大射电望远镜馈源支撑系统的动力学仿真与分析

论文摘要

为了探测更多、更弱的天体及天体更精细的结构、频谱、时变等信息,人们对射电望远镜的发展有了更高的要求。1999年3月“大射电望远镜FAST(Five hundred meter Aperture Spherical telescope)预研究”作为中国科学院知识创新工程重大项目正式立项。本课题对大射电望远镜馈源支撑系统进行动力学仿真与分析,为工程实施扫清技术障碍、铺平道路。本课题在ADAMS中建立馈源支撑系统的虚拟样机三维实体模型,其中包括支撑塔、塔顶滑轮、驱动装置(卷筒)、馈源舱和钢丝绳。为了使模型简化,馈源舱用方形重物代替,在不分析支撑塔台的情况下将支撑塔略去。添加接触力和运动副,建立了馈源支撑系统完整的虚拟样机机械系统模型。通过已知的馈源舱的运动轨迹,分析出了馈源舱运动过程中的两种极限位置。仿真计算了6个驱动装置(卷筒)的运动参数情况下的各个支撑塔上钢丝绳的力随时间变化曲线和各运动副约束力和力矩随时间变化曲线。对塔顶滑轮承受的接触力和力矩进行了分析。为了满足系统高频率工作的需要,设计悬索导向机构以解决塔顶滑轮所受侧向力和力矩过大问题,保证滑轮的安全和正常工作。通过馈源支撑系统的动力学仿真与分析结果,可以分析并解决项目工程实施中可能遇到的机械技术方面的关键问题,为实际工程的实施奠定基础,同时也为柔性体的建模及动力学仿真提供了参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 大射电望远镜发展概述
• 1.1.1 大射电望远镜国外发展现状
• 1.1.2 大射电望远镜国内发展现状
• 1.2 课题研究背景和意义
• 1.3 本课题的研究内容
• 第2章 ADAMS软件及其理论基础
• 2.1 ADAMS软件简介及设计流程
• 2.1.1 ADAMS软件介绍
• 2.1.2 ADAMS设计流程
• 2.2 ADAMS软件的理论基础
• 2.2.1 广义坐标的选择
• 2.2.2 动力学方程的建立
• 2.2.3 动力学方程的求解
• 2.2.4 计算分析过程综述
• 2.3 ADAMS与其它CAD、CAE软件间的数据交换
• 2.4 本章小结
• 第3章 馈源支撑系统的建模
• 3.1 虚拟样机技术在馈源支撑系统中的引入
• 3.1.1 虚拟样机技术的概念
• 3.1.2 虚拟样机技术的优点
• 3.1.3 虚拟样机技术的应用
• 3.1.4 虚拟样机技术的相关技术
• 3.2 馈源支撑系统在ADAMS中简化模型的建立
• 3.2.1 馈源支撑系统的组成
• 3.2.2 ADAMS软件建模环境的设置
• 3.2.3 钢丝绳索的建模方法
• 3.3 钢丝绳索的Bushing柔性连接模型
• 3.3.1 Bushing连接刚度系数的理论分析
• 3.3.2 刚度系数的计算
• 3.3.3 Bushing连接的阻尼系数
• 3.4 简化模型中约束的添加
• 3.4.1 运动副约束的添加
• 3.4.2 简单运动副的连接方法
• 3.5 简化模型中接触力的添加
• 3.6 模型检验
• 3.7 本章小结
• 第4章 馈源支撑系统的动力学仿真与分析
• 4.1 馈源支撑系统的位置分布
• 4.2 馈源舱运动的极限位置
• 4.3 悬索的驱动阶跃函数STEP
• 4.4 第二种极限位置的仿真与分析
• 4.4.1 各支撑塔上绳索的轴套力
• 4.4.2 支撑塔塔顶滑轮的接触力
• 4.5 第三种极限位置的仿真与分析
• 4.5.1 各支撑塔上绳索的轴套力
• 4.5.2 支撑塔塔顶滑轮的接触力
• 4.6 本章小结
• 第5章 支撑塔顶导向装置的设计
• 5.1 引言
• 5.2 两种极限位置塔顶滑轮的侧向受力
• 5.2.1 第二种极限位置塔顶滑轮的侧向受力
• 5.2.2 第三种极限位置塔顶滑轮的侧向受力
• 5.3 两种极限位置塔顶滑轮所受的侧向力矩
• 5.3.1 第二种极限位置塔顶滑轮所受的侧向力矩
• 5.3.2 第三种极限位置塔顶滑轮所受的侧向力矩
• 5.4 支撑塔顶导向机构的设计
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢