空间硬X射线调制望远镜(HXMT)结构设计与研究

基于空间硬X射线调制望远镜 (HXMT)的科学目标和各子系统的技术要求 ,提出了一种可靠的结构方案并对方案进行了详细的介绍。利用有限元分析软件ANSYS对方案中的探测器模块的安装方式进行了模态分析和计算 ,综合比较了下托板对探测器模块动态特性的影响 ,获得了适当的下托板安装位置     

硬X射线调制望远镜准直器的有限元分析

利用有限元方法对硬X射线调制望远镜的关键部件准直器进行了分析与计算。首先，基于有限元软件ANSYS提出一种SOLID单元与SHELL单元自由度连接的方法，并应用此方法建立了准直器的有限元计算模型。然后计算了不同设计参数的准直器在过载情况的应力与应变；最后对准直器进行了模态分析，得到前100阶固有频率与振型。文中的分析结果为准直器的结构设计提供了重要依据。     

基于有限元的X射线聚焦望远镜结构分析

针对我国X射线时变与偏振卫星(XTP)项目中高能X射线聚焦望远镜的研制需求,初步设计了嵌套式、类Wolter-I型X射线望远镜并进行了结构优化。基于X射线望远镜的光学设计理论,给出了嵌套式聚焦望远镜的光学结构参数。利用有限元分析软件ABAQUS,建立了嵌套式X射线聚焦望远镜的有限元模型。采用基础激励法模拟了X射线聚焦望远镜模型的随机振动,得到了望远镜结构的应力分布。通过切换层的方式,降低了望远镜结构的应力,达到了多层膜承受应力的要求。该研究为XTP项目中的X射线望远镜载荷设计提供了参考。     

空间软X射线/极紫外波段正入射望远镜研究

介绍国际上空间软X射线/极紫外波段正入射望远镜研究进展情况。着重介绍了长春光机所设计的四波段同时成像空间极紫外太阳望远镜。该望远镜由四个不同波长的多层膜正入射望远镜组成,工作波长分别为12.9nm、17.1nm、19.5nm和30.4nm,视场角为8.5′×8.5′,设计角分辨率为0.5″。为了验证设计方案可行性及关键技术水平,集成出一套17.1nm极紫外望远镜演示样机。     

X射线聚焦望远镜镜片黏接装配的数值模拟和分析

对采用圆锥嵌套Wolter-I型结构的X射线聚焦望远镜在装配过程中产生的面形偏差进行了模拟和分析。首先,利用ANSYS有限元软件建立二维模型。然后,以实际装配步骤和夹具为加载和边界条件,通过分析不同半径镜片的装配过程,得到了面形偏差与三根压条的载荷关系曲线,由此优选出了不同半径镜片对应的最佳装配载荷。分析显示:除对应的最大面形偏差外,优选出的装配载荷均可控制在0.1μm以内,满足装配精度要求,而且对应装配载荷下玻璃镜片的最大Mises应力也均小于玻璃的强度极限,不会在装配过程中失效。此外,建立了三维分析模型并与二维简化模型分析结果进行了比较。结果显示:计算偏差主要集中在镜片的前、后两端约5mm范围内,最大偏差为2.3μm;镜片中段两种模型的计算偏差小于0.03μm,表明提出的二维简化模型可以用于玻璃镜片装配的快速面形偏差分析和载荷确定。文中对镜片装配过程的分析可为提高装配精度提供理论依据。     

软X射线掠入射望远镜的成像质量评价

为了评价软X射线掠入射望远镜的成像质量,提出了一种利用ZEMAX和MATLAB相结合的像质评价方法。根据这种方法编写的像质评价程序不仅考虑了孔径衍射、几何像差和装调误差等因素对成像质量的影响,而且加入了望远镜面形误差和X射线散射效应的影响。利用勒让德-傅里叶多项式和用户自定义表面,在ZEMAX中建立带有面形误差的筒状反射镜表面模型,实现对真实面形的掠入射反射镜的仿真;根据Harvey-Shack散射理论建立了ZEMAX中的BSDF散射模型,实现对X射线散射的仿真。搭建X射线有限远成像实验装置,对像质评价程序进行了验证。实验结果和仿真结果对比表明:实验光斑和仿真光斑的光强分布基本一致,以实验结果为基准,仿真光斑的半高全宽横向和纵向的相对误差分别为14.7%和11.3%。说明像质评价程序的仿真结果基本符合真实情况,对掠入射光学系统的设计和加工具有一定的指导意义。     

空间大口径光学望远镜可展开主镜动力学建模研究

采用混合坐标法建立了某空间光学望远镜可展开主镜的动力学模型。在建模过程中采用固定界面子结构模态综合法,用主镜中各分瓣子镜的弹性正则模态和静力校正模态组成的模态集来表示结构变形,仿真分析了镜片柔性对系统动力学特性的影响。仿真结果表明,实际工程应用中镜片柔性对系统的影响不可忽略。     

聚焦型X射线脉冲星望远镜Pareto多目标优化与多场耦合分析

为提高聚焦型X射线脉冲星望远镜的探测性能,提出一种聚焦型X射线脉冲星望远镜（Focusing X-ray pulsar telescope,FoXPT）多目标优化与多场耦合分析方法。基于X射线全反射理论构建以探测灵敏度和重量最小化为目标的多目标优化模型,采用改进的Pareto法获得产品的非劣解集。基于弹性力学、热传导和热辐射理论构建了结构-热耦合方程,以遴选的优化结果构建产品三维模型和有限元模型,获得产品应力与位移分布并提取X射线反射镜面形误差,基于高次多项式函数重构结构-热耦合形变后的X射线反射镜面形,并进行拟合和误差分析。采用Monte Carlo光学追踪法对产品的聚集性能进行仿真分析与评价,实现了FoXPT多目标优化与多场耦合分析的有效集成。结果表明：当嵌套层数为17层时,重量和探测灵敏度同时获得满意解,分别为3.112 kg和6.15×10^-4 phs/cm²/s/keV,光机热耦合分析最大应力为262.54 MPa,X射线聚焦效率提升至86.83%,满足实际工程设计要求。     

望远镜主转动框架设计分析方法

利用有限元方法，完成对望远镜主转动框架的结构静力分析和模态分析。并利用有限元中建立刚性区和坐标变换等方法进行了简化模型。阐述了基于有限元分析的结构模型的建立及简化处理过程，利用ANSYS软件完成了静力及模态分析计算，通过分析的结果为工程实际提供参考和建议，为主转动框架的分析提供了一种新的思路。     

基于ANSYS的高速轮盘动力学模态分析

简要介绍了有限元法的基本思想、模态分析基本理论以及ANSYS模态分析的步骤.以高速旋转的轮盘为实例,利用ANSYS进行模态分析,得到相应的结果,为进一步研究提供了依据.     

红外望远系统结构动力学分析

红外望远系统是红外目标模拟器的关键部件,环境振动会造成成像质量下降甚至结构破坏。本文利用有限元分析软件ANSYS对红外望远系统结构进行了动力学特性分析,求解了三向加速度载荷下镜头的应力和变形,并利用功率谱密度（PSD）分析方法解算出在随机动态载荷激励下系统动态响应的1σ统计结果,仿真结果表明,该设计能够满足工程要求。     

空间测绘相机的计算机辅助优化设计

阐述了设计灵敏度分析和优化技术在空间相机设计中的重要性,并介绍了设计灵敏度分析和优化设计的原理及方法在MSC/NASTRAN中的应用。本文在MSC/NASTRAN有限元分析的基础上以光机系统的要求为评价指标,对某空间测绘相机进行了设计灵敏度分析及优化设计,有效地改进了设计。     

基于ANSYS的发动机连杆动态特性分析

采用ANSYS软件对发动机连杆进行了模态分析和谐响应分析,提取了前4阶模态,分析了连杆的固有频率、振型,找到了变形最大区域,并进行了谐响应分析,为连杆设计提供理论依据并为优化结构打下了基础。     

基于ANSYS的载重货车驱动桥壳的结构强度与模态分析

运用三维CAD软件UG建立了某型载重货车驱动桥壳三维几何模型,将其进行简化并导入ANSYS软件中,建立了有限元模型。运用ANSYS软件对桥壳进行了4种典型工况下的静力分析,得出相应的应力与变形分布图,分析结果表明,桥壳的强度和刚度满足设计要求;利用ANSYS软件对桥壳进行了模态分析,得出了桥壳六阶模态的振型和固有频率,分析结果表明桥壳的结构设计合理。上述静力分析和模态分析的结果可以为新产品的开发和结构优化设计提供重要的参考依据。     

基于Solid Works和ANSYS某舵机齿轮装配体模态分析

固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参考指标,模态分析可以确定一个结构的固有频率和振型。基于Solid Works及其插件Gear Trax对齿轮装配体进行三维参数化设计,然后通过特殊接口导入ANSYS中,对其模态进行有限元求解。针对静态线性模态分析方法不能满足高速旋转和频繁变速工况的实际问题,通过求解两种临界状态的固有频率,从而确定该系统固有频率的范围,有效地解决了类似问题。     

基于ANSYS的振动盘给料器动态分析

在对振动盘振动输送力学分析的基础上,通过对运动时物料的受力分析,利用PRO/E建立某振动盘给料器三维模型,用ANSYS软件对其固有频率及谐响应进行分析,其分析结果符合设计预期,从而验证了其设计参数的合理性。为振动盘给料器的参数设计及解决其在实际应用中出现的各种问题提供依据。实践证明,在一阶振动模态下,符合圆盘振动给料器的振动规律和工作要求,并为动态结构设计提供重要参数。     

基于ANSYS机械增压器主动轴的动态特性分析

利用有限元分析软件ANSYS建立了机械增压器主动轴系统的三维有限元模型,采用了Subspace模态提取法对主动轴系统进行模态分析,计算主动轴前4阶固有频率和振型,并获得了其在正常工作下的位移频率响应曲线,最后分析了支撑刚度对主动轴固有频率的影响,为机械增压器降噪和控制共振提供了理论依据.     

YB3180H滚齿机精切硬齿面齿轮的有限元模态分析与动态测试

针对YB3180H滚齿机在大模数硬齿面齿轮加工中振动较大、效率较低的实际情况,应用脉冲激振方法对滚齿机进行了六阶模态分析,确定了机床振动的薄弱环节.通过与机体试验模态分析结果进行比较、修正并建立机体较精确的三维有限元(ANSYS)模型,可为机体的结构设计、结构改进、结构优化提供有力的理论依据.