【摘 要】
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经编金属丝网作为网状可展开反射面天线的关键材料,被铺设于支撑索网结构之上,用来达到反射电磁波的功用。其是利用十微米量级金属丝通过纺织工艺编织而成,线圈相互穿套钩结、走向弯曲多变,故结构形式极为复杂,给三维几何建模及力学性能分析带来极大困难。因而,目前其研制方式多为沿用纺织行业花型与工艺首先进行材料试制,然后展开力学性能测试,进而进行工艺优选。这种方式研制周期长,往往带来人力和成本的大量浪费。迫切需
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经编金属丝网作为网状可展开反射面天线的关键材料,被铺设于支撑索网结构之上,用来达到反射电磁波的功用。其是利用十微米量级金属丝通过纺织工艺编织而成,线圈相互穿套钩结、走向弯曲多变,故结构形式极为复杂,给三维几何建模及力学性能分析带来极大困难。因而,目前其研制方式多为沿用纺织行业花型与工艺首先进行材料试制,然后展开力学性能测试,进而进行工艺优选。这种方式研制周期长,往往带来人力和成本的大量浪费。迫切需要一套普适的金属丝网性能分析方法,在设计阶段即能通过初始工艺选择直接获得材料的精准力学性能,并指导后期研制工艺调整。本文结合典型经编金属丝网——双梳栉闭口经缎(1穿1空)结构的编织特点,开展了其三维几何模型的参数化建立、有限元模型的自动化生成及其力学性能分析研究,并基于此设计开发了典型金属丝网力学仿真分析软件。具体工作概括如下:1.提出一种参数化的典型经编金属丝网三维几何建模方法。首先,根据金属丝网结构单丝走向光顺及其周期性等特点,考虑线圈倾斜问题的同时推导了最小重复单元周期三次样条函数表达式描述其长度方向的空间轨迹,采用定直径圆描述金属丝横截面的形态,建立了最小重复单元的三维几何模型。然后,针对金属丝间的镶嵌问题,提出一种利用灵敏度矩阵调整的方法并建立其优化模型,消除了丝间镶嵌。最后,基于最小重复单元在横纵方向上矢量叠加,获得了金属丝网整体结构的三维几何模型。该方法可实现不同工艺参数下的典型经编金属丝网三维几何模型的自动化建立,提高了金属丝网的几何造型效率,为金属丝网的力学性能分析建立了基础。2.提出了一种考虑结构复杂、高度非线性接触因素的金属丝网结构有限元自动化建模与力学分析方法。首先对金属丝网结构的接触形式进行分析,并基于最小重复单元的有限型值点和周期三次样条采样点,获得结构的接触点对信息,实现了结构有限元模型“接触对”自适应匹配。然后在此基础上,针对最小重复单元不同位置的曲率变化特点,进行了曲线分段网格划分,实现了自动化的金属丝网结构有限元模型生成与力学性能分析。最后通过对比仿真结果和实验结果,验证了该自适应建模与分析方法的正确性和有效性。3.设计开发了集典型经编金属丝网三维几何建模与力学性能分析为一体的仿真分析软件。基于C++Builder可视化程序开发工具,并借助MATLAB、ANSYS等通用软件完成了“经编金属丝网力学仿真分析软件”的开发,剖析了该软件的开发流程和技术难点,详细介绍了各个模块的界面操作与具体功能,并通过算例验证该软件的功能性。
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