考虑结构遮挡和地影效应的环形桁架天线轨道热分析

1

作者 朱浩 刘正山 黄志勇 《应用力学学报》 北大核心 2025年第3期511-518,共8页

环形桁架天线作为一种典型可展开卫星天线结构,由于具有大口径、质量轻、收纳率较高、刚度较好及总质量不随展开口径的增大而成倍地增加等优点,其在高功率星载天线中具有广阔的应用前景。空间热冷环境的交替以及温度分布的不均匀,对于... 环形桁架天线作为一种典型可展开卫星天线结构,由于具有大口径、质量轻、收纳率较高、刚度较好及总质量不随展开口径的增大而成倍地增加等优点,其在高功率星载天线中具有广阔的应用前景。空间热冷环境的交替以及温度分布的不均匀,对于具有大尺寸、高柔性特定的环形桁架天线结构,极易引起严重的热致振动问题,甚至可能导致航天器的失效。对于该问题,首先提出了一种针对某型大口径环形桁架天线展开后的轨道热辐射模型,通过该模型能计算天线内部结构件之间的遮挡系数,特别是天线反射面对桁架单元的遮挡,由此获得了考虑天线内部结构遮挡效应和地影效应综合作用下天线各桁架单元接受的有效太阳入射热流;在此基础上建立了环形桁架天线热传导分析模型,将由轨道热辐射模型计算得到的天线接受的有效太阳入射热流代入该热传导模型,获取了环形桁架天线在轨运行过程中的温度场变化。研究结果表明:由于天线内部结构部件间的相互遮挡,天线桁架结构各部分温差较大,最大值达到近270℃,再加上轨道阴影效应,在进出地影区等时刻,天线会发生瞬时温度快速变化现象。需要注意的是,这种剧烈的温度变化和温度分布不均匀性可能会引发环形桁架天线的大变形和热致振动问题,需要进行进一步的深入研究。 展开更多

关键词 环形桁架天线 轨道热辐射模型 结构遮挡 地影效应 遮挡系数 有效热流密度 温度场

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球型毫米波金属桁架天线罩研究 被引量：8

2

作者 唐守柱 刘兴贵 何炳发 《现代雷达》 CSCD 北大核心 2015年第9期55-59,共5页

从球形毫米波天线罩的空间分块设计、金属桁架和连接节点设计、透波窗口设计以及安装架设方式等方面进行了详细论述,并通过一直径7 m、工作在20 GHz的金属空间桁架天线罩的设计实例和实验研究,证明文中所用方法行之有效,可推广应用于各... 从球形毫米波天线罩的空间分块设计、金属桁架和连接节点设计、透波窗口设计以及安装架设方式等方面进行了详细论述,并通过一直径7 m、工作在20 GHz的金属空间桁架天线罩的设计实例和实验研究,证明文中所用方法行之有效,可推广应用于各种大型天线罩的电性能分析和选形设计。 展开更多

关键词 电大尺寸 毫米波 金属桁架天线罩 介质桁架天线罩 透波率

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金属空间桁架天线罩分析与研究 被引量：14

3

作者 唐守柱 何炳发 王仁德 《现代雷达》 CSCD 北大核心 2006年第4期62-64,共3页

金属空间桁架天线罩的电性能影响主要取决于金属桁架的散射特性。文中详细给出了金属空间桁架天线罩的电信设计,并通过一直径7 m、工作在20 GHz的金属空间桁架天线罩的设计实例和实验研究,实验结果与理论分析相吻合,验证了金属空间桁架... 金属空间桁架天线罩的电性能影响主要取决于金属桁架的散射特性。文中详细给出了金属空间桁架天线罩的电信设计,并通过一直径7 m、工作在20 GHz的金属空间桁架天线罩的设计实例和实验研究,实验结果与理论分析相吻合,验证了金属空间桁架天线罩电信设计的正确性。 展开更多

关键词 金属桁架天线罩 感应电流率 副瓣 瞄准误差

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基于结构解析模型法可展桁架天线结构初步设计 被引量：5

4

作者 杨玉龙 关富玲 +1 位作者 侯国勇 张京街 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第16期1969-1973,共5页

为解决可展桁架天线结构初步设计的复杂性问题,从系统工程角度,以结构设计的技术指标和全部构件集合为系统要素,基于结构解析模型法,分析各要素的相互约束关系,得到系统递阶结构模型图,根据要素间的递阶关系,建立设计变量和结构构件的... 为解决可展桁架天线结构初步设计的复杂性问题,从系统工程角度,以结构设计的技术指标和全部构件集合为系统要素,基于结构解析模型法,分析各要素的相互约束关系,得到系统递阶结构模型图,根据要素间的递阶关系,建立设计变量和结构构件的状态方程,指导结构各构件的设计,使得设计过程变得有效可控。设计了一个四面体单元可展桁架抛物面天线,并制作了1∶1结构试验模型。 展开更多

关键词 可展桁架天线 四面体单元 结构解析模型 结构设计

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智能抛物面桁架天线的建模和模型降阶 被引量：2

5

作者 王永 马运领 +2 位作者 陈斌 孙红灵 张培强 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期530-537,共8页

设计了一个智能抛物面桁架天线,采用有限元方法得到了它的动力学模型.由于此模型的阶次太高,给以后的振动控制工作带来了极大的困难.采用模态集结法对其高阶模型进行降阶.通过零极点比较、输出曲线比较和将针对低阶模型设计的线性二次... 设计了一个智能抛物面桁架天线,采用有限元方法得到了它的动力学模型.由于此模型的阶次太高,给以后的振动控制工作带来了极大的困难.采用模态集结法对其高阶模型进行降阶.通过零极点比较、输出曲线比较和将针对低阶模型设计的线性二次型最优控制律加入原高阶模型等方法对降阶结果进行了验证. 展开更多

关键词 智能桁架天线 振动控制 有限元方法 建模 模型降阶 线性二次型最优控制

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展开桁架天线热致振动数值分析 被引量：8

6

作者 杨玉龙 关富玲 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期432-437,共6页

对一展开桁架抛物面天线,利用有限元法,建立瞬态热平衡方程,针对空间天线和热致振动的特点,提出温度场在时间域上收敛于正确解和稳态解的收敛准则;利用节点温度,模拟热动力荷载,对天线典型节点热致振动位移和天线形面精度进行了数值分... 对一展开桁架抛物面天线,利用有限元法,建立瞬态热平衡方程,针对空间天线和热致振动的特点,提出温度场在时间域上收敛于正确解和稳态解的收敛准则;利用节点温度,模拟热动力荷载,对天线典型节点热致振动位移和天线形面精度进行了数值分析。研究表明,热致振动发生在热动力荷载急剧变化的初时阶段,合适的阻尼和结构形式可以消除热致振动;结构的热致振动响应,主要集中在结构固有振动特性中的各向主振动;由热致振动引起天线形面精度误差,呈现由急剧振动趋于静态的特性,但初始的振动幅值较大。 展开更多

关键词 展开桁架天线 热致振动 温度场 形面精度误差

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可展桁架天线热-结构耦合分析 被引量：6

7

作者 张惠峰 关富玲 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期2320-2325,共6页

利用热传导-辐射理论建立方程,同时引入可展桁架天线所处的轨道条件,计算出可展桁架抛物面天线在轨运行时不同时刻的温度场;考虑结构非线性,建立结构热变形计算方程,并将热分析与结构分析进行耦合.利用Fortran语言,编制基于上述理论的... 利用热传导-辐射理论建立方程,同时引入可展桁架天线所处的轨道条件,计算出可展桁架抛物面天线在轨运行时不同时刻的温度场;考虑结构非线性,建立结构热变形计算方程,并将热分析与结构分析进行耦合.利用Fortran语言,编制基于上述理论的有限元程序,计算出可展桁架天线在轨运行时不同时刻天线的温度场和热变形,以及不同时刻反射面的形面误差均方根(RMS).采用热-结构耦合分析方法对算例的分析表明,该方法可实现可展桁架天线从热分析到结构分析的直接转化和耦合,可用于指导可展桁架天线的结构设计和热控制设计. 展开更多

关键词 可展桁架天线 热分析 结构分析 结构耦合

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可展桁架天线形面精度理论分析 被引量：5

8

作者 杨玉龙 关富玲 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第5期529-533,共5页

针对可展桁架天线杆件多和转动铰多的特点,研究杆件加工公差和转动铰间隙对天线反射面精度和重复展开精度的影响。根据杆件加工公差和转动铰间隙发生的随机性,建立相应的随机数据模型和Monte-Carlo随机有限元模型,计算杆件加工公差和转... 针对可展桁架天线杆件多和转动铰多的特点,研究杆件加工公差和转动铰间隙对天线反射面精度和重复展开精度的影响。根据杆件加工公差和转动铰间隙发生的随机性,建立相应的随机数据模型和Monte-Carlo随机有限元模型,计算杆件加工公差和转动铰间隙所引起的天线反射面精度误差。研究表明,间隙所引起的反射面精度误差远大于杆件公差所引起的误差,并且天线重复展开精度差值不宜忽视。 展开更多

关键词 展开桁架天线 公差 间隙 Monte—Carlo法 随机有限元 形面精度误差

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可展桁架天线在轨运行中温度场分析 被引量：5

9

作者 张惠峰 关富玲 侯国勇 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第6期567-572,共6页

利用热传导辐射理论,并引入天线所处的轨道条件。可计算可展桁架抛物面天线在轨运行时不同时刻的温度场.利用Fortran语言,编制了基于上述理论的有限元程序,可计算各种轨道条件下不同时刻天线的温度场.还可用于指导天线的热变形分析和热... 利用热传导辐射理论,并引入天线所处的轨道条件。可计算可展桁架抛物面天线在轨运行时不同时刻的温度场.利用Fortran语言,编制了基于上述理论的有限元程序,可计算各种轨道条件下不同时刻天线的温度场.还可用于指导天线的热变形分析和热控制设计. 展开更多

关键词 可展桁架天线 温度场 轨道

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柔性蒙皮分块金属桁架天线罩技术 被引量：1

10

作者 操卫忠 胡长明 王立超 《现代雷达》 CSCD 北大核心 2020年第5期76-80,90,共6页

针对当前大型高频段地面雷达天线罩指向误差大、透波率低、结构安全和环境适应性差等技术问题,提出了一种柔性蒙皮分块金属桁架天线罩,分别从分块设计、感应电流率评估、透波窗口设计、结构仿真优化设计、张拉控制技术以及密封设计等方... 针对当前大型高频段地面雷达天线罩指向误差大、透波率低、结构安全和环境适应性差等技术问题,提出了一种柔性蒙皮分块金属桁架天线罩,分别从分块设计、感应电流率评估、透波窗口设计、结构仿真优化设计、张拉控制技术以及密封设计等方面阐述了该天线罩的设计方法。通过一个直径28.5 m,工作在X波段的分块金属桁架天线罩的设计实例,证明了文中所用方法的有效性,可推广应用于各类大型高频段地面雷达天线罩的研制中。 展开更多

关键词 分块金属桁架天线罩 柔性蒙皮 随机分块 感应电流率 仿真优化 预张力控制

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环形桁架天线展开动力学分析 被引量：8

11

作者 任伟峰 何柏岩 聂锐 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第24期2945-2952,共8页

基于Lagrange动力学方程,考虑天线系统动能、索网弹性势能、重力势能及系统耗散能等,建立了环形桁架天线展开过程的动力学模型。根据构建的动力学模型,给定预设驱动,对其进行正动力学分析,对天线的完整展开过程进行仿真分析。扭簧和电... 基于Lagrange动力学方程,考虑天线系统动能、索网弹性势能、重力势能及系统耗散能等,建立了环形桁架天线展开过程的动力学模型。根据构建的动力学模型,给定预设驱动,对其进行正动力学分析,对天线的完整展开过程进行仿真分析。扭簧和电机拉动绳索联合驱动实现了天线的展开,研究了扭簧驱动及电机拉动绳索驱动的参数变化对天线展开过程的影响。研究结果可为天线的展开过程提供指导。 展开更多

关键词 环形桁架天线 可展开结构 动力学分析 绳索驱动 扭簧驱动

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六维系统环形桁架天线的非线性动力学分析 被引量：2

12

作者 孙莹 张伟 吴瑞琴 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2019年第3期282-301,共20页

随着科技的发展,大尺度、低重量、易收拢、高精度等特点是未来天线的主要发展方向.环形桁架天线在发射时整体处于收拢状态,升空后按指令有顺序展开,节省了航天器的空间.此外,环形桁架天线可根据需求设计展开口径的大小.所以,环形桁架天... 随着科技的发展,大尺度、低重量、易收拢、高精度等特点是未来天线的主要发展方向.环形桁架天线在发射时整体处于收拢状态,升空后按指令有顺序展开,节省了航天器的空间.此外,环形桁架天线可根据需求设计展开口径的大小.所以,环形桁架天线是目前较为理想的天线结构形式.由于自身结构特点以及复杂的空间环境因素,天线在运行时易产生大幅度的非线性振动,严重影响卫星的稳定运行.因此,将环形桁架天线简化成等效圆柱壳模型,并建立其动力学方程.采用理论分析和数值模拟研究了六维系统环形桁架天线的非线性动力学特性.利用规范型理论化简系统方程分析未扰系统和扰动系统的非线性动力学行为,利用能量相位法验证环形桁架天线系统具有Shilnikov型多脉冲混沌运动,利用数值模拟验证理论分析.并通过数值模拟研究了热激励对环形桁架天线系统非线性振动的影响. 展开更多

关键词 环形桁架天线 规范型 能量相位法 混沌运动

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复环桁架可展天线设计与力学分析 被引量：4

13

作者 关富玲 徐彦 《载人航天》 CSCD 2011年第2期24-29,共6页

为了实现更大口径的展开天线,现有的单环周边桁架天线容易出现面外刚度不够,有必要进行改进。利用剪式铰展开单元,提出复环桁架天线结构方案,与已有的方案进行设计参数和工程可实现性比较。推导了剪式铰展开单元的刚度矩阵,进行剪式铰... 为了实现更大口径的展开天线,现有的单环周边桁架天线容易出现面外刚度不够,有必要进行改进。利用剪式铰展开单元,提出复环桁架天线结构方案,与已有的方案进行设计参数和工程可实现性比较。推导了剪式铰展开单元的刚度矩阵,进行剪式铰桁架天线结构的力学分析。利用广义逆矩阵理论,提出了一种切实有效的数学算法并构造了约束方程及其雅可比矩阵,能够有效地跟踪大型可展杆系结构的复杂运动。进行剪式铰桁架天线的展开过程分析,验证了其可展开性。 展开更多

关键词 桁架天线 剪式铰单元 静力分析 展开分析

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重复折叠后SMPC可展桁架阵面天线模态试验与分析 被引量：1

14

作者 王晓情 杨天洋 +6 位作者 张祎贝 高冀峰 陈务军 房光强 谢超 曹争利 马嘉 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期306-311,共6页

形状记忆复合材料(shape memory polymer composite, SMPC)是一种在航天领域具有广阔应用前景的智能材料。以重复折叠展开形状记忆历程后的五节SMPC可展桁架阵面天线为对象,进行自由状态下模态试验,通过模态参数识别得到自振频率和振型... 形状记忆复合材料(shape memory polymer composite, SMPC)是一种在航天领域具有广阔应用前景的智能材料。以重复折叠展开形状记忆历程后的五节SMPC可展桁架阵面天线为对象,进行自由状态下模态试验,通过模态参数识别得到自振频率和振型,研究了预应力索和阵面板对桁架模态的影响。结果表明,预应力索可提高桁架的整体刚度,并且提高了沿纵向的抗剪能力,而阵面板可提高桁架的扭转刚度。建立了考虑空气对阵面影响的声固耦合(acoustic structure interaction, ASI)有限元模型,进行五节SMPC可展桁架阵面天线模态分析,其结果与模态试验吻合,表明仿真分析方法准确。 展开更多

关键词 模态试验 形状记忆效应 可展桁架天线 声固耦合(ASI)

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周边式桁架可展开天线的形面调整 被引量：12

15

作者 狄杰建 段宝岩 +1 位作者 仇原鹰 罗鹰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期583-586,共4页

本文针对周边式桁架可展开天线进行了基于优化方法的网面调整。以纵向调节索调节力的大小为设计变量,网状反射面的均方根误差为目标函数,应力和频率为约束条件,建立了形面调整的优化数学模型,并用遗传算法对网面调整进行了优化、仿真。... 本文针对周边式桁架可展开天线进行了基于优化方法的网面调整。以纵向调节索调节力的大小为设计变量,网状反射面的均方根误差为目标函数,应力和频率为约束条件,建立了形面调整的优化数学模型,并用遗传算法对网面调整进行了优化、仿真。数值结果表明:基于优化方法的网面调整是可行的,对工程应用具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 周边式桁架展开天线 均方根误差 遗传算法 形面调整

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环形桁架式天线展开不同步现象分析 被引量：10

16

作者 陶成 刘丽坤 +2 位作者 周志成 田强 邢志钢 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2015年第1期1-8,共8页

从国外相关文献所反映的地面试验结果看,环形桁架式天线周边的桁架结构由于阻尼等因素在展开过程中存在明显的不同步现象。文章利用绝对节点坐标法建立了天线展开过程的多柔体展开动力学模型,获得了连续展开过程中桁架各部分承受的载荷... 从国外相关文献所反映的地面试验结果看,环形桁架式天线周边的桁架结构由于阻尼等因素在展开过程中存在明显的不同步现象。文章利用绝对节点坐标法建立了天线展开过程的多柔体展开动力学模型,获得了连续展开过程中桁架各部分承受的载荷和变形情况,并重点对展开过程中的不同步现象的产生原因及其影响进行了分析。结果表明,环形桁架式天线展开的不同步现象是由展开过程中桁架的变形与摩擦引起的,这种现象的出现导致桁架结构承受更高的载荷。该研究为环形桁架式天线的设计和验证提供了参考。 展开更多

关键词 绝对节点坐标法 展开动力学 不同步现象 多柔体动力学 环形桁架式天线

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空间桁架可展天线反射器的形面精度优化调整 被引量：3

17

作者 牛治永 李晓岚 +1 位作者 王三民 李炎 《机械设计与制造》 北大核心 2011年第6期123-125,共3页

为实现高频弱信号通讯,空间网状可展开天线的尺寸越来越大,且对形面精度要求也越来越高,因此与天线形面精度相关的许多课题引起了宇航界的极大关注,特别是在如何提高索网式天线反射面精度调整的效率,用较少次数的测量和调整,使天线反射... 为实现高频弱信号通讯,空间网状可展开天线的尺寸越来越大,且对形面精度要求也越来越高,因此与天线形面精度相关的许多课题引起了宇航界的极大关注,特别是在如何提高索网式天线反射面精度调整的效率,用较少次数的测量和调整,使天线反射面的精度达到指标要求方面需求更为迫切。利用有限元分析方法,针对环形桁架可展开天线形面精度调整中的问题,建立了基于影响系数矩阵的多目标的精度优化调整数学模型,并采用遗传算法求解,数值结果表明,此方法能够大幅度提高天线的形面调整效率,对工程应用具有指导意义。 展开更多

关键词 环形桁架展开天线 耦合影响 形面精度调整

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周边式桁架可展开天线基于地面的网面调整 被引量：4

18

作者 狄杰建 仇原鹰 +1 位作者 段宝岩 杨东武 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期289-292,共4页

借鉴M.C.Natori思想对周边式桁架可展开天线提出了基于地面的网面优化调整方法,建立了以纵向拉索调整力为设计变量,天线反射面的表面均方根误差为目标函数,频率和应力为约束的优化数学模型,并用遗传算法进行了求解。数值结果表明,采用... 借鉴M.C.Natori思想对周边式桁架可展开天线提出了基于地面的网面优化调整方法,建立了以纵向拉索调整力为设计变量,天线反射面的表面均方根误差为目标函数,频率和应力为约束的优化数学模型,并用遗传算法进行了求解。数值结果表明,采用该方法在地面上对周边式桁架可展天线进行网面调整,能有效地消除地面重力的影响,较为准确地预测天线由于环境变化(由地面环境到太空环境)而引起的变形,使得最终调整获得的天线表面精度能够满足太空无重力环境下的精度要求,这种新方法对工程中天线的设计和网面调整具有指导作用。 展开更多

关键词 周边式桁架可展开天线 网面调整 表面精度 遗传算法

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空间桁架可展天线三向索网预张力多目标优化 被引量：7

19

作者 牛治永 王三民 王磊 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2009年第3期330-335,共6页

空间可展索网式天线在展开状态下要求网面受预张力作用处于平衡状态,张力的配置直接影响天线反射器的刚度和精度。本文针对空间可展开天线抛物面索网预张力合理配置问题,建立了基于索网结构平衡矩阵奇异值分解的多目标优化设计数学模型... 空间可展索网式天线在展开状态下要求网面受预张力作用处于平衡状态,张力的配置直接影响天线反射器的刚度和精度。本文针对空间可展开天线抛物面索网预张力合理配置问题,建立了基于索网结构平衡矩阵奇异值分解的多目标优化设计数学模型,将预张力向量表示为平衡矩阵的零空间正交基向量的线性组合形式,采用遗传算法优化寻找最佳预张力向量。通过对三向网格索网式环形桁架可展开天线的预张力进行优化计算,得出了一种预张力优化配置方案,与单目标优化设计模型结果相比,优化指标改善了24.7%。基于非线性有限元方法对算例分析结果进行了验证,证实了预张力最优配置方案的正确性。 展开更多

关键词 环形桁架可展开天线 平衡矩阵 奇异值分解 多目标优化 遗传算法

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环形桁架可展天线抛物面索网的预拉力优化 被引量：13

20

作者 李刚 关富玲 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第10期1557-1560,1643,共5页

针对环形桁架可展天线抛物面索网预拉力配置问题,提出了一种寻找预拉力最优配置的方法,该方法基于抛物面索网结构的平衡矩阵奇异值分解,采用含线性不等式约束及线性等式约束的线性规划方法,寻找抛物面索网最优预拉力配置,并对抛物面索... 针对环形桁架可展天线抛物面索网预拉力配置问题,提出了一种寻找预拉力最优配置的方法,该方法基于抛物面索网结构的平衡矩阵奇异值分解,采用含线性不等式约束及线性等式约束的线性规划方法,寻找抛物面索网最优预拉力配置,并对抛物面索网结构平衡矩阵的形成、奇异值分解、线性约束优化方法的数学模型、约束矩阵的集成等关键技术进行了详细的推导说明,同时,根据理论推导编写了相应的程序,对环形桁架可展天线的3种常用抛物面索网布置形式进行了算例分析,采用非线性有限元法对分析结果进行了验证,证明了该方法的正确性. 展开更多

关键词 环形桁架可展天线 索网结构平衡矩阵 奇异值分解 线性约束优化 约束矩阵

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