LT50m缩比模型悬索舱体系统的风振分析

　　1　引　言

　　LT是一个将在中国贵州建成、世界上最大的反射面口径400~500m的新一代大型射电望远镜[3],它采用光、机、电一体化技术,比目前现有的世界上最大的、反射面口径为305m的美国纯机械式大型射电望远镜Arecibo的结构更精巧,控制精度更高,造价更低,使馈源结构的重量由800t降低到20t[1,2]。因而该设计引起了国际上的广泛关注,被国内外的同行专家称为“变革式创新设计”。目前,LT的设计、分析与模型实验工作获得中科院知识创新工程项目“大射电望远镜FAST预研究”项目资助,一个方圆50m大的实验模型已在西安电子科技大学建成。LT的结构如图1所示,一个放置馈源的的舱体在六根悬索的拖动下作跟踪天体的运动,反射面由贵州天然的KARST洼地支承,悬索的索塔建在洼地周围的六座山峰上。本文在文献[1][4]的设计基础上,在悬索舱体结构中增加结构控制下拉索系来增强结构抵抗风荷的能力,提高馈源舱运动精度。悬索舱体系统需要做跟踪天体的缓慢运动,属慢变结构。下拉索系控制装置既要抑制馈源舱的风振响应,又不能限制馈源舱的规定运动。故采用如图1所示的下拉主动索系结构控制装置以满足这一要求。结构控制索系与上六根索一样采用主动电机收放索。

　　为了实验验证,对50m实验模型进行风振响应分析。复现文献[5]中的模拟条件,研究下拉索系对系统风振响应的抑制效果,需要用非线性有限元分析软件对系统进行风振响应分析。分析之前,需要先求出静平衡时各索杆单元中的初应力,构造索系结构的初始非线性刚度矩阵[7]。为此,首先对包含下拉索系的悬索舱体系统进行非线性静力学分析。采用ADINA结构非线性动力分析软件,应用直接积分法,在时域中模拟了控制索系对悬索舱体系统风振响应的控制效果。此外,应用FFT变换,由系统的时域响应得到频域响应,进一步研究了控制效果。

　　2　悬索舱体系统结构说明

　　悬索舱体系统包含八根主动索和馈源舱,上六根主动索在伺服电机作用下向上拉馈源舱,下两根主动索则在伺服电机作用下向下拉馈源舱。上六根主动悬索A1B1~A6B6的上端A1~A6与索塔相连;下端与馈源舱相连。下两根主动悬索A7B7、A8B8的上端与馈源舱相连,下端与电机相连。索塔A1~A6均匀分布在直径为D1的圆周上,下拉电机A7、A8位于x轴正轴和负轴上,距原点的距离均为D/2,其中D是反射面口径,上主动索下端B1~B3交于半球形馈源舱顶端,B4~B6均匀分布在馈源舱的底园上。下主动索上端B7、B8也在馈源舱的底园上,其中B7位于B5、B6之间,B8与B4重合,端点Bi与馈源舱的连接情况如图2所示。

　　3　具有八根索系的馈源舱体结构的非线性静力分析