中國天眼 結構 機械與工程力學卷

李輝

博士，畢業於中國科學院力學研究所。現為中國科學院國家天文臺副研究員，中國天眼（FAST）運行和發展中心結構機械工程部主任。2006年加入中國天眼團隊，先後擔任中國天眼饋源支撐系統總工助理、副總工。先後主持國家自然科學基金面上項目、西部之光項目、中國科學院重大科技基礎設施維修改造等項目。曾獲得獲省部級科技進步獎3項，國家發明專利10余項，發表論文20余篇。主要從事大望遠鏡技術與方法、柔索牽引並聯機器人等方面研究。

第 1章　緒論 1

第 2章　從概念到初步設計的研發歷程　11

2.1.1　LT工程的中國方案　11

2.1.2　獨一無二的喀斯特窪地臺址　14

2.1.3　光機電一體化的饋源支撐　15

2.1.4　基於瞬時拋物面成形技術的主動反射面　17

2.1.5　饋源支撐的二次精調機構　19

2.1.6　模型試驗與原理樣機　21

2.1.7　國內外專家評價　23

2.1.8　國家立項與可行性研究報告　24

2.2.1　反射面支承結構方案　28

2.2.2　背架結構型式　31

2.2.3　分塊單元與索網的約束連接　31

2.2.4　主索疲勞問題的初步探索　33

2.2.5　促動器的初步探索　36

2.3.1　早期理論分析與模型試驗　39

2.3.2　饋源支撐1 : 1原型全程仿真　41

2.3.3　機構完整的縮尺模型　49

2.3.4　艙—索懸掛系統阻尼試驗　51

2.3.5　6索牽引並聯機構優化設計　53

2.3.6　動光纜試驗　58

2.4.1　臺址勘察與開挖系統　62

2.4.2　主動反射面系統　63

2.4.3　饋源支撐系統　65

本章小結　67

參考文獻　68

第3章　FAST臺址工程　73

3.1.1　臺址初勘　74

3.1.2　臺址詳勘　90

3.1.3　專項勘察　101

3.1.4　施工勘察　105

3.2.1　臺址開挖概況　108

3.2.2　危巖與邊坡治理　110

3.2.3　檢修道路　112

3.2.4　排水系統　112

3.4.1　錨索應力計監測　120

3.4.2　邊坡變形監測　121

3.4.3　邊坡巡查　123

本章小結　123

參考文獻　124

第4章　FAST主體支承結構　125

4.1.1　促動器基礎　126

4.1.2　圈梁和格構柱基礎　131

4.1.3　饋源支撐塔基礎　133

4.1.4　索驅動基礎　136

4.1.5　艙停靠平臺基礎及周邊設施　139

4.1.6　鋼棧道與步道　141

4.2.1　功能與組成　143

4.2.2　方案優化　147

4.2.3　結構設計　151

4.2.4　大跨度結構安裝施工　160

|4.3.1　功能與組成　171

4.3.2　整體張拉式索網方案及歷史演變　174

4.3.3　索網構型及優化　177

4.3.4　索網主動變形的力學仿真分析　183

4.3.5　索網疲勞評估　191

4.3.6　超高疲勞應力幅主索研制　195

4.3.7　索網結構設計　198

4.3.8　索網構件加工制造　210

|4.4.1　功能與指標　220

4.4.2　方案設計與優化　221

4.4.3　單元結構設計　224

4.4.4　自適應連接機構運行空間及布局設計　234

4.4.5　單元制造與拼裝　238

|4.5.1　功能描述　247

4.5.2　塔址優化定位　250

4.5.3　支撐塔設計　252

4.5.4　附屬設施和相關接口　263

4.5.5　塔構件加工制造和試裝　268

4.5.6　塔及附屬設施的現場安裝　270

|4.6.1　索網安裝施工　276

4.6.2　反射面單元安裝施工　289

本章小結　298

參考文獻　298

第5章　FAST機電設備　301

|5.1.1　功能描述　301

5.1.2　技術指標　303

5.1.3　方案設計與樣機試驗　307

5.1.4　詳細設計　312

5.1.5　產品可靠性試驗　321

5.1.6　產品生產制造　324

5.1.7　現場安裝與調試運行　325

|5.2.1　功能與組成　328

5.2.2　方案設計與優化　329

5.2.3　詳細設計　335

5.2.4　本地控制及算法設計　353

5.2.5　設備制造與現場安裝　363

5.2.6　現場調試　369

|5.3.1　功能與組成　372

5.3.2　方案設計與優化　375

5.3.3　系統功能與技術指標　383

5.3.4　饋源艙詳細設計　388

5.3.5　位姿調整機構的測試、標定與精度分析　418

5.3.6　艙停靠平臺詳細設計　432

5.3.7　設備制造與安裝　436

5.3.8　設備調試　443

5.3.9　饋源艙整體性能及其完成情況　446

本章小結　448

參考文獻　449

第6章　FAST設備調試　453

|　454

6.1.1　指向精度　455

6.1.2　靈敏度　456

6.1.3　工藝驗收測試指標　457

|6.2.1　反射面變位力學仿真分析　462

6.2.2　索網結構實時評估系統　470

6.2.3　反射面主動變形控制算法　480

|6.3.1　艙—索懸掛系統動力學性能試驗　489

6.3.2　饋源指向跟蹤調試　499

|　509

參考文獻　510

第7章　FAST設備運行維護　513

|防治與設施維護7.1.1　臺址地質災害防治　514

7.1.2　臺址工程穩定性監測　521

7.1.3　臺址設施維護和完善　523

|7.2.1　日常巡查和維護　525

7.2.2　反射面單元維修改造　525

7.2.3　結構防腐維護　535

7.2.4　索網主索備件采購　539

7.2.5　饋源支撐塔維護　543

7.2.6　結構焊縫無損檢測　543

|7.3.1　液壓促動器　544

7.3.2　索驅動機構　547

7.3.3　饋源艙及艙停靠平臺　556

7.3.4　其他設備　560

|7.4.1　FAST維保管理系統　561

7.4.2　主索索力遠程采集系統　562

7.4.3　力學輔助軟件綜合平臺　563

7.4.4　促動器實時數據采集系統　563

7.4.5　索驅動工程師站系統　564

7.4.6　數據庫與設備運維　565

本章小結　570

參考文獻　572

第8章　總結與展望　573

附錄A　本書常用術語列表　579

附錄B　本書涉及的標準　583

致　謝　586