三维湍流风场中雨滴竖向运动特性及FAST索网结构风雨振响应研究

为了揭示大跨度空间结构在风雨耦合作用下的动力响应特征,研究了三维湍流风场中雨滴竖向速度的变化规律。推导了单雨滴在三维湍流风场中的运动方程,分析雨滴运动轨迹和竖向降落速度。引入了雨滴竖向速度比的概念,并通过构建雨压概率的分布,得到一定置信度下的竖向速度比建议值。基于多元非线性回归分析建立了竖向速度比建议值拟合式,确定雨滴竖向速度的计算方法。考虑雨滴与结构的正面、背面两表面发生碰撞,建立了适用于一般结构的雨荷载计算模型,并开展了FAST索网结构在风雨联合作用下的响应研究。结果表明:在三维湍流风场中,雨滴的运动行为表现出复杂的非线性特性,且雨滴竖向末速度和经验竖向末速度不再保持一致;在风雨耦合作用下,由雨荷载引起的FAST索网节点平动位移均值占总均值的39.7%,说明雨荷载对大跨度空间柔性结构的动力响应有较大影响。为此,在结构设计中,风雨联合作用对大跨度空间柔性结构的影响不容忽视。

利用国产建模平台自动创建FAST索网数字化模型

由于FAST索网信息量十分巨大,传统的手工3D建模方式无法满足其建模的工作量和保证精准度,而且为后续模型的修改带来很大的不便。针对这种情况及实现我国信息安全以及自主可控,提出在国产建模平台下使用脚本进行数据建模。搭建好建模平台之后进行索网节点信息的处理,并且以特定格式存储节点信息,然后使用脚本处理节点信息并对索网模型进行构建,最终完成整个索网模型的构建。实验结果表明,在国产建模平台下可以完成FAST索网模型的建立,使得效率和精准度都大大提高。

长期主动变位下FAST索网支承结构疲劳寿命分析

研究分析了500m口径射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,简称FAST)反射面索网支承结构的疲劳性能。模拟FAST主动变位工作模式(长时巡天观测和随机独立观测),计算30年设计基准期内连续工作运行的次数需求,分析FAST索网支承结构变位工作的随机疲劳应力历程,并基于简单抽样技术,对全寿命疲劳应力历程进行简化,采用实时雨流计数法进行分解;基于S-N试验曲线和Smith等效疲劳寿命极限应力线图,采用Miner线性损伤累积准则分析各索的疲劳寿命。以所有单索疲劳寿命的最小值作为整体结构疲劳寿命,多次模拟计算,统计分析保证率为99.9%的结构疲劳寿命,并合理选取安全系数2.0考虑疲劳寿命变异性影响。分析结果表明,在设计基准期内,结构疲劳寿命满足安全要求,结构疲劳危险区域主要分布在索网中心区域。