太赫兹天线结构有限元模型优化研究

发布时间：2020-04-25 03:15

【摘要】：结构有限元分析是目前预测天线变形规律普遍采用的方法。然而天线有限元模型与实际天线往往存在结构参数误差和材料参数误差等,使有限元模型不能真实反映实际天线结构在各种载荷下的变形特性。因此,初期建立的天线有限元模型必须通过优化修正,使之与实际天线高度相符,才能有效用于天线变形的高精度预测。本文采用有限元模型参数修正复合优化方法,针对有限元模型与实际天线不相符的问题进行研究。该方法包括三步,第一步,建立太赫兹天线参数化有限元模型,并通过结构分析来确定模型的合理性;第二步,对有限元模型进行参数灵敏度分析,为优化设计的设计变量提供参考,将高灵敏度的参数作为优化变量;第三步,建立优化函数,基于零阶优化法和一阶优化法对太赫兹天线有限元模型进行复合优化,使天线有限元模型逐渐逼近实际天线。本文针对一台1.2米太赫兹天线(DATE5的缩比模型)来验证所采用优化方法的可行性。首先根据实际天线结构建立了天线参数化有限元模型,并对其进行了结构静力学分析和动力学分析,分析结果证明了初步建立的有限元模型的合理性。其次通过参数灵敏度分析得到不同载荷下材料属性参数对天线变形特性的影响程度,将高灵敏度参数作为设计变量,将对假想实际天线结构的变形特性作为优化目标,在不同载荷下对初始有限元模型的进行优化,结果表明天线有限元模型经过优化后与假想实际天线一致,从而证明了本文采用的太赫兹天线有限元模型参数修正优化优化方法可行。这种优化方法可以推广应用到大口径太赫兹天线有限元模型修正。
【图文】：

口径效率,主反射面,望远镜,三维有限元模型

提供了极为良好的观测环境。我国拟在昆仑站建设中国南极天文台，南极５米太逡逑赫兹望远镜（Ｔｈｅ邋５ｍｅｔｅｒＤｏｍｅＡＴｅｒａｈｅｒｔｚＥｘｐｌｏｒｅｒ，邋ＤＡＴＥ５），是南极天文台第一逡逑阶段建设的两个主干天文观测设备之一。如图１．１是ＤＡＴＥ５的三维有限元模型，逡逑它采用卡塞格林式天线，也是斜轴式天线，将工作在２００微米到３５０微米波段之逡逑间＿0逡逑１逡逑Ｉ逡逑▲邋▲逡逑图１．１邋ＤＡＴＥ５三维有限元模型逡逑主反射面精度是望远镜天线的一项重要技术指标，它决定着天线的口径效率逡逑和波束效率，也在一定程度上决定着一个射电源被望远镜所实际接收到的信号强逡逑１逡逑

合成设计,随机输入,样本点

样本点的选取是通过中心合成设计法进行抽样，即选取一个ｎ维超立方体的逡逑１个中心点、２？个轴线点和２”—°个顶点这三种点作为样本值点，这里《为随机输逡逑入变量的个数，ａ邋（２０）是一参数。如图２．１所示是一个有着三个随机输入变量的逡逑样本点位置示意图。逡逑个逡逑？逡逑ｙ？—！逦ｒ５＞？逡逑／邋／邋／逡逑？逦導逦？邋？令＂２逡逑Ｌｋ逡逑；逡逑图２．１三个随机输入变量的中心合成设计法样本点位置示意图逡逑对于这三种样本值点，其中位于立方体８个顶点位置的点即图２．１中的空心逡逑圆点属于因子点，主要用于估计拟合函数（２．６）中的线性项ｃ；，以及交叉项Ｃ｛／；位于逡逑立方体中心的点即图中的黑色实心星点是中心点，它提供模型中是否存在曲性以逡逑及纯误差项的相关信息；轴向点即图中的黑色实心点可用于在有曲性的条件下对逡逑二阶响应曲面模型的纯二次项Ｌ进行估计Ｍｌ。对于有３个随机输入变量的样本，逡逑其参数ａ为0，，有８个顶点，１个中心点，６个轴向点，样本点数目即仿真循环逡逑的次数为１５，二次函数系数有１０个。逡逑７逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P111.44

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