索網(wǎng)天線結構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)量體積比不會成比例增加等優(yōu)點?？臻g飛行試驗表明，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)天線是大型可展開天線的理想形式。目前，我國在此領域的研究與發(fā)達國家還有一定的差距。準確、穩(wěn)定以及高精度的數(shù)值計算可以節(jié)省大量資源，縮短研發(fā)周期，提高設計水平。
　　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，導出了索網(wǎng)結構分析的高精度、高穩(wěn)定性算法，在此基礎上開展了在

2、軌變形分析和預測、自振分析以及找形分析的研究，并開發(fā)出一套專用分析軟件。主要工作包括:
　　(1)整體索網(wǎng)天線結構幾何模型的建立。大型周邊桁架式索網(wǎng)天線具有相似的幾何構造形式，根據(jù)此類天線的結構特點，本文研究了對天線整體參數(shù)化建模的方法，根據(jù)Agrawal網(wǎng)格生成理論，完成索網(wǎng)天線反射面的設計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。首先針對含預應力索單元拉壓模量不同分段描述的本構關系，

3、通過引入?yún)⒆兞?，導出了基于參變量及其互補方程的統(tǒng)一描述形式;然后利用Lagrangian應變描述索網(wǎng)天線結構大變形問題，結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方程;并給出了Newton-Raphson迭代法與Lemke算法相結合的求解算法。
　　(3)索網(wǎng)天線結構的在軌變形分析和預測以及自振特性研究?？紤]溫度場的影響，將溫度應力轉換為單元的廣義預應力進行求解，從而完成索網(wǎng)天線結構的在軌變形分析和預測研究

4、;對大型周邊桁架式索網(wǎng)天線進行自振分析，將靜態(tài)分析的結果附加到整體剛度陣上，組集質(zhì)量陣，假定結構體系的振動是無阻尼振動，根據(jù)達朗貝爾原理(D.Alembert's principle)，計算求得結構的自振頻率和振動模態(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，結合改進的逆迭代法對大型索網(wǎng)天線進行找形分析與預應力優(yōu)化的研究。
　　(5)綜合以上研究工作，基于Matlab平臺開發(fā)了大型索網(wǎng)天線