基于天线性能和杆件重要性评估的天线桁架结构优化方法技术

本发明专利技术公开了基于天线性能和杆件重要性评估的天线桁架结构优化方法，结合天线座和反射面系统，设计桁架式过渡连接结构；建立天线结构有限元模型并对其进行分析，得到天线结构的多项性能并将其作为参考指标；利用所设计结构对称性，将杆件分组，杆件组数即迭代次数，参与优化的各组杆件组成设计变量；对比每次迭代获得的天线性能值与参考指标，评估各组杆件对各项天线性能的重要性，删除部分杆件，提高天线性能，获得最优天线桁架结构设计方案。本发明专利技术综合考虑了天线的多方面性能，减小了天线结构冗余度，使天线的主面精度和结构刚度都有所提升，适用于大型天线的桁架结构优化。适用于大型天线的桁架结构优化。适用于大型天线的桁架结构优化。

【技术实现步骤摘要】
基于天线性能和杆件重要性评估的天线桁架结构优化方法


[0001]本专利技术属于天线桁架式结构优化领域，特别涉及基于天线性能和杆件重要性评估的天线桁架结构优化方法。

技术介绍

[0002]目前大型高精密天线追求轻量化，以减小重力变形带来的影响，并降低驱动负担，通常采用低密度、高强度材料，或采用桁架式结构设计，减小材料分布，可用于天线支撑的材料有限，且可能增加成本，因此从结构设计角度出发更适于大型天线。大型天线反射系统的支撑结构也因此多采用桁架结构，在其初始设计的结构框架中往往包含很多杆件，几乎每个结点都连接多根杆件，这增加了结构的冗余度，会导致整体结构刚度降低、重力变形增大，也会因复杂的热传导引起更大的热变形，这些因素都会使得天线精度变差，天线效率降低，从而无法在目标运行波段进行观测，尤其对大口径高精密天线的影响更甚。因此需要对初始设计的结构进行优化，以去除结构中不必要的杆件以降低结构冗余度，并保证或提高天线反射面精度和天线刚度。
[0003]结构离散体拓扑优化可用于解决杆系结构冗余度的问题。离散体拓扑优化是通过优化结构中各结点之间连接杆件的数量来确定结构中材料的分布。常见的优化算法主要有基结构法、启发式算法等，基结构法是连接设计区域内的桁架结点生成基结构，再按照既定准则删除杆件，但两两连接所有结点使得变量过多，增加了求解难度；遗传算法、蚁群算法等启发式算法在复杂结构的优化上更有优势，不过其原理与基结构法相似。对于天线桁架结构，其设计的优良主要反应在天线性能，若仅对桁架结构的性能进行单独评估无法保证该结构与天线其他结构的匹配度和兼容性，因此本专利技术采用评估杆件重要性系数的原理，以天线性能的好坏作为评估标准来确定初始桁架结构中各杆件的去留。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种基于天线性能和杆件重要性评估的天线桁架结构优化方法，以去除天线桁架结构中不必要的杆件，同时保证或提升天线性能，目的是保证天线精度和刚度并降低结构冗余度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]基于天线性能和杆件重要性评估的天线桁架结构优化方法，其特征在于，包括：
[0007]结合初始天线桁架结构设计，建立天线桁架结构的有限元模型；
[0008]从天线各性能中选取天线桁架结构的优化评估指标；
[0009]对有限元模型进行性能分析，根据得到的天线各性能的分析结果作为评估指标参考值；
[0010]对初始天线桁架结构中的杆件进行分组，将其分为不参与优化的必要杆件和若干组参与优化的待评估杆件；
[0011]根据优化评估指标和评估指标参考值，构建待评估杆件的重要性系数；
[0012]对有限元模型进行迭代分析，每次迭代去除一组待评估杆件后再进行天线桁架结构的性能分析，并据此计算各组待评估杆件的重要性系数；
[0013]判断各组待评估杆件的重要性系数是否满足评判标准；
[0014]将满足评判标准的待评估杆件去掉后获得的天线桁架结构作为优化后的结构，结合优化后的结构建立天线桁架结构的新有限元模型。
[0015]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0016]进一步地，所述天线桁架结构的优化评估指标包括不同俯仰角下天线反射面重力变形误差、不同温度载荷下天线反射面热变形误差以及天线整体固有频率。
[0017]进一步地，所述对有限元模型进行性能分析包括对有限元模型进行重力变形分析、热变形分析和模态分析。
[0018]进一步地，所述对初始天线桁架结构中的杆件进行分组，具体为：
[0019]将初始天线桁架结构中的杆件分为必要杆件和待评估杆件：所述必要杆件是天线桁架结构中与天线其他结构的连接杆件，是无法去除的杆件，不参与优化；所述待评估杆件是除必要杆件之外的其他杆件，参与优化；
[0020]对待评估杆件进一步分组，待评估杆件中的对称杆件分为一组，不对称杆件单独一组。
[0021]进一步地，所述构建待评估杆件的重要性系数如下：
[0022][0023]式中，表示第j组待评估杆件对天线性能P
i
的重要性系数，天线桁架结构的优化评估指标P＝{P
i
，i＝1，2，...，N｝，N表示优化评估指标中选取的天线性能数量，表示去除了第j组待评估杆件后天线桁架结构的性能，P0
i
表示天线性能P
i
的评估指标参考值。
[0024]进一步地，所述对有限元模型进行迭代分析的过程中，第j次迭代对应的是去除第j组待评估杆件后天线桁架结构的性能分析，并计算各组待评估杆件的重要性系数直到完成所有组待评估杆件的重要性系数计算。
[0025]进一步地，所述判断各组待评估杆件的重要性系数是否满足评判标准的过程中，优化评估指标中不同天线性能对应的评判标准不同，只有当第j组待评估杆件对优化评估指标中的所有天线性能的重要性系数同时满足评判标准时，该组待评估杆件对天线性能的影响才满足要求，可以从天线桁架结构中去除。
[0026]本专利技术还提出了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序使计算机执行如上所述的基于天线性能和杆件重要性评估的天线桁架结构优化方法。
[0027]本专利技术还提出了一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现如上所述的基于天线性能和杆件重要性评估的天线桁架结构优化方法。
[0028]本专利技术的有益效果是：
[0029]1、本专利技术以天线性能为优化目标对子天线桁架结构进行优化，能够保证子结构与天线整体的兼容性；
[0030]2、本专利技术在初始桁架结构的基础上进行优化，不需要对桁架结构中所有结点两两连接，节省计算时间；
[0031]3、本专利技术能够同时优化多个天线性能目标，确保天线整体性能；
[0032]4、本专利技术能够降低天线桁架结构的冗余度，减轻结构重量；
[0033]5、本专利技术适用于大型精密天线桁架结构的优化，具体优化指标和评判标准能够根据具体情况设定并调整。
附图说明
[0034]图1是基于天线性能和杆件重要性评估的天线桁架结构优化方法的流程图。
[0035]图2是桁架式天线过渡结构示意图。
[0036]图3是天线整体有限元模型示意图。
[0037]图4是天线桁架结构分组示意图。
[0038]图5是初始天线过渡结构中杆件对各指标的重要性系数示意图。
[0039]图6是优化后桁架式天线过渡结构示意图。
[0040]图7是优化后天线整体有限元模型示意图。
具体实施方式
[0041]现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。
[0042]在一实施例中，如图1所示，本专利技术提出了基于天线性能和杆件重要性评估的天线桁架结构优化方法，具体包括如下步骤：
[0043]1、结合初始天线桁架结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于天线性能和杆件重要性评估的天线桁架结构优化方法，其特征在于，包括：结合初始天线桁架结构设计，建立天线桁架结构的有限元模型；从天线各性能中选取天线桁架结构的优化评估指标；对有限元模型进行性能分析，根据得到的天线各性能的分析结果作为评估指标参考值；对初始天线桁架结构中的杆件进行分组，将其分为不参与优化的必要杆件和若干组参与优化的待评估杆件；根据优化评估指标和评估指标参考值，构建待评估杆件的重要性系数；对有限元模型进行迭代分析，每次迭代去除一组待评估杆件后再进行天线桁架结构的性能分析，并据此计算各组待评估杆件的重要性系数；判断各组待评估杆件的重要性系数是否满足评判标准；将满足评判标准的待评估杆件去掉后获得的天线桁架结构作为优化后的结构，结合优化后的结构建立天线桁架结构的新有限元模型。2.如权利要求1所述的基于天线性能和杆件重要性评估的天线桁架结构优化方法，其特征在于：所述天线桁架结构的优化评估指标包括不同俯仰角下天线反射面重力变形误差、不同温度载荷下天线反射面热变形误差以及天线整体固有频率。3.如权利要求1所述的基于天线性能和杆件重要性评估的天线桁架结构优化方法，其特征在于：所述对有限元模型进行性能分析包括对有限元模型进行重力变形分析、热变形分析和模态分析。4.如权利要求1所述的基于天线性能和杆件重要性评估的天线桁架结构优化方法，其特征在于：所述对初始天线桁架结构中的杆件进行分组，具体为：将初始天线桁架结构中的杆件分为必要杆件和待评估杆件：所述必要杆件是天线桁架结构中与天线其他结构的连接杆件，是无法去除的杆件，不参与优化；所述待评估杆件是除必要杆件之外的其他杆件，参与优化；对待评估杆件进一步分组，待评估杆件中的对称杆件分为一组，不对称杆件单独一组。5.如权利要求1所述的基于天线性能...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明珠，程文胜，王海仁，左营喜，
申请(专利权)人：中国科学院紫金山天文台，
类型：发明
国别省市：