(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210590039.8 (22)申请日 2022.05.26 (71)申请人 青岛科技大 学 地址 266000 山东省青岛市崂山区松岭路 99号 (72)发明人 谷永振　李向荣　李军英　续敏　 李锋　 (74)专利代理 机构 青岛中天汇智知识产权代理 有限公司 37241 专利代理师 韩丽萍 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种索膜桁架天线 优化设计方法 (57)摘要 本发明属于雷达天线仿 真技术领域， 针对索 膜桁架天线优化设计中形面精度不高和求解效 率较低的问题， 本发明提供一种索 膜桁架天线优 化设计方法： 建立包含前后索网面、 竖向索、 薄膜 反射面和支撑桁架结构的索膜桁架天线有 限元 模型； 以索张力和薄膜应力为设计变量， 以薄膜 反射面的形面精度为优化目标， 建立索膜桁架天 线优化模型； 利用有限元分析软件中的重启动技 术计算薄膜反射面节点变形对索张力和薄膜应 力的敏度矩阵； 计算设计变量的调整量， 以调整 后的索张力和薄膜应力为初始值利用上述步骤 重新进行优化模 型求解， 直至薄膜反射面满足形 面精度要求。 该方法将索张力和薄膜应力作为优 化设计变量， 极大的提高了索 膜桁架天线优化设 计的精度和效率。 权利要求书2页 说明书5页 附图6页 CN 115270540 A 2022.11.01 CN 115270540 A 1.一种索膜桁架天线优化设计方法， 其特征在于， 所述索膜桁架天线优化设计方法包 括以下步骤： 步骤一， 建立包含前后索网面、 竖向索、 薄膜反射面和支撑桁架结构的索膜桁架天线有 限元模型； 步骤二， 以索张力和薄膜应力为设计变量， 以薄膜反射面的形面精度为优化目标， 建立 索膜桁架天线优化模型； 步骤三， 利用有限元分析软件ANSYS中的重启动技术计算薄膜反射面节点变形对索张 力和薄膜应力的敏度矩阵； 步骤四， 计算设计变量的调整量， 以调整后的索张力和薄膜应力为初始值利用上述步 骤重新进行优化模型求 解， 直至薄膜反射 面满足形面精度要求。 2.如权利要求1所述的索膜桁架天线优化设计方法， 其特征在于， 步骤一中， 所述建立 包含前、 后索网面、 竖向索、 薄膜反射 面和支撑桁架结构的索膜桁架天线 有限元模型， 包括： (1)根据前、 后索网面和竖向索的拓扑连接关系建立索网结构， 利用索单元对索网结构 进行有限元网格划分， 共建立M个索单 元； (2)在前索网三角形网格上建立薄膜面， 利用薄膜单元对薄膜面进行有限元网格划分， 共建立N个薄膜单 元； (3)利用前、 后索网的边界点建立支撑桁架结构， 用梁单元对支撑桁架结构进行有限元 网格划分； (4)给索单 元、 薄膜单 元和梁单 元赋予材料属性； (5)施加边界约束， 选择一个竖向梁单元的两个节点进行位移全约束， 最终建立的索膜 桁架天线有限元模型为(Kc(T)+Km(σ )+Kb)δ＝R(T， σ )， 式中Kc(T)为索网结构刚度矩阵， T为 索单元张力， Km( σ )为薄膜结构刚度矩阵， σ 为薄膜单元应力， Kb为支撑桁架刚度矩阵， R(T， σ ) 为索张力和薄膜应力的等效节点力， δ 为所有节点的位移量。 3.如权利要求1所述的索膜桁架天线优化设计方法， 其特征在于， 步骤二中， 所述以索 张力和薄膜应力为设计变量， 以薄膜反射面的形面精度为优化 目标， 建立索膜桁架天线优 化模型， 包括： (1)索张力值设置为T＝[T1 T2  … TM]， 为保证索不发生松弛或者强度破坏， 索张力范 围需满足0＜ Ti＜Tmax， (i＝1， 2， ...， M)， 其中Tmax为索所能承受的最大张力值； (2)薄膜应力值设置为σ ＝[σ1 σ2  … σN]， 为保证薄膜不发生褶皱或者强度破坏， 薄膜 应力范围需满足0＜σi＜σmax， (i＝1， 2， ...， N)， 其中σmax为薄膜所能承受的最大应力值； (3)薄膜反射面的形面精度 为 其中NUM为薄膜反射面节点数目， δi 为薄膜反射 面上第i个节点变形后的位置， 为第i个节点的理想位置； (4)最终建立的索膜桁架天线优化模型为： find X＝[T σ ]T， min RMS s.t.0＜Ti＜Tmax， (i＝1， 2， ...， M) 0＜σi＜σmax， (i＝1， 2， ...， N) (Kc(T)+Km( σ )+Kb)δ ＝R(T， σ )权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115270540 A 2式中上标T表示矩阵的转置， X表示优化模型中的设计 变量。 4.如权利要求1所述的索膜桁架天线优化设计方法， 其特征在于， 步骤三中， 所述利用 有限元分析软件A NSYS中的重启动技术计算薄膜反射面节点变形对索张力和薄膜应力的敏 度矩阵， 包括： (1)给定索张力和薄膜应力初始值X0＝[T0 σ0]T， 将X0代入索膜桁架天线有限元模型计 算得到薄膜反射面变形δm0， 利用有限元 分析软件ANSYS中的re scontrol， all， last命 令保存 重启动模型； (2)令X0i＝X0+dXi， 其中dXi为设计变量X0中第i个设计变量 的增量， 利用限元分析软件 ANSYS中的antype， re st， 1， last命 令读入重启动模型， 然后将X0i代入读取的重启动模型中， 计算得到第i个设计 变量改变dXi时薄膜反射 面变形δmi； (3)计算薄膜反射面节点位移关于设计变量的敏度矩阵为 mi 代表第i个设计 变量改变时薄膜反射 面的变形； mo代 表薄膜反射 面天线初始变形。 5.如权利要求1所述的索膜桁架天线优化设计方法， 其特征在于， 步骤四中， 所述根据 计算设计变量的调整量， 以调整后的索张力和薄膜应力为初始 值利用上述步骤重新进 行优 化模型求 解， 直至薄膜反射 面满足形面精度要求， 包括： (1)计算设计 变量的调整量 为 (2)令X0＝X0+ΔX， 将调整后的设计变量X0代入索膜桁架天线有限元模型中计算得到调 整后薄膜反射 面变形δm0； (3)计算调整后的薄膜反射 面形面精度 (4)如果RMS≤0.01， 则完成索膜桁架天线优化设计； 否则， 返回步骤三， 继续进行索膜 桁架天线优化。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115270540 A 3