[發明專利]基于有限元的索網天線等張力找形方法

有效

• 申請號: 201711288722.1
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108021758B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 劉濤;李昊;呂榕新;王碧;周鑫;顧鋮璋;韓涵;王瑞鳳
• 申請（專利權）人: 上海宇航系統工程研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 徐燕;胡晶

本發明提供了一種基于有限元的索網天線等張力找形方法，包括：S1：根據索網當前的有限元模型和所述索網的預設張力，利用非線性有限元法計算得到所述索網中當前索網節點的第一坐標和當前索單元的拉力；所述非線性有限元法為結合參變量共旋算法和牛頓下山法的計算方法；S2：通過修正所述第一坐標，將所述索網節點調整至拋物面，以得到所述當前索網節點的第二坐標；S3：計算所述第一坐標與所述第二坐標的誤差，以及所述索網的垂跨比；S4：判斷所述當前誤差和所述當前垂跨比是否均滿足預設的迭代終止判據；若滿足，則輸出索網節點的位置信息和張力信息，所述位置信息為根據所述第二坐標得到的，所述張力信息為根據所述索單元拉力得到的。

技術領域

本發明涉及空間索網天線的技術領域，尤其涉及一種基于有限元的索網天線等張力找形方法。

背景技術

現有的相關技術中，在空間索網天線中，對于索網天線的找形方法主要采用線性找形方法。

線性找形方法中，通常可以采用力密度法，力密度法在每個迭代步中默認索網是張緊的，這往往與索網天線實際受力情況并不相符，這就會導致：在求解大規模、不規則張拉結構時，力密度法存在找形效率不高的問題。

發明內容

本發明提供了一種基于有限元的索網天線等張力找形方法，以解決線性找形方法的缺點。

為了解決這一技術問題，本發明提供了一種基于有限元的索網天線等張力找形方法，包括：

S1：根據索網當前的有限元模型和所述索網的預設張力，利用非線性有限元法計算得到所述索網中當前索網節點的第一坐標和當前索單元的拉力；所述非線性有限元法為結合參變量共旋算法和牛頓下山法的計算方法；

S2：通過修正所述第一坐標，將所述索網節點調整至拋物面，以得到所述當前索網節點的第二坐標；

S3：計算所述第一坐標與所述第二坐標的誤差，以及所述索網的垂跨比；

S4：判斷所述當前誤差和所述當前垂跨比是否均滿足預設的迭代終止判據；

若滿足，則輸出索網節點的位置信息和張力信息，所述位置信息為根據所述第二坐標得到的，所述張力信息為根據所述索單元拉力得到的；

若不滿足，則根據所述位置信息和/或張力信息確定新的有限元模型，并以所述新的有限元模型作為當前的有限元模型，重復步驟S1至S4。

可選的，所述利用非線性有限元法計算得到所述索網中當前索網節點的第一坐標和當前索單元的拉力，具體包括：

采用參變量變分的方式描述所述索網非線性的本構關系，并采用共旋列式描述所述索網的幾何非線性關系，以得到對應的有限元控制方程；

應用牛頓下山法和Lemke法求解所述有限元控制方程，以得到所述當前索網節點的第一坐標和當前索單元的拉力。

可選的，所述有限元模型中的索單元采用只能受拉不能受壓的桿件單元模擬。

可選的，步驟S2中，若所述第一坐標為(x,y,z)，則所述第二坐標為(x,y,(x²+y²)/4f)。

可選的，所述預設張力為所期望的目標張力，包括：前索網的內部張力、邊界張力，后索網內部張力和邊界張力以及張力索張力。

本發明提供的基于有限元的索網天線等張力找形方法，將有限元模型和非線性有限元法引入到空間索網天線領域中，克服了線性找形方法中不符合索網天線實際受力情況以及找形效率不高等問題。

同時，本發明及其可選方案進一步公開了根據參變量共旋算法和牛頓下山法相結合并通過迭代計算對索網進行找形分析的非線性有限元法，該計算方法精度高，收斂性好，可以用來對索網天線進行找形分析。

附圖說明