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《浙江大学》 2004年
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空间可展天线结构的设计分析与索膜结构分析

李刚  
【摘要】: 本文主要研究内容可分为两大部分,第一部分为空间可展天线结构的设计与分析;第二部分为索膜结构分析及CAD软件的开发研制。 随着宇航科技的发展,各相关学科对空间可展天线提出了更高的要求,主要体现在大口径、高精度两方面,为此各国学者提出了形式众多的空间可展天线结构概念,环形桁架可展天线是其中最具潜力的结构形式之一,是本文研究的一个重要方面。 环形桁架可展天线中心索网的预拉力配置问题是此类天线结构设计与分析的重点,目前,常采用的解决方法为非线性有限元平衡迭代。本文从桁架理论的奇异值分解出发,结合有约束线性优化方法,提出了解决这一问题的另一途径,编制了相应的分析程序,经过算例分析与验证,证明了该方法的正确性。文中对桁架理论的奇异值分解法、自应力模态、机构位移模态、有约束线性优化数学模型、约束矩阵集成等关键概念和技术进行了详细的推导说明。 结合课题组承接的科研项目,对一大型环形桁架可展天线结构实例进行了设计与分析,对设计分析的各个环节进行了详细的阐述,通过对该类天线四种常用索网形式的对比分析及各类结构参数的参数化分析,得出了索网形式及各类结构参数对其静、动力特性的影响规律,对此类可展天线的设计具有指导意义。 索膜结构是近年来在我国建筑业发展较迅速的一种结构形式,其设计分析内容包括:形态分析、荷载分析及裁剪分析。本文对形态分析的三种常用方法的原理进行了说明及公式推导。同时,基于节点力平衡原理,采用子结构的数值方法,提出了一种形态分析的新方法,编制了相应的分析程序,通过经典算例及工程实例对其可行性进行了验证,并指出了这种方法的优、缺点,针对其缺点,提出了相应的解决措施。 在索膜结构CAD软件开发方面,探讨了具备自身图形平台索膜结构CAD系统的研制与开发,提出了一种便于图形处理索膜结构有限元数据的数据结构形式,通过开发实例,证明了该种数据结构形式的可操作性,文中对索膜结构CAD开发的各个主要方面进行了详细的论述,所开发的索膜结构CAD系统(CMCAD)已经具备了索膜结构设计分析的大部分功能,如交互式图形建模、结果数据可视化等。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TU399

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