充气可展开薄膜反射面结构的型面分析与优化-结构工程专业毕业论文.docx

浙江大学博士学位论文 致谢
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时荏苒兮白驹过隙,逝如浙兮不舍昼夜。感科研如登峰兮造极不易,披荆斩棘兮途险阻,路有虎狼兮穷陌路。盼明灯引道兮望太白,志骐骥千里兮寻伯乐。五载砥砺兮精其技,四时茕茕兮匠其艺。如切骨兮苦心智,如磋笏兮劳筋骨,如琢璧兮饿体肤,如磨石兮乏身行。西风凋树兮楼望天涯,衣带渐宽兮为伊憔悴,众里寻他兮灯火阑珊,入室困苦兮升堂多艰。象牙之塔兮驻一日,红尘俗世兮隔三秋,下海出世兮堪吾忧,箪食瓢饮兮不改乐。
感父生母养之恩,宗族接济之情。余不才而穷独身,无能而疏齐家。今朝无言寸草心,来日报得三春晖。怀吾师关富玲先生之德,谆谆之诲铭铭于心而往事春风历历在目, 亦念师丈陆桂良先生之善为余之楷模。
感董石麟院士,罗尧治院长,凌道盛教授,高博青教授,邓华教授,赵阳教授,袁行飞教授,肖南副教授,苏亮副教授,许贤副教授,沈雁彬副教授,姜涛副教授,以上诸先生之师范风骨。
感美利坚国JPL实验室之卢照麟博士,方厚菲博士,约翰霍普金斯大学之JamesK. Guest,南加州大学之杨秉恩教授;同济大学之吴明儿教授,哈尔滨工业大学之谭惠丰教授,东华大学陈南梁教授,上海交通大学之陈务军教授,同济大学之张淑杰副教授; 母校韦娟芳教授,徐彦副教授;以上诸先生之传道解惑,指点迷津。
感航空间技术研究院西安分院之马小飞所长,杨恪经理,冯尚森工程师;以及上海分院之戚树侠,贾启龙,邙小斌,武勇斌,侯阳青,周阳,刘良玉,汪楚清,汪逸然诸君;润源经编机械有限公司之王占洪总经理,朱志刚工程师;东华大学之唐渝思,潘巧灵;同济大学之刘晓,彭杜才,陈学剑;约翰霍普金斯大学诸君,团契之长老兄弟姊妹诸君之协力,并中国留学基金委员会予之国民膏脂。
感实验室之吴新燕,周益君,胡亮,钱利锋,戴璐,夏美梦,高军虎,甄胜涛,谢雅琪诸前辈;喻田同窗,朱术华,曹长明,姚科,潘亮来。张辰诸后辈之支持。感李阿龙,黄博,蒋翔诸同舍;胡可,张鹏飞,陈伟刚,涂志斌,徐普,张鸿儒,沈玲华,高
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翔,马一神,楼春晖等诸同班之互勉。感论文评阅及答辩之诸教授先生批评指正。
呦呦鹿鸣子衿青,腾蛇神龟犹有竟,俯仰一世人相与,修短随化终期尽,寓形宇内复几时,乐夫天命复奚疑。吾生有涯知无涯,乘御六气游无穷,长风破浪会有时,直挂云帆济沧海。
黄河丙申小暑于求是园
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浙江大学博士学位论文摘要
摘要
随着我国国防、航天、通信等领域事业的发展,对充气可展薄膜开反射面天线的需求也在不断提高。工作状态的反射面型面精度是反射面天线从结构角度出发最重要的指标。如果反射面型面精度无法达到预期的使用要求,就会大幅度降低天线的增益,使其
失去有效的工作效率影响天线的电性能。因此充气可展开反射面天线的反射面型面精度
相关研究不可以忽视。本文以充气可展开薄膜反射面结构为研究对象,基于大量的相关文献查阅,介绍了
充气可展开薄膜反射面结构的应用,说明了充气可展开薄膜反射面的关键技术,分析了充气可展开薄膜反射面的研究现状,阐述了本课题的研究意义,并明确了本文的主要研究内容。
首先针对薄膜反射面初始无应力状态型面求解问题,基于无矩薄壳理论,推导了考虑薄膜材料正交各向异性的理论解析解,研究了不同边界条件对解析解待定常数的影响, 讨论了反射面旋转中轴线处不连续的问题,并做出了合理的解释以及应对措施。引入逆迭代加权找形法,提出了一种高精度的修正逆迭代法,考虑了在逆迭代分析过程中,由非线性有限元分析得到的各节点在垂直旋转轴的投影平面内的位移偏差的影响。
其次针对薄膜反射面型面精度优化问题,提出了一种基于结构拓扑优化思路的反射面薄膜厚度优化方法;建立了反射面厚度拓扑优化模型,并推导了目标函数的导数;引入了过滤分析方法,改善了厚度拓扑优化结果,得到了理想最小影响半径。
再次,针对薄膜结构的展开过程分析模拟,基于有限质点法,提出一种基于有限单元法的局部坐标系薄膜单元纯变形描述方法。基于Moore—Penrose广义逆矩阵形态解析展开过程分析方法,提出了一种以三角形薄膜单元的变形为本质的改进约束雅可比矩阵。编制了两种方法的相关计算程序。给出了一种应用锥形三浦折纸的薄膜反射面折叠管理方案。
然后针对一种1800mm口径的充气可展开球形天线,进行了材料的力学性能试验; 进行了反射面裁剪线布置和裁片生成计算;研究了这种充气球形天线的加工工艺;进行
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了这种球形天线性能测试。最后针对上述充气可展开球形天线的各项参数,进行了相关的力学分析,并评价了
对反射面型面精度的影响,包括初始工作状态的充气气压、工作状态承受静力风荷载的
拉索布置和固有频率自振模态、热力学整体升温降温等方面的分析研究。
通过一系列的理论推导,程序编