12米天线结构有限元分析与精度测量

论文摘要

论文的工程背景是新一代射电天文望远镜—澳大利亚平方公里阵探路者（ASKAP）,课题来源于该项目中12米天线结构的有限元分析和精度测量。该天线结构独特、工作环境复杂、技术指标要求高,其中天线反射面精度是重点关注的技术指标之一。在设计过程中需用有限元方法对其进行仿真分析,找到结构设计的薄弱环节,加以改进,直到满足技术指标要求；需要对实际天线进行精度测量,验证是否达到设计要求以及有限元分析的正确性,进而估算出在最恶劣条件下反射面精度。首先,在分析该天线特性的基础上,根据天线结构的实际工作环境,主要承受的重力载荷、风力载荷和温度载荷（环境温度和太阳辐射）,利用MSC. Patran建立天线结构的有限元模型。针对天线工作最苛刻条件进行了天线初始结构的变形和应力分析,发现天线结构薄弱环节并加以改进。针对各种载荷和天线各种典型姿态,建立了19种典型分析工况,分别得到了天线反射体在各个工况下的变形、应力云图等数据。同时根据设计需要,对天线结构进行了模态分析。然后,引入了重力影响的天线仰天安装误差,利用“反射面天线精度分析软件”获取了最佳拟合抛物面的反射面法向误差等数据,分析计算了天线结构技术要求的指标值。通过对天线反射体各工况下的变形和应力变化的深入分析,得到了一些反射体变形和应力在不同姿态、工况下的一般性规律。最后,选取与有限元分析工况相对应且具备测量条件的6种工况,利用V-STARS摄影测量系统测量了天线反射面的精度,借助测量软件MeroIn,把实际测量的数据转换为反射面在各工况下的法向均方根误差,将其与相对应的有限元分析结果进行了对比分析,分析结果表明实际天线的反射面误差与有限元分析的计算值相吻合,验证了天线结构的有限元模型的正确性和分析的可信性。从而可以利用有限元分析结果估算不具备测量条件工况下天线反射面精度。论文通过以上工作,进一步完善了天线的结构设计,确保该天线满足了各项技术指标要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 项目来源及意义
• 1.2 天线结构力学分析研究与现状
• 1.3 天线反射面精度测量的技术手段和现状
• 1.4 12米射电望远镜天线的技术要求
• 1.4.1 一般技术要求
• 1.4.2 工作环境条件
• 1.5 本文主要工作
• 第二章 天线结构有限元分析的基本理论
• 2.1 概述
• 2.2 有限元分析一般步骤
• 2.3 建立分析模型的几个问题
• 2.3.1 建立模型问题
• 2.3.2 网格划分问题
• 2.3.3 天线载荷问题
• 2.4 小结
• 第三章 12米天线结构有限元分析
• 3.1 12米天线结构简介
• 3.2 12米天线结构有限元模型
• 3.2.1 有限元模型建立
• 3.2.2 有限元模型节点与单元划分
• 3.2.3 材料特性
• 3.2.4 载荷
• 3.2.5 约束
• 3.3 分析工况
• 3.4 计算方法
• 3.5 结构改进
• 3.6 分析结果
• 3.6.1 天线反射面变形分析
• 3.6.2 天线强度分析
• 3.6.3 天线结构模态分析
• 3.7 小结
• 第四章 天线反射面摄影测量
• 4.1 引言
• 4.2 数字近景摄影测量的基本理论
• 4.2.1 数字近景摄影测量系统构成及测量流程
• 4.2.2 数字近景摄影测量注意事项
• 4.3 12米天线摄影测量的方法和结果
• 4.3.1 数字近景摄影测试系统
• 4.3.2 摄影测量条件
• 4.3.3 测试过程
• 4.3.4 测量结果
• 4.4 天线反射面FEA的验证分析
• 4.5 天线反射面精度的估算
• 4.6 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果