疲劳统计方法实例对比：快速反射面索网结构技术研究

分别采用量程计数法和雨流计数法进行疲劳统计，由于雨流法采用的是全循环计数，这里把雨流法的统计值乘以2来对比。图3－3两种计数法统计结果对比从图3－3中可以看出，两种统计结果有部分相同点但也存在一定的差别。

理论教育 2023-10-12

研究报告：FAST主动反射面索网结构设计与施工技术

针对索杆系施工过程分析，主要方法有：非线性静力有限元法、非线性力法、动力松弛法和非线性动力有限元法。1）非线性静力有限元法非线性静力有限元法，是建立有限元模型，采用非线性迭代方法静力求解，确定静力平衡状态。以下详细介绍索网结构非线性有限元分析法、NDFEM法找形理论。

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面索网的网格形式及FAST主动反射结构技术

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。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。图1－18球面三角形网格示意图

理论教育 2023-10-12

FAST主动反射面索网结构及施工技术研究成果

FAST主动工作抛物面变位主要包括两个部分：寻源和跟踪。所以在进行主动工作抛物面变位研究时，寻源和跟踪的计算都可看成是一个拟静力的过程，工作状态均为照射范围内主索节点位于指定抛物面位置，而照射范围以外的主索节点对应的下拉索的促动器均为基准球面时的状态。因此，在对FAST索网结构进行变位研究时，将不同角度寻源变位后得到的索网结构响应模拟所有的主动工作抛物面变位响应，大大减少了计算量，对分析结构的影响也很小。

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FAST主动反射面索网结构设计与施工技术研究

自重包括索网结构自重和背架自重。②背架自重背架总质量为1 992 400kg，以竖向集中载荷的形式作用在主索网节点上，图4－7为背架单元重量和面积的拟合公式。FAST索网工作时需通过主动调节下拉索呈现300m口径的工作抛物面。以抛物面和基准球面之间的距离幅值最小为优化目标得到的变位策略，工作区域边缘的调节量为0。马道、装饰、检修及施工荷载：暂不考虑。

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FAST主动反射面索网结构设计技术研究-重点与难点

长期主动变位工作使得FAST索网结构一直处于较高应力波动状态，对构件而言是一种特殊的、长期的往复疲劳荷载作用。只有部分钢绞线能够满足要求，为确保工程安全应改进工艺，研制适应FAST工程的高性能钢绞线［5］。拉索在地面无法展开，无法在全场搭设大量支承架，重型吊装设备难以进入场内，高空作业量大。5）施工精度控制FAST为高精度天文仪器，索网支承结构制作和安装的精度控制就显得异常重要。

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FAST主动反射面索网结构风振参数分析

根据工程情况和《FAST台址风环境试验总结报告》，风振时域分析有关参数设定如下：1）风载参数基准地面标高：以索网中心下拉索的下端锚固点为基准地面标高。2）动力分析参数结构阻尼比取0.01，并取前两阶自振频率计算Rayleigh阻尼矩阵系数。图4－40风载体型系数风振持续时间300s，采样时间间隔0.2s，瞬态分析时每个荷载步又分5个子步，每个子步的风速按线性插入取值。

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准实时评估系统的模块构成

准实时跟踪分析模块的前处理子模块主要是按照实时运行过程循环实时读入促动器运行状态信息等；力学分析子模块根据促动器运行状态进行单工况实时分析，记录索网应力；后处理子模块统计该工况的索网应力矩阵，输出关键信息，包括该工况的面索和下拉索的最大应力值及对应坐标、最大疲劳幅值及其位置等，并进行促动器安全荷载超限实时判断，在实时运行过程结束后进行应力幅超限判断，显示判断结果。

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MATLAB与GUI简介

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。MATLAB在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通信、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。MATLAB是一种开放式软件，经过一定的操作可以将开发的优秀应用集成到MATLAB工具行列。图形用户界面是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。

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设计极限风速|FAST反射面索网结构设计施工技术研究

分别计算温度为0℃、－25℃和＋25℃时下拉索达到设计承载力时的极限风速。2）分析结果和结论分析结果见表4－22、图4－51、图4－52和图4－53所示，可见：由于初始索网形状取相应温变条件下的球面，因此温变条件对设计极限风压和风速的影响很小。表4－22不同温变条件下的设计极限风压和风速注：基本风压和基本风速，是以索网中心下拉索的下端锚固点为基准地面标高，10m高度处的风压和水平平均风速。

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高效主动反射面索网设计

1）优化设计方法和指标首先进行标准球面基准态下的滑动钢圈桁架优化设计，下面是方法和指标。⑥由于荷载均采用标准值，为与基于概率理论的极限状态设计方法相适应，最不利工况的钢构承载力容许应力比［］β＝1／1.4＝0.714；在标准球面基准态下优化设计时，容许初应力比＝0.6。

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快速施工技术研究：组装件试验成果

根据计算应力幅上限取0.45σb即744MPa，下限则为244MPa，拉索索体截面面积A为435mm2，所以对拉索施加106.1～323.6kN的荷载，根据这一要求，采用100T的MTS疲劳试验机。本次试验采用的是力控制的方式，根据反馈力值不断调整荷载值，使其位于106.1～323.6kN，从而保证疲劳试验的精度。根据疲劳荷载值，分级张拉索，每级400N，逐级从0kN张拉至100kN，得出拉索组装件的荷载－位移曲线。试验共进行了108h。

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索网方法探究及应用-主动反射面索网结构设计与施工技术研究

FAST索网不是载控结构，而是形控结构，即在球面基准态和抛物面工作态时，通过促动器主动调整下拉索，使面索的节点达到预定坐标。采用容许应力法进行设计，荷载均采用标准值，拉索材料强度采用容许应力。在设计温度变化±25℃条件下，温变应变εT在－0.000 3～＋0.000 3范围内。设拉索极限抗拉强度σb＝1 860MPa，综合弹性模量取E0＝210GPa，安全系数取2.5，容许应力［σ］＝1 860／2.5＝744MPa，容许应变［ε］＝［σ］／E0＝0.003 54。

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预运行分析模块的研究成果

预运行分析模块主要包含三部分：前处理子模块、力学分析子模块和后处理子模块。图6-5数据统计流程在对最大疲劳幅值进行检验时，预先对500个抛物面中心节点工况逐一进行分析，得到每个单元的最大应力值αmax与最小应力值αmin，作为公共数据储存进模型中；实时序列求解得到的序列最大应力值与最小应力值满足以下条件视为合格：

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FAST主动反射面索网结构设计及施工技术研究成果

1）结构荷载通过对沿导索牵引安装区和扩展部分安装区进行施工过程分析，可得到导索和猫道索对下锚固点的作用力。其中猫道索下端拉力最大值近80t，导索下端拉力最大值近30t。图5-92塔架荷载示意图图5-93背索拉索组分布2）荷载组合根据施工过程设定多组荷载组合，对模型进行施工过程分析。荷载组合7：张拉PRET1拉索组和PRET2拉索组的背索，考虑塔架、导索和猫道索重力有利作用下，分析塔架的受力情况。

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FAST主动反射面索网结构设计与施工技术

采用零状态找形分析方法对FAST主动反射面索网结构进行基准球面找形计算。利用这个思想，我们同样可以利用下拉索促动器把主索网节点调节到基准球面上，从而达到基准球面找形的目的，即主动球面变位找形方法。图2－13主动球面变位找形后主索网径向变形图图2－14主动球面变位找形后主索网拉索应力图3）基于FAST特点的基准球面找形方法小结可以看出采用两种找形分析方法，所得到的球面基准态不相同。

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