绳索-金属丝网组合结构形面调整及力热匹配设计

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网状可展开天线是目前在航天领域应用最广泛的一类天线,其反射面是由绳索-金属丝网组合结构构成。为了满足日益发展的高精度网状天线的要求,本文对索网结构形面精度调整、金属丝网力学性能分析方法以及绳索-金属丝网组合结构力热匹配设计等关键问题进行研究:  1.研究了不确定性索网结构的形面调整方法。在索网结构形面调整过程中,建立索网结构调整模型是实施形面调整的基础和先决条件。由于测量误差和不确定性的限制,包括节点位置,边界条件和索力在内的测量信息是不确定的。本文把不确定变量当做区间值,提出区间力密度法来计算不确定索网结构的形面均方根误差,然后建立优化模型寻找调整索的最佳调整量,从而获得高形面精度。引进多维进退算法用于求解优化模型。最后通过数值算例验证提出的形面调整方法的有效性和可行性。  2.研究了编织金属丝网结构的力学性能。柔性金属丝网是研制空间网状可展开天线的关键构件之一,受编织形式、接触点分布状态、形状规则程度等多因素影响,金属丝网结构的力学建模变得极为困难。为此,本文针对小尺寸金属丝网的力学性能进行研究,考虑其弯曲刚度,采用正交各向异性平板弯曲结构对金属丝网进行等效,获得其弹性参数,同时研究金属丝网弹性参数随着其边界载荷变化的规律。以two-bar tricot编织金属丝网结构为算例,通过仿真验证了本文弹性参数识别方法的有效性,且表明了金属丝网的弹性参数随边界载荷非线性变化。  3.研究了绳索-金属丝网组合结构力热匹配设计方法。网状可展开天线的反射面是由柔性纤维绳索与金属丝网组成。由于不同材料力热特性差异引起金属丝网与纤维绳索变形不协调,进而影响绳索-金属丝网组合结构的预应力分布与形面精度。因此,研究绳索-金属丝网组合结构的力热匹配设计问题具有重要的意义。本文采用只承受张力的两节点杆单元模拟绳索,利用膜单元模拟金属丝网结构,建立绳索-金属丝网组合结构力学模型,分析温度变化对绳索-金属丝网组合结构热变形的影响规律,接着对绳索截面参数进行了匹配设计,实现绳索与金属丝网的热变形协调。以环形桁架网状可展开天线为算例,通过有限元仿真验证了本文力热匹配设计方法的有效性。
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