FAST背架结构精细化分析与试验研究

论文摘要

国家“十一五”大科学工程FAST （ Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope）是世界上正在建造及计划建造的口径最大的单口径射电望远镜。其创新点之一为主动反射面结构,工作时300m口径范围内的球面反射面实时地拟合成抛物面。对于如此巨型望远镜,其反射面支承系统的研究无疑是该项目能否顺利实施的关键因素之一。目前,“整体索网结构+背架结构”方案已经被确定为FAST反射面支承结构的实施方案。作为主索网与面板之间的过渡环节,背架结构是张拉索网反射面支承系统中的一个重要组成部分,其性能直接影响到整个系统的精度和造价。对背架结构展开全面、详细的理论和试验研究具有重要意义,前期仅对背架结构方案进行了初步研究,得到四种备选结构方案:单层结构、单层弦支结构、双层结构、局部双层结构。本文对背架结构进行了更为细致深入的分析:分析了背架结构曲率半径对FAST整体工作精度的影响,得到了背架结构的最优曲率半径;建立了不同形式背架结构的精细化有限元理论模型并进行了相应分析,得到了调节檩条结构对背架结构性能影响的定量指标;对背架结构在灾害雪荷载下的性能指标进行了分析,为背架结构的实际设计提供了更为完备的理论依据。对单层、单层弦支两种背架结构进行了全尺寸模型试验研究:完成了背架结构试验模型的设计,包括关键节点构造形式设计、节点构造尺寸、构件截面等的分析和优选;进行了系列模型试验,包括保形试验、变位试验、加载试验、节点试验。以上试验为更好地确定背架结构实施方案及其相应加工工艺提供了第一手试验资料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 FAST反射面支承结构总体方案
• 1.3 FAST背架研究现状
• 1.3.1 背架结构重要性
• 1.3.2 背架结构形式
• 1.3.3 精度控制措施
• 1.4 本文主要内容
• 第2章 背架结构精细化分析
• 2.1 背架构形优化分析
• 2.1.1 反射面拟合精度的影响因素
• 2.1.2 反射面拟合精度优化
• 2.2 背架结构精细化建模
• 2.2.1 建模方法
• 2.2.2 模型受力性能比较
• 2.3 考虑灾害雪荷载的背架结构方案分析
• 2.3.1 背架的功能要求及荷载条件
• 2.3.2 考虑灾害雪荷载的背架结构优化选型研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 模型设计与试验方案研究
• 3.1 背架结构参数优化
• 3.1.1 单层背架结构参数优化
• 3.1.2 单层弦支背架结构参数优化
• 3.2 试验背架关键节点构造
• 3.2.1 “钢结构-檩条”间可调节节点
• 3.2.2 构件间连接节点
• 3.2.3 背架与主索网连接节点
• 3.3 试验方案
• 3.3.1 试验目的和意义
• 3.3.2 试验具体步骤及数据测量方法
• 3.4 本章小结
• 第4章 全尺寸模型试验研究
• 4.1 背架全尺寸模型制作
• 4.2 背架成形精度试验
• 4.2.1 单层背架精度试验
• 4.2.2 单层弦支背架精度试验
• 4.2.3 小结
• 4.3 倾斜变位试验
• 4.3.1 单层背架变位试验
• 4.3.2 单层弦支背架变位试验
• 4.3.3 小结
• 4.4 背架加载试验
• 4.4.1 单层背架加载试验
• 4.4.2 单层弦支背架加载试验
• 4.4.3 小结
• 4.5 简化式节点试验
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢