空间相机主镜加工状态下的有限元分析

采用轻量化结构的空间相机主镜,因为镜体力学分布较传统的实心镜体复杂得多,因而轻型镜面的加工较之实心镜面复杂得多。镜子在加工中的支撑方式和受力状态是影响镜面加工精度的主要因素之一,没有严格准确的数学分析难以保证镜子的加工精度,本文用有限元法首次对正在加工中的空间相机主镜进行力学分析,根据变形规律设计了几种支撑方案,从中选定了主镜的最终支撑结构。镜面面形的加工精度实现PV值λ／10,MS值λ／62。满足使用要求。     

大行程变形镜有限元分析

针对自适应光学系统对变形镜行程的更高要求,本文对提高变形镜行程技术进行了分析,提出了一种解决变形镜大行程的方法:匹配、优化变形镜的结构参数;利用有限元软件分析了该结构的各参数对变形镜主要性能指标:最大变形量、交连值及最大应力等的影响.根据分析结果,利用有限元分析方法对一自适应光学望远镜所用变形镜的镜面、驱动器结构参数进...     

大口径望远镜三镜结构设计及优化

第三反射镜(简称三镜)在大口径地基光电望远镜系统中作为关键部件之一,其面形精度直接影响着望远镜光学系统成像质量.为准确设计出符合工程实际的三镜结构,从三镜镜体几何尺寸、镜坯材料、轻量化孔结构形式、支撑方式等方面进行分析,并借助于有限元工程分析软件ANSYS,MSC.Patran/Nastran对三镜的支撑点位置、支撑孔壁厚度、镜面面板厚度、镜子外边框厚度、背部肋板厚度以及镜子外边缘倒角尺寸等镜体结构参数进行优化分析,得到了使镜面面形最优的镜体各结构参数.优化后三镜镜面变形RMS值为8.98 nm、PV值为38.03 nm,均满足光学设计要求.研究成果可为同类光机系统设计提供参考.     

2 m SiC 反射镜拱形轻量化结构设计

针对口径为2 060 mm 的地基大口径望远镜主反射镜,选用SiC 材料和新型拱形轻量化结构进行了详细的轻量化参数设计,并对支撑环半径进行了优化.对于Whiffle tree 18 点支撑和27 点支撑形式,从静力学(重力作用)和热力学两方面对比分析了两种轻量化结构的镜面变形,结合SiC 反射镜的加工工艺,最终确定18 点支撑的轻量化结构为首选方案.同时,就SiC 反射镜对稳态温度差导致的热变形较敏感的问题,提出可通过设计与镜体热变形相匹配的支撑结构来满足镜面变形的要求.     

三套管自复位屈曲约束支撑滞回性能研究

在结构中合理安装自复位屈曲约束支撑可以有效地减少结构损伤和结构残余变形。该文提出了一种新型三套管自复位屈曲约束支撑,对其滞回性能进行实验研究。通过拟静力试验考察了初始预应力,芯材管有效横截面积对支撑耗能能力以及控制残余变形效果的影响。采用有限元方法对支撑的滞回性能进行了参数分析,并通过理论推导给出了支撑的刚度和承载力计算公式。研究结果表明合理设计的三套管自复位屈曲约束支撑具有良好的耗能能力和自复位性能,有限元分析结果与试验结果吻合较好,理论推导得到的刚度和承载力计算公式能准确给出支撑滞回曲线上的特征点。     

内方位元素测试仪内框变形对瞄准精度的影响

介绍了内框在内方位元素测试仪中的作用及其工作时的受力状态。采用有限元分析方法对内框不同工作状态的变形进行分析,计算出内框变形对瞄准望远镜视轴的影响,给出了分析计算结果．     

高精度干涉仪镜头支撑结构的光机集成分析

根据高精度干涉仪镜头的工作状况,给出了乎放时镜头的装卡方式.用Ansys Workbench有限元分析软件对镜头由重力、支撑结构所导致的面形变化进行仿真分析,在对光机结构进行有限元分析的基础上,反复优化镜头机械结构设计,从而使支撑结构引起的系统误差降到最低,以zcmike多项式为接口工具拟合镜面变形,评估了该支撑结构对...     

一种四角钢组合约束型防屈曲支撑外围连接的设计方法研究:理论推导

在四角钢组合约束型防屈曲支撑中,螺栓是连系外围各个约束角钢的关键元件,在支撑发生侧向弯曲变形时承受拉力、剪力的共同作用。该文对单向弯曲变形状态下的外围螺栓内力计算方法展开了研究。首先介绍了内核构件与外围构件之间侧向挤压力的计算方法。然后,将该侧向挤压力分解为对称受力状态与反对称受力状态,螺栓在这两种受力状态中分别起到防止外围约束角钢发生分离的作用以及保持各角钢变形协调、共同抗弯的作用。基于这两种受力状态,考虑螺栓连接附近角钢板件局部变形所产生的撬力作用,经理论推导分别给出了螺栓内力的简化计算公式。再考虑螺栓内力的生成机制,对这两种受力状态分别计算得到的螺栓内力进行组合,得到了实际受力状态中螺栓内力的计算公式。最后,还介绍螺栓间距对螺栓内力的影响。     

抽样莫尔在材料变形分析中的应用

本文利用抽样莫尔法,对材料变形进行了精密测量.将罗琦光栅紧贴在试件表面,使其和试件材料一起变形,然后用CCD 摄像机获取在不同拉伸状态下的离焦变形条纹图.取出其中一幅变形条纹图,采用抽样和双线性插值等操作获取该状态下的多帧相移莫尔图,通过相移法计算莫尔相位,经相应公式的计算,得到材料的位移和应变分布.文中给出了抽样莫尔法基本原理,推导了位移应变计算公式并给出了实验结果.实验结果表明,由于抽样莫尔法只需一幅变形条纹图并结合相移技术获取材料的位移和应变等数据,因而能以较快速度和较高精度实时完成不同变形状态下材料的位移和应变等重要特性的分析.本文为动态过程中材料的变形提供了一种精密测量的方法.     

民用飞机地板支撑结构对抗坠撞的影响研究

采用PAM—CRASH瞬态非线性分析软件对斜支撑和无支撑两种不同地板支撑结构形式的机身段进行坠撞仿真分析,通过对机身变形情况及地板滑轨加速度响应结果的对比分析研究,并给出了相关结论。     

大口径光学遥感器主反射镜轻量化方案设计

合理的轻量化结构设计是降低大口径反射镜重量的实际而有效的方法,同时可以有效减少自重等对反射镜面形精度的影响。本文以口径为Φ1200mm主镜为研究对象,采用有限元分析作为研究手段,根据等刚度原则,结合实际工艺情况,设计了两种结构形式的主镜轻量化方案。根据有限元分析结果,确定基于反应烧结碳化硅(RB-SiC)工艺、背部半封闭结构、锥形后表面、采用扇形轻量化孔形式的结构方案为首选方案,并成功研制出了反射镜镜坯。     

采用机械钻铣轻量化技术的轻型镜研制

以φ400mm轻型平面镜为例，介绍了采用机械减重法制造轻型镜的工艺技术。镜坯的轻量化采用了刚度虽不是最优，但工艺性最好的圆孔结构，并采用专门设计的钻头钻孔，再用氢氟酸消除微裂纹。加工结果表明，该镜的减重比达44．5％，但仍具有足够的刚度，且没有影响加工精度的变形。     

轻质反射镜的制备方法及应用

总结了国内外轻质反射镜的研究现状,包括玻璃基轻质反射镜、SiC基轻质反射镜、金属基轻质反射镜及复合型轻质反射镜。详细分析和比较了轻质反射镜制备方法的优缺点。针对每种类型轻质反射镜制备方法的研究重点、发展方向和应用前景进行了展望。     

Methods for the characterization of deformable membrane mirrors

We demonstrate two methods for the characterization of deformable membrane mirrors and the training of adaptive optics systems that employ these mirrors. Neither method employs a wave-front sensor. In one case, aberrations produced by a wave-front generator are corrected by the deformable mirror by use of a rapidly converging iterative algorithm based on orthogonal deformation modes of the mirror. In the other case, a simple interferometer is used with fringe analysis and phase-unwrapping algorithms. We discuss how the choice of singular values can be used to control the pseudoinversion of the control matrix.     

激光精跟踪快速控制反射镜结构优化与分析

目的对快速控制反射镜进行结构优化与处理,获得满足设计要求的轻量化结构。方法选取合适的加工材料,建立以结构柔度最小为目标的优化数学模型进行拓扑优化,对优化后提取的结构模型进行处理和有限元仿真分析。结果通过优化与分析,确定了反射镜最终结构,模拟分析结果表明,镜面最大变形量为2.7 nm,基频为4130.3 Hz,均满足设计要求。优化前后相比,结构质量降低了57.8%。结论优化结果较好满足了设计要求,对于类似结构的设计具有一定的参考作用。     

Photoconductive optically driven deformable membrane under high-frequency bias: fabrication, characterization, and modeling

The fabrication and characterization of an optically addressable deformable mirror for a spatial light modulator are described. Device operation utilizes an electrostatically driven pixelated aluminized polymeric membrane mirror supported above an optically controlled photoconductive GaAs substrate. A 5 mum thick grid of patterned photoresist supports the 2 mum thick aluminized Mylar membrane. A conductive ZnO layer is placed on the backside of the GaAs wafer. Similar devices were also fabricated with InP. A standard Michelson interferometer is used to measure mirror deformation data as a function of illumination, applied voltage, and frequency. The device operates as an impedance distribution between two cascaded impedances of deformable membrane substrate, substrate, and electrode. An analysis of device's operation under several bias conditions, which relates membrane deformation to operating parameters, is presented.     

长条形SiC空间反射镜轻量化结构优化设计

在保证空间光学遥感相机反射镜结构刚度、面形精度的同时,最大限度的降低反射镜质量,成为各国新兴的、重要的研究课题。本文从材料、支撑形式、相关几何参数以及轻量化结构形式等方面对反射镜进行详细设计。提出了通过拓扑优化确定反射镜背部轻量化形式的方案。采用有限元分析法对获得的优化结果进行分析。分析结果表明：重力载荷下面形精度达到 λ/10 PV,λ/50 RMS (λ=632.8 nm),PV值 7 nm,RMS值 1.68 nm,反射镜组件一阶固有频率 256 Hz,均优于传统结构形式的反射镜,能够满足应用要求。     

长条型非球面反射镜轻量化及支撑结构优化研究

针对轻型光学空间遥感器的长条型非球面反射镜,首先进行了轻量化研究,然后针对支撑结构的初步设计方案,采用有限元法进行了静力学分析和计算,以对镜面面型精度的影响为评价指标,进行了有效的多次迭代优化,最终确定了满足要求的支撑结构方案。