[發明專利]一種基于索張力不確定性的平面薄膜天線薄膜形狀確定方法

有效

• 申請號: 201710021800.5
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106886628B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 曹鵬;保宏;李玉宇;賀群;杜敬利;趙澤
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種基于索張力不確定性的平面薄膜天線薄膜形狀確定方法，包括：將平面薄膜天線的薄膜邊界視為樣條曲線，應用ANSYS建立以樣條曲線作為邊界的平面張拉索膜的初步模型；對懸索施加一定張拉力，靜力分析得到索、膜的應力分布；對索張力限定偏差范圍，找到索膜結構實際應力與參考應力之間的偏差最大時對應的一組索張力；通過最小化步驟3)輸出的應力偏差值來尋找下一個最優的曲線控制點位置；以優化得到的曲線控制點來更新薄膜形狀，直至索膜結構應力偏差值的相對變化量滿足收斂準則的精度要求，得到最優的薄膜形狀。該方法突破了特定邊界形狀的限制，對結構進行了穩健性優化，使得更加準確的確定薄膜形狀，同時提高材料使用壽命。

技術領域

本發明屬于天線結構領域，具體是一種基于索張力不確定性的平面薄膜天線薄膜形狀確定方法。

背景技術

近年來，隨著航空航天技術的快速發展，薄膜結構由于質量輕、收攏比大等獨特優勢越來越多的應用到了天線領域，其中平面薄膜天線已成為學者研究的熱門領域，平面薄膜由懸索系統張拉于周邊剛架上，由于不同的薄膜形狀對膜面應力分布和膜面精度有著重要影響，因此薄膜形狀已經成為天線結構設計的重要研究內容。

傳統的薄膜形狀確定是在假定拉索張力理想無偏差的前提下針對幾種特定的邊界形狀如拋物線、圓弧、橢圓等進行分析。為保證膜面的精度，懸索需要對膜面實現最均勻的張拉，因此會選擇使膜面應力分布效果最好的曲線作為薄膜的邊界形狀，然而這些確定方法存在兩個共同的弊端：

一是拉索張力無偏差的假設過于理想化，工程中對拉索施加張力時，施力裝置、拉索固定機構以及索力測量儀器等均有一定的偏差，無法準確施加理想的索力；因此，索力無偏差的假設必然會給形狀確定帶來一定誤差。

二是薄膜邊界形狀的確定只是針對幾種特定的形狀，如拋物線、圓弧、橢圓等，研究范圍具有很大的局限性，無法全面、高效的確定最優的形狀；此外，以特定邊界形狀進行研究時，施加索張力后形狀必然發生變化，導致實際的薄膜形狀與設定的形狀不一致。因此，需要尋找一種考慮索張力在一定范圍內的不確定性且不受特定形狀限制的薄膜形狀的確定方法。

發明內容

本發明的目的是針對當前平面薄膜天線在確定薄膜形狀過程中未考慮索張力存在不確定性且薄膜形狀的確定方法過于局限的問題，提出一種基于索張力不確定性的平面薄膜天線薄膜形狀確定方法。

本發明是通過下述技術方案來實現的。

一種基于索張力不確定性的平面薄膜天線薄膜形狀確定方法，包括以下步驟：

1)將平面薄膜天線的薄膜邊界視為樣條曲線，應用ANSYS建立以樣條曲線作為邊界的平面張拉索膜的初步模型；

2)對平面張拉索施加一定的索張力，應用ANSYS靜力分析分別得到平面張拉索和平面張拉膜的應力分布；

3)以當前薄膜形狀為基礎，對索張力限定一定的偏差范圍，找到平面張拉索膜結構實際應力與參考應力之間的偏差最大時對應的一組索張力，輸出索張力數值和最大的應力偏差數值；

4)以步驟3)中得到的一組索張力及該組索張力張拉下的薄膜形狀為基礎，以樣條曲線控制點位移為設計變量，以平面張拉索膜結構實際應力與參考應力之間的偏差為目標，通過最小化步驟3)輸出的應力偏差值來尋找下一個最優的曲線控制點位置，并更新薄膜形狀；

5)重復執行步驟2)-4)，直至平面張拉索膜結構應力偏差值的相對變化量滿足收斂準則的精度要求，輸出最優曲線控制點坐標及應力偏差值，得到最優的薄膜形狀。

進一步，所述索張力偏差范圍為理想值的±5％。

進一步，所述步驟3)中，尋找平面張拉索膜結構實際應力與參考應力之間的偏差最大時對應的一組索張力，通過下述方法得到：