一种大型反射面天线的有限元建模与优化设计

摘要

随着天文观测和空间探索活动的日趋活跃,反射面天线正朝着大口径、高频段的方向发展。然而,由天线口径的增加引起的表面变形势必对天线性能产生一定的影响。因此,对大型天线的结构设计、优化以及变形补偿的研究具有实际而重要的意义。本文旨在利用有限元建模软件完成对天线结构各部分的参数化建模,并通过与优化软件 Isight之间的交互来实现对天线结构的优化设计,进一步研究通过分段最佳吻合抛物面的方法来实现对天线变形主面的保型设计,为保证天线结构的合理设计和工作指标奠定了基础。
　　首先,本文对天线结构优化的相关理论和方法做了深入地研究,结合某天线副反射面支撑的案例分析,验证了利用有限元软件 ANSYS和优化软件 Isight进行结构优化设计的可靠性和有效性。
　　其次,根据天线结构设计要求和有限元建模的基本原则,分别建立了110m反射面天线底座和反射体的参数化有限元模型。完成了三种不同结构型式的天线底座在等效作用力下的有限元分析,确定了 A型框架结构的天线座设计方案。同时,完成了对反射体初始模型的重力分析,为后续的结构优化改进奠定了基础。
　　之后,建立了110m反射面天线多工况、多尺度下的结构优化模型,并完成了对设计变量的归并与归一化处理,利用 ANSYS和 Isight之间的交互设计完成了对模型的优化工作。同时,对优化后的模型进行了风载与模态的校核分析,确保天线可以安全有效地工作。
　　最后,基于110m反射面天线的有限元分析结果,利用分段最佳吻合抛物面的方法实现了对变形主面的保型设计。计算得到的最佳吻合参数,可以被用来指导天线工作时的实时调整,有效地提高了天线性能。

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第一章 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 大型反射面天线的发展现状

1.3 反射面天线结构优化设计理论与发展

1.4 论文研究内容与安排

第二章 优化设计的相关理论与实例验证

2.1 引言

2.2 天线结构优化基本理论与方法

2.3 通过 Isight 与 ANSYS 之间交互的优化设计

2.4 优化案例分析

2.5 本章小结

第三章 110m 口径反射面天线的结构分析

3.1 引言

3.2 参数化建模与模型简化

3.3 天线结构设计要求及项目技术指标

3.4 方位架建模与有限元分析

3.5 反射体建模及有限元分析

3.6 本章小结

第四章 110m 口径反射面天线结构的多工况联合优化设计

4.1 引言

4.2 反射面天线结构优化设计的数学描述与求解

4.3 110m 天线模型反射体的多工况联合优化

4.4 优化模型的校核分析

4.5 本章小结

第五章 110m 口径反射面天线的保型设计

5.1 引言

5.2 保型设计思想与分段抛物面拟合计算

5.3 变形主面的吻合模型

5.4 110m 口径反射面天线变形主面的吻合计算

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

在研期间研究成果