FAST反射面支承結(jié)構(gòu)的索網(wǎng)和鋼索疲勞性能研究.pdf

1、反射面的面積是衡量射電望遠(yuǎn)鏡性能的重要指標(biāo)之一，只有擁有更大的接收面積才能夠觀測(cè)到更遠(yuǎn)、更多的天體。我國(guó)天文學(xué)家1994年提出了在貴州喀斯特洼地中建造世界最大的500m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST(Five-hundred-meterApertureSphericalTelescope)的建議和工程方案，其計(jì)劃列為國(guó)家重大科學(xué)工程，于2008年12月正式啟動(dòng)。其中，主動(dòng)反射面(Activereflector)作為FAST三大自主創(chuàng)新之一，

2、是一個(gè)500m直徑的巨型大跨度空間結(jié)構(gòu)。通過(guò)促動(dòng)器拖動(dòng)下拉索來(lái)控制主索節(jié)點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)變位，其實(shí)質(zhì)是一種特殊、長(zhǎng)期、高應(yīng)力幅的往復(fù)疲勞荷載。在30年的運(yùn)行期間內(nèi)，預(yù)計(jì)總共有至少數(shù)十萬(wàn)次的觀測(cè)，主索網(wǎng)的疲勞應(yīng)力幅為470MPa。綜合考慮到FAST長(zhǎng)時(shí)巡天觀測(cè)和隨機(jī)獨(dú)立觀測(cè)的不確定性，以及國(guó)家重大科學(xué)工程的重要性，國(guó)家天文臺(tái)FAST主動(dòng)反射面項(xiàng)目組提出，在滿足30年使用條件下，構(gòu)成索網(wǎng)的拉索滿足超高應(yīng)力幅500MPa、通過(guò)200萬(wàn)

3、次疲勞試驗(yàn)的苛刻技術(shù)條件。基于以上思想，本文結(jié)合FAST的功能要求和特點(diǎn)，對(duì)FAST主動(dòng)反射面整體支承結(jié)構(gòu)的索網(wǎng)進(jìn)行了完整系統(tǒng)的疲勞統(tǒng)計(jì)分析，并且完成了新型鋼索的設(shè)計(jì)及疲勞試驗(yàn)研究。
　　首先，研究FAST索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的找形方法，進(jìn)行基準(zhǔn)球面找形分析，采用有限元分析軟件ANSYS，并基于該軟件二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)APDL語(yǔ)言進(jìn)行找形及主動(dòng)變位程序模塊的編制。
　　建立與實(shí)際地面標(biāo)高相符的FAST主動(dòng)反射面索網(wǎng)和周圈鋼構(gòu)的整體一體化結(jié)構(gòu)模

4、型。進(jìn)行完整的主動(dòng)變位疲勞分析，統(tǒng)計(jì)FAST索網(wǎng)結(jié)構(gòu)在30年使用期內(nèi)，各個(gè)主索單元在300～350MPa、350～400MPa、400～425MPa、425～450MPa、450～475MPa、475～500MPa等不同應(yīng)力幅范圍內(nèi)的疲勞次數(shù)，分析鋼索的疲勞性能。同時(shí)校核整體結(jié)構(gòu)在關(guān)鍵工況下的安全性能，保證其能滿足FAST的使用精度要求。
　　在疲勞統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行新型鋼索的設(shè)計(jì)以滿足其疲勞性能。優(yōu)選國(guó)內(nèi)鋼絞線進(jìn)行應(yīng)力幅為500