FAST主动反射面支承结构的球面索网网格的形式可以分为:三角形网格和四边形网格。
采用四边形网格时,球面上的四点无法同时移到指定的抛物面上,若采用三根下拉索控制,控制量大且三根下拉索会相互影响,会影响反射面的拟合精度。采用三角形网格能较好地解决背架结构的支承问题,三角形单元可用来拟合任意曲面(包括球面和抛物面),有利于提高反射面的拟合精度。另外,三角形单元与四边形单元相比,其平面形状稳定性要好,构成的球面索网面内形状比较稳定,在工作变位过程中索网形状更易控制。因此,球面索网采用三角形单元网格划分方式。
球面三角形网格仍有多种划分方式,常见的有三向网格、凯威特型及短程线型等。FAST的寻源和跟踪会将球面索网的任意区域调节到指定抛物面上,因此从某种意义上希望球面索网的网格划分比较均匀,面索网各索段受力没有明显的主次之分,同时球面网格的种类数越少,越有利于反射面结构(包括面索、背架结构等)的加工制作。
哈尔滨工业大学的前期分析研究发现:
(1)三向网格比较适合于矢跨比较小的情形,否则实际网格大小相差较大,FAST主动反射面的矢跨比(1/3.72)较大,并且网格尺寸的大小将直接影响球面背架结构与抛物面的拟合精度,因此认为三向网格不适合FAST主动反射面球面索网结构。(www.daowen.com)
(2)凯威特型网格划分方式对称性好,网格相对较均匀,在建筑领域常用于圆形屋顶的单层网壳结构,但是经过计算发现凯威特型网格在主肋处索网应力不均匀,出现松弛现象,同时主肋的应力也高达1 000MPa以上。
(3)短程线网格仅基本网格交点与5个三角形相连,其他节点均与6个三角形相连,这种划分方式具有传力路径短的优点,索长度也比较均匀。同时短程线网格的背架结构种类数较少,应力分布比较均匀,应力较小的索单元主要分布于基本网格的交点处,基本网格对应的极个别索单元应力较大,比凯威特网格索网受力均匀,且短程线二网格为5轴对称,对称性也相对较好,因此选定短程线二网格为FAST主动反射面整体支承结构的索网的最终划分方式(图1-18)[8]。
图1-18 球面三角形网格示意图
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