薄膜加载变形的有限元数值优化反演求解

薄膜加载变形的反演求解问题是薄膜反射镜成形控制的核心问题.为了实现薄膜面形的高精度控制,给出了柔性圆薄膜由平面变为特定矢高的理想抛物面所需离散均布栽荷的算法,并建立了有限元数值优化反演求解模型.通过300mm口径、25um厚的聚酰亚胺薄膜算例求解,分析了边界预张力、优化栽荷对薄膜面形精度和中心变形量的控制规律,为大变形薄膜反射镜面形控制提供了依据.     

多电极静电拉伸薄膜反射镜的面形优化

为了提高多电极静电拉伸薄膜反射镜的面形精度,基于Henky-Campbell圆薄膜平衡方程分析了薄膜均布载荷作用下的拉伸成形和面形误差。采用ANSYS软件一阶优化法,建立了以薄膜屈服强度为状态变量,镜面3个同心环形区域上施加的载荷为设计变量,以反射镜面形与理想面形的最小均方根误差(RMS)为目标的优化模型,对口径300 mm、中心挠度分别为0.5、1.0和1.5 mm的薄膜反射镜面形进行了优化。实验中优化后的最佳镜面面形RMS为7.73μm,PV值为50.69μm,较优化前分别减少了30.2%和23.7%。     

基于拓扑优化的金属反射镜设计及增材制造

为了满足金属反射镜高刚度、轻质化、非球面等实际使用需求,采用拓扑优化方法对金属反射镜镜体及支撑结构进行一体化设计.优化目标是结构柔度和一阶固有频率的加权叠加值最小化,约束函数是体积分数的上限.最终获得半封闭式支撑结构的反射镜构型.在完成几何提取和重建后,形成最终的CAD模型.借助COMOSL软件对该模型的静态刚度及固有频率进行分析,仿真分析结果显示此反射镜在重力工况下的最大RMS值为19 nm,一阶自然频率为1 705.2Hz.随后采用增材制造技术对该反射镜进行制备,验证了方法的有效性.     

径向任意变厚度圆板轴对称横向振动频率的计算

用有限元法计算了径向任意变工圆板和环形板横向振动的频率,构造了三结点变厚度环形单元,使计算模型和实际结构的几何形状达到了完全一致,该方法可以方便地计算双线性变厚度、二次变厚度及其它各种复杂变厚度环形板一圆板的振动频率及振型。计算出的前几阶固有频率的精度很好。     

静电薄膜反射镜的关键技术研究

静电薄膜反射镜是一种空间光学应用新技术.在阐述静电薄膜反射镜的定义、研究意义和国内外研究现状的基础上,讨论了静电薄膜反射镜的几种关键技术:薄膜材料的制备、薄膜预应力调节、成形控制机理和方法、薄膜反射镜面形评价.根据已有的成形机理的研究,分析了开展静电薄膜反射镜的紧迫形势以及目前所遇到的挑战性困难,明确了我国当前开展静电薄膜反射镜的首要任务和方向.     

风力发电机复合材料叶片振动特性分析

针对风力发电机复合材料叶片振动特性问题，以5 MW风力发电机叶片为研究对象，通过复合材料基础确定叶片铺层方案；借助有限元法对复合材料叶片静态固有频率和运行时固有频率展开分析。结果表明：叶片第1阶固有频率为0.887 Hz,叶片前6阶模态振型均未出现扭转振动，表明该叶片抗扭转性能较好；叶片旋转时离心力使得叶片前6阶固有频率均增大，其中对叶片第1阶固有频率提升可达3.6%,对叶片第6阶固有频率仅提高0.44%;且叶片在实际运行时第1阶固有频率分别高出叶片旋转频率1P和3P为77.5%和32.5%,不发生共振现象。     

离心泵叶轮湿模态及其影响参数分析

采用数值模拟方法,验证了离心泵流道形状的合理性,分析了叶轮干、湿模态的变化规律及叶轮前后盖板曲率半径对叶轮各阶次固有频率的影响。相对干模态,湿模态下离心泵叶轮第1、2阶次固有频率降低24%,第3阶次和第4阶次固有频率分别降低34%和21%,各阶次振型保持一致但振动幅值有明显减小;叶轮前盖板曲率半径为12.3 mm和16.3 mm时,叶轮第1、2阶次固有频率减小而第3、4阶次固有频率增大,叶轮后盖板曲率半径为28 mm和38 mm时,叶轮前4阶次固有频率皆增大。为分析离心泵叶轮的振动特性及结构的优化设计提供了参考。     

五柱塞注水泵曲轴模态分析

针对曲轴固有振动特性影响注水泵的工作力学性能与泵效,采用有限单元法,借助现代CAE软件开展了五柱塞注水泵曲轴固有振动特性研究,计算了曲轴前30阶固有频率,获得了每阶固有频率对应的模态特征,给出了固有振型的图形显示.通过计算发现,该曲轴的低阶固有频率较密集,仅有两个可用的激振频率区间,当前激振频率位于可用区间之一即[15,16]阶固有频率区间,另一可用的区间为[23,24]阶固有频率区间.两个可用频率区间的带宽与工程惯用标准相比有一定差距,因此注水泵工作时应严格控制输入转速和负载波动,以避免形成共振而导致内部构件失效.     

大型振动台夹具的模态分析及结构改进

振动台夹具是振动台上用以固定被试件的关键结构件,首先应满足被试件的安装要求,其次为了能在试验频率范围内对被试件开展振动试验,其结构模态应有尽量高的固有频率,并避免与试件发生共振耦合。在设计夹具的基础上,分析其前十阶的固有模态,并根据其固有频率的高低改进了结构,使得模态符合试验要求。     

静电薄膜反射镜聚光系统设计

采用单面镀铝聚酯薄膜作为基底,设计了一种通过控制静电力分布来拉伸薄膜成形的三环多电极300mm 有效口径的反射镜聚光系统.通过计算所需施加分布电势,能够有效控制圆薄膜面形变化实现不同焦距的聚光.并进行了面形成形模拟和聚光模拟,效果良好.为静电薄膜反射镜影响因素的定量研究和面形控制提供了切实可行的平台.     

绳索-金属丝网组合结构力热匹配设计

网状可展开天线反射面是由柔性绳索与金属丝网缝制而成的．由于不同材料力热差异引起金属丝网与纤维绳索变形不协调,影响了绳索金属丝网组合结构的预应力分布与形面精度,降低了反射面的电性能．为此,有必要研究绳索金属丝网组合结构的力热匹配设计问题．文中采用只承受张力的两节点杆模拟绳索,利用膜模拟金属丝网结构,建立了绳索金属丝网组合结构力学模型,分析了绳索金属丝网组合结构热变形影响规律,对绳索截面参数进行了匹配设计．以环形桁架网状可展开天线为例,仿真结果表明,采用文中的力热匹配设计方法,在温变环境下反射面的热稳定性得到很大的改善,形面精度提高了92％．     

可伸长弹性软薄膜的毛细黏附

软薄膜的毛细黏附问题在微机电系统(MEMS)、生物系统中大量存在,同时在薄膜的生产工艺中也至关重要。研究了任意形状的软薄膜在毛细力作用下的黏附,建立了相应的能量泛函,推导出了薄膜的挠度曲线以及相应的横截条件。并针对圆形软薄膜的毛细黏附,求解其挠曲线、横截条件,从而得到其临界黏附半径。计算中引入了表征黏附半径以及表面张力、薄膜张力组合的无量纲参数,得到了薄膜能够发生毛细黏附的参数临界值。这些分析对于工程设计,以及MEMS、生物系统的毛细黏附等有一定的参考价值。     

利用映射法构造自由曲面反射镜

为在特定平面上得到圆形均匀辐照面。利用映射法构造了一种自由曲面反射镜。根据给定的工作距离、自由曲面反射镜和辐照面大小、光束准直角、光源发光特性等参数,由能量守恒定律建立自由曲面反射镜上各点与辐照面上各点的映射,结合光线反射的几何关系,得出自由曲面反射镜的面形数据,并对得到的自由曲面反射镜进行光线追迹模拟,光源采用7000W短弧氙灯,分别采用理想点光源和厂家提供的实际光源模型,最终得到了理想的圆形均〉--j辐照面,均匀性达到了97％,能量达到了2600W左右,在保证均匀性、工作距离、准直角度等参数的基础上,能量利用率与传统的匀光照明系统相比提高了三倍以上。     

A new route of fabricating porous polyimide membranes

A novel experimental route to fabricate porous polyimide membranes(PPMs)with ideal air permeability was reported.The polymer solution layer consisting of the corresponding polyamic acid(PAA),solvent,and dibutyl phthalate(DBP)with a boiling temperature of 340℃ was treated by a simple process.The polymer solution layer was first treated at a lower temperature(about 150℃),then the received solid membrane was further imidized at a higher temperature(about 270℃),and finally,DBP was removed from the membrane at a tempcrature above its boiling temperature.The final asymmetric polyimide membrane with a dense skin layer was obtained To improve the air permeability of the polyimide membranes,the polymer solution layer was treated between two substrates.And the PPMs with open pores on both sides are fabricated and the air permeability of the films is improved greatly.     

Analysis of transient temperature field of the laminate composite membrane in space environment

The on-orbit transient temperature of reflector laminate film was analyzed by using finite element method (FEM). Numerical simulation was used by FEM software ANSYS. Results reveal that the temperature levels of the laminate composite membrane alternate greatly in the orbital period, which is about ±80℃. This range exceeds the material’s operating temperature level. So it is necessary to put effective thermal control into effect to the laminate composite membrane. There is temperature gradient in the thickness direction of the laminate composite membrane; there is a light change in Kevlar/Epoxy layer. The temperature of the laminate composite membrane is obviously lower than the seam’s temperature. Results provide reference to the thermal control of the inflatable reflector with high precision requirement.     

无机膜和无机膜反应器

简要介绍了无机膜的用途、特点、传质机理和制备方法，对无机膜反应器的应用类型，以及无机膜反应器应用面临的挑战进行了综述。将无机膜按致密膜和多孔膜进行划分，并分别加以介绍。按催化剂与无机膜的结合方式介绍了四种类型的无机膜反应器以及它们目前主要的六种应用场合，即严格计量的快速反应，提高多相反应速率，反应耦合，均相催化反应，部分氧化反应，脱氢反应。     

FAST反射面单元在索网变位中的碰撞分析

500 m口径球面射电望远镜采用柔性索网作为反射面支撑结构,反射面单元通过专用机构与索网连接,促动器连接下拉索控制索网,实现主动变位。在变位中,反射面单元要自适应于索网的各种变化,同时避免发生碰撞。为了给变位整体运行提供冗余保障,得出反射面单元碰撞分析基本机理及准则,基于索网与反射面单元的结构关系,将反射面单元的碰撞分析转化为对应主索单元的应力分析。通过设定条件下主索单元应力计算方法,对相关反射面单元碰撞问题进行分析。提出了正常变位情况下判别反射面单元碰撞的基本准则。通过计算变位后主索应力变化,提出分析判断正常变位反射面单元碰撞的方法,并提供了分析算例与结果。一定程度初步说明了正常变位条件下索网及反射面变位的合理性。     

充气可展开天线的反射面设计及精度测量

为实现高精度的充气可展开天线反射面，基于薄膜理论和弹性力学进行保形设计，在已知充气气压和变形后抛物面参数条件下求得充气变形前的形面.基于变形前的无应力形面进行裁剪设计，利用改进的弹簧质点系统展开曲面片，将裁剪片拼接得到高精度的充气反射面.将该方法运用于2 m口径反射面模型的研制，利用PhotoModeler软件建立非接触摄像测量系统，进行3种实验姿态下的测量实验.通过反复的测量和形面调整，在指平姿态下反射面的最终精度为1.83 mm，验证了高精度充气薄膜反射面的可实现性.     

空间光通信中的光束质量处理技术研究

由于通常采用圆形孔径加工光学系统,故可将单横模输出的半导体激光器发出的椭圆高斯光束近似为圆高斯光束,提出了对半导体激光器出射光束用轴对称光学系统进行处理的方法。并通过计算有限孔径的高斯光束有效菲涅尔数,确定了只要选择合适的孔径和距离,可以将几何光学的一些方法引入到高斯光束的处理问题中。实验中用视频激光光束检测仪对准直后的光束进行了测试,通过计算得出准直后的发散角被很好地控制在1mrad以内,从而验证了理论的可行性及准直系统的实用价值。     

旋转轴对称LED均匀照明系统设计方法

基于边缘光学理论,提出了一种应用于LED照明的光学系统设计方法,分别实现基于透镜和反射器的LED均匀照明光学系统,可在一特定距离的目标面上形成均匀圆形光斑。采用基于蒙特卡罗法的光线追迹软件对两种光学系统进行模拟仿真,结果显示,目标面上光斑的均匀度优于85%,系统效率高于90%。