大型网状可展开天线预张力的优化水

《大型网状可展开天线预张力的优化水》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、万方数据第32卷第6期2004年6月华南理工大学学报(自然科学版)JournalofSouthChinaUniVersityofTechnology(NaturalScienceEdition)V01．32No．6June2004文章编号：1000一565x(2004)06一0023一04大型网状可展开天线预张力的优化水狄杰建段宝岩罗鹰仇原鹰杨东武(西安电子科技大学机电工程学院，陕西西安710071)摘要：以纵向拉索预张力的大小为设计变量，网状反射面的均方根误差为目标函数．以应力和频率为约束条件，建立了大型网状可展开天线预张力优化的数学模型，并用

2、遗传算法对其进行了优化．结果表明，该方法能有效地提供一组预张力，使得网状天线的初始形状具有较高的表面精度，对工程设计人员具有一定的参考价值．关键词：可展开天线；均方根误差；遗传算法；预张力中图分类号：TH862+．72文献标识码：A近20年来，索网结构以质轻、柔软易折叠、收缩比大、在拉伸状态下能承受一定的载荷等优点而倍受人们的青睐，被广泛地应用于桥梁、房屋等建筑结构，甚至太空领域¨。．其中，周边式桁架可展开天线(如图l所示)便是利用了绳索收缩比大、重量轻等优点，从而成为各国竞相研究的热点．但是绳索结构的分析与一般刚性结构的分析不同，刚性结构的一般

3、分析是在已知结构形状的基础上进行，而对于索网结构来说，分析前提是施加一定的预应力使其具有一定的刚度．因此，在结构分析之前必须确定出在一定的边界条件和预应力情况下对应的结构形状，形状的确定即预应力的施加是分析的前提．大多数的研究集中在各种桥梁的预应力设计上¨Jo，很少有关太空天线方面的报道，也极少考虑它的频率特性．而太空天线对表面形状有较高的精度要求(通常要求表面误差小于2％【4j。)，如何确定出一组预张拉力，使得天线反射面非常接近理想抛物线，减少后续的天线网面调整工作，并且让基频远离激励频率，防止共振现象，这是设计人员所关心的问题．对于这种高非线

4、性¨’刊的问题，传统的基于梯度的优收稿日期：2003—09—27+基金项目：中国人民解放军总装备部资助项目(41321070301)作者简介：狄杰建(1974一)，男，博士生，主要从事结构优化、参数化造型的研究．E·mail：dijiejian@tom．com化方法难以胜任．而遗传算法¨o(GA)是一种随机搜索方法，它对搜索空间没有特殊的要求，目标函数无论可微或不可微、显式或隐式均可进行计算．它同时搜索的是解空间中的一群点，并构成不断进化的群体序列，具有较大可能获得全局最优解、隐含并行性、搜索效率高等特点．文中采用GA算法，结合ANsYs有限元分

5、析软件New—Raphson法，有效地解决了这一问题．1天线结构特点图l所示周边桁架式可展开天线属于张拉整体组合结构，由周边桁架、反射面悬索系统以及中心体组成．每个索网辐射单元均由上弦拉索、下弦拉索、16条纵向拉索组成．上弦拉索的一端固定在中央圆筒上部，另一端固定在周边构架单元的上斜杆顶端．下弦拉索的一端固定在中央圆筒略下一点位置，另一端固定在周边构架单元的下斜杆顶端．依靠纵向调整索可以将上弦拉索调整到所需曲率．因此，调整每一组索网辐射单元的纵向调整索，可以使上弦索系达到所需的位置，从而可以保证整个上弦索系形成所需的反射面．由于天线反射面为悬索结

6、构，是一种典型的几何非线性结构，其单元应变和位移之间不存在一般的线性关系¨。，正是这种非线性变位特性使得结构分析变得较为复杂，一般包括两个阶段：找形阶段和力学分析阶段．万方数据24华南理工大学学报(自然科学版)第32卷d^f图1周边式桁架可展开天线总体结构图(去除了反射网)Fig．1Circular—trussdeployableantennawithoutrenectormeshl一悬索系统；2一中心圆筒；3一上弦拉索；4一下弦拉索；5一纵向拉索(调节索)2力学分析首先作如下假设(见图2)：(1)材料是线性的，忽略材料的非线性(2)绳索单元承受

7、拉力，不承受压力．(3)绳索的横截面积是均匀的．(4)各节点之间没有相对转动．(b)变形后的索单元图2索单元受力情况Fig．2Cableelementsubjectedtotension由于索网结构在荷载作用下一般处于小应变大位移状态，所以该类结构有限元计算需要考虑结构的几何非线性问题，在成型分析的时候通过引入几何刚度矩阵来体现．由于用到Newton—Raphson法，因而它的切线刚度矩阵包括弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵两部分：K：u。=(K：u。+K：c，。)=P。一只。(1)式中：Kj表示索单元的切线刚度矩阵；K：表示索单元的弹性刚度矩阵；K：

8、表示索单元几何刚度矩阵；玑表示单元节点位移；P。表示单元等效节点外力；R。表示结构单元的内力．耻等匕a耻一专心订fc：c^c^]t。=I