大跨度伪随机金属天线罩网壳结构的构建方法及安装工艺技术

本发明专利技术公开了一种大跨度伪随机金属天线罩网壳结构的构建方法，属于土木工程网架结构和电子工程电磁辐射交叉领域。该方法首先构建了32面体及其变体，然后通过对五边形的同步旋转和转角控制，建立伪随机平面变异基元。在变异基元面上，建立面内与边界上的伪随机点，以变异基元面上的形心点、中心三角形角点、边界中点诸基点和诸随机点一起进行三角形构型细分，形成平面拓扑展开基元上诸节点。采用测地投影法，通过变异基元全部节点，向32面体变体外接球面进行拓扑映射变换，进行球形多面体的主体网壳构建。本金属天线罩结构紧凑，产品加工制备工程实用性良好，加工安装简便迅速，可应用于我国电子雷达、气象雷达和天体观测雷达天线罩建设。

【技术实现步骤摘要】
大跨度伪随机金属天线罩网壳结构的构建方法及安装工艺
本专利技术涉及一种大跨度伪随机金属天线罩网壳结构的构建方法及安装工艺，属于土木工程网架结构和电子工程电磁辐射交叉领域，是基于拓扑学、空间几何和结构力学以及电磁辐射学等多学科融合建立的，伪随机三角形构型金属网壳天线罩的理论与设计方法。
技术介绍
国外金属网壳天线罩常用在天文望远镜和大型雷达上。2012年6月，南京紫金山天文台从驻在美国的爱尔兰ESSCO公司进口一台与直径13.7米天文望远镜配套的440面体20.37米直径球形金属网架天线罩，在3G～120GHz频段具有良好的电磁特性，属于换代新型产品，安装在青海德令哈市，如图1所示。我国雷达天线罩常用玻璃钢制作，可以自行设计、生产和应用，但10米以上玻璃钢天线罩，由于必须采用厚基质玻璃钢材料，雷达电磁辐射性能逐渐劣化，特别是由于玻璃钢材质属于脆性材料，一旦受到强风雨雪荷载冲击作用后，容易造成结构破裂和结构整体失稳破坏。目前国内雷达天线罩使用玻璃钢材质的较多，如上海玻璃钢厂(6m)雷达天线罩，哈尔滨玻璃钢厂(25m)雷达天线罩。由于我国长期以来对金属雷达罩研究、开发不够，没有独立掌握金属网架雷达天线罩的特殊理论方法和设计技术。国外金属雷达天线罩的基本结构是采用三角形构型平面膜板集成装配而成为大球冠形，其特点是三角形膜板多个拼装在一起，组装后节点采用盖板螺接。其外景与内景如图2-1和图2-2所示。爱尔兰ESSCO公司，可生产金属网壳膜板式结构雷达天线罩，综合性能最优，适合于大跨度天线罩。美国AFC公司，生产的金属天线罩同ESSCO类似，建大型金属天线罩较多，构成了直径为20.7m，21.4m，33.5m，44m等系列金属网架天线罩。据分析，AFC公司33.5m直径大跨度天线罩是720面体，德国幕尼黑附近的巴特艾布尔卫星通信天线罩是720面体，英国曼威斯山皇家空军基地通信雷达天线罩也为720面体。ESSCO和AFC公司构建的球形金属雷达天线罩采用的理论方法尚未公布，亟待解决大跨度伪随机球面三角构型拓扑结构设计方法和天线罩总体设计方法，建立我国自主大跨度金属网架天线罩设计建造体系。
技术实现思路
为实现上述目的，本专利技术从建立网壳结构设计理论出发，以球形32面体变体为基础，建立变异平面基元和伪随机要素，包括绕五边形极轴旋转角要素以及形心点、边中点、中心三角形角点为基点的映射点要素。为解决大跨度网架主体结构设计，还要引入变异平面基元面上随机点与边界随机映射点要素，一并在变异平面基元上建立细分伪随机三角形诸节点。然后通过诸节点向球面进行拓扑映射变换，给出金属网壳天线罩的主体三角形构型拓扑结构设计，再加上天线罩基底特殊三角形构型拓扑结构设计，最终给出伪随机球形网壳天线罩总体设计方法。金属网壳天线罩的结构设计基本部件是三角形构型膜板，膜板种类及其结构参数随天线罩直径加大以及基底联接的强度稳定性要求而变化，并需要给出实用工程结构构造设计。大跨度伪随机金属天线罩网壳结构的构建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：构建组合32面体变体，建立边长模数比M满足特定要求的六边形平面基元；步骤二：将32面体变体12个五边形绕形心中轴同步旋转，并控制转角值和旋转边交点与长边中点，建立伪随机平面变异基元；步骤三：在所述伪随机平面变异基元上，建立必要的面内随机点和边界上的随机点；步骤四：以五边形中心点和平面变异基元面上的中心点、中心三角形角点、基元边界中点诸基点，和基元面内随机点与边界随机点为节点，建立变异基元平面上三角形构型细分基元；步骤五：采用测地投影法自球心过诸节点向32面体外接球进行拓扑映射变换，进行伪随机主体三角形构型球形多面体网壳的构建；步骤六：选择过球形多面体网壳下部五边形下角点，或临近角点进行平面纬线环向切割，调整切面附近各节点位置和连接线方向，使节点落在相应正多边形基底圆周上，并使构建天线罩基底特殊三角形构型和主体三角形构型相适配，完成天线罩基底拓扑结构设计和总体网壳结构设计。在上述构建方法中，所述进行伪随机主体三角形构型球形多面体网壳的构建时，其三角形构型面数、节点数和棱边数满足欧拉定理，根据建立的伪随机平面变异基元球面拓扑映射方法，优化给出天线罩相应主体和基底网壳三角形构型必备的构型种类数、节点种类数、杆长种类数。在上述构建方法中，所述伪随机金属天线罩的基本部件是三角形构型膜板，膜板用条带钢板或矩形断面铝型材和节点座制成三角形框架，节点角端用焊接框架法或双螺纹压合结构进行连接；再用张膜方法将高强聚酯膜在框架上张紧并黏结固定；然后使两模板间边棱两两紧靠，用螺钉紧固；金属网壳天线罩整体结构细部膜板构型样式，膜板框架螺纹压合结构装配和节点压盖结构。在上述构建方法中，所述金属天线罩网壳接地连接设计，是先将带长边基底结构膜板用螺纹联接固定在正多边形钢板基梁上，底板边与基梁用地脚螺栓固定在混凝土平台上。在上述构建方法中，所述金属天线罩网架快速安装工艺，是在天线罩预装地点，在平整浇注钢筋混凝土板基础上进行天线罩钢基梁底脚螺栓锚定，网架基底特殊三角构型膜板的底边用螺栓固定在基梁与基础上；然后用长臂吊车将按照拓扑关系组合好的环形基元膜板逐次快速向上吊装、对位，再进行膜板边杆间的螺纹连接固定，最后将压盖板、胶垫用长螺栓固定在三角形膜板顶端贯通孔下面的垫板上。本专利技术所采取的技术方案基础是由伪随机金属网壳设计理论方法、三角形构型膜板与节点结构构造两部分构成的。其中核心技术是伪随机网壳理论方法，包括构建32面体平面变异基元、确定伪随机构成要素和球面拓扑映射计算三个内容组成。为实现大跨度伪随机金属网壳主体结构三角形构型拓扑设计，在伪随机基点映射要素外，需要增加平面变异基元域内随机点和边界随机点映射要素并进行所有映射要素节点向球面的拓扑映射投影变换。在金属天线罩总体设计方法中还要给出球形网壳基底部分的特殊三角形构型设计，及其与正多边形基梁的加固联接方法。1、伪随机金属网壳设计理论方法构建伪随机球形网壳结构的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)构建组合32面体变体及其外接球面，建立满足特定边长比的六边形平面基元；(2)通过正五边形绕形心中轴同步旋转，寻求五边形旋转交点，并建立具有非扭曲平面特性的32面体变体的平面变异基元；(3)选择伪随机旋转角要素，以平面变异基元边界中点、基元中心点、基元中心三角形角点和五边形中心点作为基点节点，在构建大跨度网壳时并增选变异基元域内随机点与边界随机点，作为构建随机三角形的细分节点；(4)保持节点连接拓扑关系不变，建立变异平面变异基元极坐标和球体柱坐标系，自球心过诸节点向球面进行拓扑映射变换；(5)求出球面诸节点坐标和边长参数，用基元中心对称性质和分支展开特性，将参数拓展到全球面一般区域，进行伪随机主体网壳三角形构型拓扑设计；(6)选择过球形网架下部五边形下角点或其临近角点，进行平面纬线环向切割，调整切面附近各节点位置和连接线方向，使基底三角形底节点落在相应正多边形基底圆周上。再使构建天线罩基底特殊三角形构型和主体三角形构型相适配，从而完成天线罩基底拓扑设计和天线罩网壳总体结构设计。2、伪随机三角形构型球形天线罩主要技术参数伪随机三角形构型主体网壳构建时，其三角形构型面数、节点数和棱边数满足欧拉定理，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
大跨度伪随机金属天线罩网壳结构的构建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：构建组合32面体变体，建立边长模数比M满足特定要求的六边形平面基元；步骤二：将32面体变体12个五边形绕形心中轴同步旋转，并控制转角值和旋转边交点与长边中点，建立伪随机平面变异基元；步骤三：在所述伪随机平面变异基元上，建立必要的面内随机点和边界上的随机点；步骤四：以五边形中心点和平面变异基元面上的中心点、中心三角形角点、基元边界中点诸基点，和基元面内随机点与边界随机点为节点，建立变异基元平面上三角形构型细分基元；步骤五：采用测地投影法自球心过诸节点向32面体外接球进行拓扑映射变换，进行伪随机主体三角形构型球形多面体网壳的构建；步骤六：选择过球形多面体网壳下部五边形下角点，或临近角点进行平面纬线环向切割，调整切面附近各节点位置和连接线方向，使节点落在相应正多边形基底圆周上，并使构建天线罩基底特殊三角形构型和主体三角形构型相适配，完成天线罩基底拓扑结构设计和总体网壳结构设计。

【技术特征摘要】
1.大跨度伪随机金属天线罩网壳结构的构建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：构建组合32面体变体，建立边长模数比M满足特定要求的六边形平面基元；步骤二：将32面体变体12个五边形绕形心中轴同步旋转，并控制转角值和旋转边交点与长边中点，建立伪随机平面变异基元；步骤三：在所述伪随机平面变异基元上，建立必要的面内随机点和边界上的随机点；步骤四：以五边形中心点和平面变异基元面上的中心点、中心三角形角点、基元边界中点诸基点，和基元面内随机点与边界随机点为节点，建立变异基元平面上三角形构型细分基元；步骤五：采用测地投影法自球心过诸节点向32面体外接球进行拓扑映射变换，进行伪随机主体三角形构型球形多面体网壳的构建；步骤六：选择过球形多面体网壳下部五边形下角点，或临近角点进行平面纬线环向切割，调整切面附近各节点位置和连接线方向，使节点落在相应正多边形基底圆周上，并使构建天线罩基底特殊三角形构型和主体三角形构型相适配，完成天线罩基底拓扑结构设计和总...

【专利技术属性】
技术研发人员：周丰峻，周丽，梁醒培，周广恩，周东方，马胜钢，赵明皞，邢召伟，李延民，刘国宁，王峰，李大磊，原方，邢峰，马永涛，刘起昆，
申请(专利权)人：周丰峻，
类型：发明
国别省市：北京;11