小结

第四章风荷载的模拟

§4.1引言

§4.2风的基本特性

§4.2.1风的概述

§4.2.2平均风速

§4.2.3脉动风的功率谱

§4.3风的模拟

§4.4计算例题和结论

§4.5天线结构上随机风速的模拟

小结

第五章PAST天线结构的动力分析

§5.1引言

§5.2天线结构的动力学模型

§5.2.1质量矩阵

§5.2.2刚度矩阵(局部坐标系下)[2刀

§5.2.3阻尼矩阵

§5.2.4求解动力学方程参数

§5.3结构模态分析

§5.4随机风荷下的结构时域响应分析

§5.4结构的改进与重分析

§5.4.1结构的改进

§5.4.2模态分析

§5.4.3随机风振响应分析

§5.4.3反射面均方根误差的计算

小结

第六章FAST天线结构模型的移植与对比

§6.1引言

§6.2 ADINA模型向ANSYS模型的移植

§6.2.1 ADINA有限元模型

§6.2.2 ANSYS有限元模型的建立

§6.3模型分析结果的对比

§6.2.1静力分析

§6.2.2模态分析

小结

第七章总结与展望

致谢

参考文献

在读期间的研究成果