索網(wǎng)天線結(jié)構(gòu)基于參變量變分原理的非線性有限元分析.pdf

1、大型周邊桁架式索網(wǎng)天線具有收縮比大、電性能好、質(zhì)量體積比不會(huì)成比例增加等優(yōu)點(diǎn)?？臻g飛行試驗(yàn)表明，就反射面型面精度和在軌穩(wěn)定性而言，周邊桁架式索網(wǎng)天線是大型可展開(kāi)天線的理想形式。目前，我國(guó)在此領(lǐng)域的研究與發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距。準(zhǔn)確、穩(wěn)定以及高精度的數(shù)值計(jì)算可以節(jié)省大量資源，縮短研發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)水平。
　　基于以上目的，本文提出了基于參變量變分原理的非線性有限元求解方法，導(dǎo)出了索網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析的高精度、高穩(wěn)定性算法，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了在

2、軌變形分析和預(yù)測(cè)、自振分析以及找形分析的研究，并開(kāi)發(fā)出一套專用分析軟件。主要工作包括:
　　(1)整體索網(wǎng)天線結(jié)構(gòu)幾何模型的建立。大型周邊桁架式索網(wǎng)天線具有相似的幾何構(gòu)造形式，根據(jù)此類天線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文研究了對(duì)天線整體參數(shù)化建模的方法，根據(jù)Agrawal網(wǎng)格生成理論，完成索網(wǎng)天線反射面的設(shè)計(jì)及天線整體幾何模型的建立。
　　(2)基于參變量變分原理的非線性有限元方法研究。首先針對(duì)含預(yù)應(yīng)力索單元拉壓模量不同分段描述的本構(gòu)關(guān)系，

3、通過(guò)引入?yún)⒆兞?，?dǎo)出了基于參變量及其互補(bǔ)方程的統(tǒng)一描述形式;然后利用Lagrangian應(yīng)變描述索網(wǎng)天線結(jié)構(gòu)大變形問(wèn)題，結(jié)合幾何非線性有限元法，建立了基于參變量的非線性平衡方程和線性互補(bǔ)方程;并給出了Newton-Raphson迭代法與Lemke算法相結(jié)合的求解算法。
　　(3)索網(wǎng)天線結(jié)構(gòu)的在軌變形分析和預(yù)測(cè)以及自振特性研究。考慮溫度場(chǎng)的影響，將溫度應(yīng)力轉(zhuǎn)換為單元的廣義預(yù)應(yīng)力進(jìn)行求解，從而完成索網(wǎng)天線結(jié)構(gòu)的在軌變形分析和預(yù)測(cè)研究

4、;對(duì)大型周邊桁架式索網(wǎng)天線進(jìn)行自振分析，將靜態(tài)分析的結(jié)果附加到整體剛度陣上，組集質(zhì)量陣，假定結(jié)構(gòu)體系的振動(dòng)是無(wú)阻尼振動(dòng)，根據(jù)達(dá)朗貝爾原理(D.Alembert's principle)，計(jì)算求得結(jié)構(gòu)的自振頻率和振動(dòng)模態(tài)。
　　(4)索網(wǎng)天線找形分析研究。采用基于參變量變分原理的非線性有限元方法，結(jié)合改進(jìn)的逆迭代法對(duì)大型索網(wǎng)天線進(jìn)行找形分析與預(yù)應(yīng)力優(yōu)化的研究。
　　(5)綜合以上研究工作，基于Matlab平臺(tái)開(kāi)發(fā)了大型索網(wǎng)天線