索网结构非线性有限元分析中初始张力状态的快速构造方法

王 威，吴 松，郭其威，唐国安

（1.复旦大学 航空航天系，上海 200433；2.上海空间飞行器机构重点实验室，上海 201108；3.上海宇航系统工程研究所，上海 201108）

0 引言

索网结构是张力结构体系的一个重要组成部分，其具有重量轻、强度高、收缩比大、成形多样等显著优点［1-2］，可被应用于太空可展开天线领域。预张力是索网结构成型的必要条件和提高其曲面稳定性的重要参数［3-4］。

在结构负荷工作阶段，无论其静力行为还是动力行为均体现出较高的非线性特性［5-6］，然而由于航天发展所需天线趋于大型化，结构全尺寸地面试验难以开展［7］，所以在设计阶段，有限元数值分析显示出了巨大优势。

有限元分析时，预张力的施加方法有等效荷载法、降温法、初始应变法等［8-17］。而对于复杂的索网结构，等效载荷法并不适用，初应变法与降温法本质相同，都是通过改变索网的单元原长度来施加预张力。根据是否进行迭代，确定初应变（或降温量）的方法可分为迭代修正法和直接法。迭代修正法先取一个初应变（或降温量）计算索单元的预张力，根据结果与设计值的差异修正初应变（或降温量），然后再重新计算，直至迭代收敛［9-10，13］。在现阶 段，这是一 种常用 的计算方法，但需要迭代计算，会导致效率降低。直接法不需要迭代，效率高。张航［11］和YANG 等［18］提出了考虑支座位移的计算方法，将总降温值分为拉索两端固定时达到设计预张力所需的降温值，支撑结构位移带来的拉索变形所对应的降温值两部分叠加。……