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星载赋形天线曲面设计及索膜结构形面设计分析

张伟才  
【摘要】: 本论文共有两个部分。 根据总装预研基金“十五”课题,我们开展了星载赋形天线的研究。其形面设计是一个曲面寻优的过程,即要求反射面的服务区域和期望的服务区域能最大可能的重合,在这个约束条件下对原来的曲面进行调整。本文在比较清楚的介绍了赋形天线技术及其优点以及不同的找形方法后,对这些方法做出比较,然后选择了较方便的一种方法,即栅格相位法,和传统的天线赋形方法结合,进行二次设计,给出一种改进的设计方法。本方法利用传统的赋形方法为相位优化提供更简单的方式,提出利用“最优波程”来实现,这使得两种方法结合更加严密,形成一个整体。本文还通过算例验证这个方法的可行性,证明利用此方法是可以得到期望的赋形波束,实际中是可行的。 索膜结构的近年来应用比较广泛的一种结构,其施工快、造型美,在公共建筑中发挥了重要的作用。其本身也是在寻找最优曲面,其约束条件是边界。本文对索膜结构的主要三种数字分析方法有限元法、动力松弛法以及力密度法都有所论述。但主要是对有限元法和力密度法做了比较详细的工作。对有限元法,本文通过已有的程序Ansys作为平台,进行前处理,对索膜结构找形分析的有限元法从另一个角度做出解释,利用现有的单元来实现找形过程,这个过程中可能出现的问题以及采取相应措施尽可能的减小误差,这种方法方便、快捷,通过实际工程的证明是可行的。对力密度法,本文做了更详细的论述,指出了在以往的分析方法中离散膜片时出现的问题,并提供了解决方法来解决网格钝化问题,使得其分析过程和实际受力情况更为相符。最后本文详细的介绍了索膜结构的荷载分析过程,包括自应力荷载、平面外活荷载以及风荷载。对于平面外荷载,本文提出利用附着单元的方法使得计算在误差范围之内更加容易收敛;对于风荷载,利用实际例子来说明流固耦合分析的可行性与必要性。这些利用有限元进行各项数值分析的工作,为以后的设计提供了参考。 索膜结构的设计和分析是一个正在兴起的热点问题,还有很多工作需要进一步的深入研究。


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