500m口径球面射电望远镜FAST，作为国家重大科学工程，2008年12月正式启动，通过中国科学院国家天文台FAST工程组的前期研究，提出了采用整体索网结构作为FAST主动反射面支承结构，按照短程线型网格方式编织成球面索网，每个面索网节点连接一根径向控制下拉索，下拉索下端与地面促动器相连以控制整个索网变位。FAST通过控制促动器拉伸或放松下拉索实现望远镜变位驱动，即主动变位是FAST反射面的最大特点，通过主动控制在观测方向形成300m口径瞬时抛物面以汇聚电磁波，观测时抛物面随着所观测天体移动而在500m口径球冠上移动，从而实现天文上的跟踪观测。

东南大学研究团队自2011年与国家天文台合作至今，针对FAST主动反射面索网支承结构，在拉索材料、结构优化、施工技术和运行监控等方面展开了系列工程研究，并在索网实施阶段对施工单位提供了方案、分析、调控等技术支持。研究工作总结如下：

（1）根据FAST反射面主动变位的工作特点，经对比分析，采用主动球面变位找形方法寻求基准球面和工作抛物面。基于有限元分析软件ANSYS开发了相关程序模块，用于后续索网结构疲劳分析和优化分析等。

（2）根据国家天文台提供的按30年和70%的观测效率生成的FAST天文观测轨迹（总共观察次数228 715次，轨迹点3 410 008个），对索网的应力历程进行统计，得到各根面索在不同应力幅下的循环次数：400～455MPa应力幅近3万次，300～400MPa应力幅5万余次，200～300MPa应力幅近3万次。

（3）从钢索的基本组成单元（单丝母材）开始，针对涂层工艺、锚固工艺等多方面展开系统研究，通过钢丝、钢绞线和整索的对比试验和不断探索，新型钢索的疲劳性能通过了500MPa应力幅的110万次全循环疲劳加载。最终，柳州欧维姆机械股份有限公司研制的高疲劳性能钢索在500MPa应力幅下通过200万次疲劳加载，并在工程中应用。

（4）基于索网为形控结构，采用初张力找力分析方法，进行了标准球面基准态优化分析，优化了拉索和周圈钢构的规格和预应力，进行了设计条件下最不利工况的验算，并分析了下拉索初张力和最小下拉拉力、周圈钢桁架的支座条件和温变、拉索安全系数和容许应力、拉索材料类型等若干关键因素对结构性能的影响，另进行了模态分析、风振分析、断索分析、节点分析等。

面索网初张力找力分析，合理地设定下拉索初张力为其上下限的均值，通过迭代求解，确定基于球面位形满足静力平衡条件的面索网初张力；然后根据合理的初应力上下限值，优化面索规格。该优化方法非常符合FAST索网的工作特点，简便直接，优化结果保证了在标准球面基准态下下拉拉力的一致性，而且面索应力和下拉拉力在最不利工况的峰值和谷值基本是关于标准球面基准态对称的。(www.daowen.com)

（5）FAST工程处于山区，地形复杂，结构尺寸规模大，拉索根数多，格构柱高，安装精度要求高。根据其特殊的结构特点和现场条件，提出了索网支承结构的施工方法：悬臂抱杆高空拼装格构柱，分节段滑移安装周圈环桁架和高空溜索滑移安装索网。为方便制作和施工，对格构柱和环桁架的不同部位提出了柔性法兰盘、销轴连接、焊接球节点、相贯节点、内法兰盘等不同的节点形式。

根据面索网的对称性，索网结构划分为中部区域和五个扇形区域施工。在五个扇形区域内，首先安装对称轴位置的拉索，然后对称向两侧扩展施工。面索网严格按照无应力长度组装，通过施工千斤顶和促动器分别对外缘面索和下拉索进行张拉，索网整体成型。

索网施工包含了超大机构位移和大松垂拉索等，基于“确定索杆系静力平衡状态的非线性动力有限元法”，提出了“串联拉索沿导索空中累积滑移安装过程分析方法”，进行了施工过程分析，确定了施工参数（导索和牵引索的长度和拉力及过程位形等），并设计了快拼式的中部支承塔架结构。

基于随机误差的正态分布模型，针对索网结构的主要施工误差（面索索长、下拉索索长、外联面索拉力和周圈钢构节点坐标误差），分别进行了独立误差影响分析，确定了误差敏感性，并进行了耦合误差分析，确定了施工控制标准。

（6）非均匀温度场和促动器故障等诸多因素会在索网变位控制过程中，影响反射面控制精度甚至结构安全。影响因素之间相互耦合，且具有相当大的随机性。基于ANSYS和MATLIB软件，建立了反射面索网结构的准实时辅助控制系统，辅助望远镜反射面实现准实时的控制精度补偿和故障预警功能。系统包含了两大功能：预运行分析和准实时跟踪分析。系统构成包括了模型处理模块、单线运行的预运行分析模块和循环运行的准实时跟踪分析模块，后两个模块又分别包括了前处理子模块、力学分析子模块和后处理子模块。通过输入FAST工作任务序列、故障促动器的位置和响应模式、正常促动器的工作状态等信息，进行索网支承结构的工作序列分析，统计结构响应并与预警值对比，输出超过警戒值的面索应力和应力幅、下拉拉力、面索节点径向偏差等数值及对应的位置，评估望远镜在调试、运行和维护时的索网安全性。

具有中国独立自主知识产权的FAST，综合体现了我国高技术创新能力，其主动反射面索网支承结构的建造对于我国土木工程技术，尤其是空间结构技术发展提供了一个巨大机遇和挑战。通过众多相关领域科研单位和企业的共同努力和创新，FAST主体工程于2016年6月顺利建造完成。