[发明专利]一种基于索张力不确定性的平面薄膜天线薄膜形状确定方法

说明书

本发明公开了一种基于索张力不确定性的平面薄膜天线薄膜形状确定方法，包括：将平面薄膜天线的薄膜边界视为样条曲线，应用ANSYS建立以样条曲线作为边界的平面张拉索膜的初步模型；对悬索施加一定张拉力，静力分析得到索、膜的应力分布；对索张力限定偏差范围，找到索膜结构实际应力与参考应力之间的偏差最大时对应的一组索张力；通过最小化步骤3)输出的应力偏差值来寻找下一个最优的曲线控制点位置；以优化得到的曲线控制点来更新薄膜形状，直至索膜结构应力偏差值的相对变化量满足收敛准则的精度要求，得到最优的薄膜形状。该方法突破了特定边界形状的限制，对结构进行了稳健性优化，使得更加准确的确定薄膜形状，同时提高材料使用寿命。

技术领域

本发明属于天线结构领域，具体是一种基于索张力不确定性的平面薄膜天线薄膜形状确定方法。

背景技术

近年来，随着航空航天技术的快速发展，薄膜结构由于质量轻、收拢比大等独特优势越来越多的应用到了天线领域，其中平面薄膜天线已成为学者研究的热门领域，平面薄膜由悬索系统张拉于周边刚架上，由于不同的薄膜形状对膜面应力分布和膜面精度有着重要影响，因此薄膜形状已经成为天线结构设计的重要研究内容。

传统的薄膜形状确定是在假定拉索张力理想无偏差的前提下针对几种特定的边界形状如抛物线、圆弧、椭圆等进行分析。为保证膜面的精度，悬索需要对膜面实现最均匀的张拉，因此会选择使膜面应力分布效果最好的曲线作为薄膜的边界形状，然而这些确定方法存在两个共同的弊端：

一是拉索张力无偏差的假设过于理想化，工程中对拉索施加张力时，施力装置、拉索固定机构以及索力测量仪器等均有一定的偏差，无法准确施加理想的索力；因此，索力无偏差的假设必然会给形状确定带来一定误差。

二是薄膜边界形状的确定只是针对几种特定的形状，如抛物线、圆弧、椭圆等，研究范围具有很大的局限性，无法全面、高效的确定最优的形状；此外，以特定边界形状进行研究时，施加索张力后形状必然发生变化，导致实际的薄膜形状与设定的形状不一致。因此，需要寻找一种考虑索张力在一定范围内的不确定性且不受特定形状限制的薄膜形状的确定方法。

发明内容

本发明的目的是针对当前平面薄膜天线在确定薄膜形状过程中未考虑索张力存在不确定性且薄膜形状的确定方法过于局限的问题，提出一种基于索张力不确定性的平面薄膜天线薄膜形状确定方法。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种基于索张力不确定性的平面薄膜天线薄膜形状确定方法，包括以下步骤：

1)将平面薄膜天线的薄膜边界视为样条曲线，应用ANSYS建立以样条曲线作为边界的平面张拉索膜的初步模型；

2)对平面张拉索施加一定的索张力，应用ANSYS静力分析分别得到平面张拉索和平面张拉膜的应力分布；

3)以当前薄膜形状为基础，对索张力限定一定的偏差范围，找到平面张拉索膜结构实际应力与参考应力之间的偏差最大时对应的一组索张力，输出索张力数值和最大的应力偏差数值；

4)以步骤3)中得到的一组索张力及该组索张力张拉下的薄膜形状为基础，以样条曲线控制点位移为设计变量，以平面张拉索膜结构实际应力与参考应力之间的偏差为目标，通过最小化步骤3)输出的应力偏差值来寻找下一个最优的曲线控制点位置，并更新薄膜形状；

5)重复执行步骤2)-4)，直至平面张拉索膜结构应力偏差值的相对变化量满足收敛准则的精度要求，输出最优曲线控制点坐标及应力偏差值，得到最优的薄膜形状。

进一步，所述索张力偏差范围为理想值的±5％。

进一步，所述步骤3)中，寻找平面张拉索膜结构实际应力与参考应力之间的偏差最大时对应的一组索张力，通过下述方法得到：