時(shí)變索網(wǎng)形狀控制與FAST反射面結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、結(jié)構(gòu)工程作為一門古老的學(xué)科發(fā)展到今天,隨著社會(huì)的進(jìn)步與學(xué)科的交叉,出現(xiàn)了各種各樣以滿足不同使用功能的結(jié)構(gòu)形式和體系.在天文上,大射電望遠(yuǎn)鏡需要實(shí)時(shí)可變的大型反射面,其支撐結(jié)構(gòu)為大跨度預(yù)應(yīng)力索網(wǎng).本文的主要目的是建立時(shí)變索網(wǎng)的概念,研究時(shí)變索網(wǎng)的形狀控制理論,最后針對大射電望遠(yuǎn)鏡反射面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行分析研究.本文綜合分析當(dāng)前柔性結(jié)構(gòu)體系找形分析方法,解決時(shí)變索網(wǎng)基準(zhǔn)態(tài)形狀確定問題.對時(shí)變索網(wǎng)基準(zhǔn)態(tài)進(jìn)行第一類形狀確定分析,

2、提出了逆迭代法的基本原理并將其應(yīng)用于索體系.本文借助桿系結(jié)構(gòu)基本理論,得到了時(shí)變索網(wǎng)形狀轉(zhuǎn)變線性控制方法.預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在一定的外荷載形式下表現(xiàn)出較強(qiáng)的非線性.但對于不考慮外荷載,僅通過改變索段伸長來控制節(jié)點(diǎn)位移的預(yù)應(yīng)力索體系,由于其不會(huì)激活體系機(jī)構(gòu)位移,再加上索段伸長改變較小,可采用線性分析的方式進(jìn)行分析計(jì)算.本文基于動(dòng)不定靜不定桿件體系的矩陣分析理論,借助優(yōu)化方法系統(tǒng)的提出了桿(索)體系的線性位移控制方法.本文基于能量原理提出了時(shí)變索網(wǎng)

3、非線性位移的控制方法.推導(dǎo)出索網(wǎng)變形后平衡方程,再結(jié)合節(jié)點(diǎn)位移與桿件應(yīng)變的非線性關(guān)系得到桿件伸長與節(jié)點(diǎn)位移的非線性等式約束,借助優(yōu)化方法提出了桿(索)體系的非線性位移控制方法.本文結(jié)合FAST(Five-hundred meter Aperture Spherical Telescope的簡稱,即500m口徑球面望遠(yuǎn)鏡)反射面支承結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),對FAST全球面預(yù)應(yīng)力張拉索網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),在保證反射面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全性和FAST工作精度的條件下,提

4、出了實(shí)時(shí)擬合工作拋物面的方法,優(yōu)化計(jì)算合理的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及預(yù)應(yīng)力體系.由于FAST全球面索網(wǎng)反射面實(shí)時(shí)可變,需確定其基準(zhǔn)態(tài),采用逆迭代法進(jìn)行形狀確定;反射面在工作時(shí)需形成工作態(tài)拋物面,采用支座位移進(jìn)行擬合控制.本文采用頻域分析方法,計(jì)算了FAST全球面索網(wǎng)風(fēng)振反應(yīng).本文還對FAST反射面網(wǎng)格鋁板進(jìn)行了非線性分析.首先采用薄板非線性分析的近似方法--能量變分法給出正三角形薄板非線性變形近似解并與有限元分析比較,然后采用理論分析與參數(shù)分析綜合的