空间遥感器反射镜组件的设计与有限元分析

针对某空间遥感器反射镜的设计指标要求,分析并优化了反射镜的支撑形式和结构参数,得到了质量为23.7kg,轻量化率达到76.2%的反射镜结构。在反射镜基本构型确定的基础上,设计了镜体的支撑结构,通过合理设计柔性卸载结构满足了反射镜结构系统的动静态刚度和热尺寸稳定性要求。采用有限元软件ABAQUS对反射镜组件进行了精确有限元分析,分析结果表明,在1g重力作用下反射镜的面形精度RMS达到3.66nm,在4℃均匀温升载荷作用下反射镜的面形精度RMS达到4.16nm,在1g重力和4℃均匀温升载荷耦合作用下反射镜的面形精度RMS达到5.51nm,反射镜组件的一阶固有频率为137.51Hz。得到的结果显示该反射镜组件完全满足设计指标要求。     

基于拓扑理论的超高速摄影仪转镜结构设计

提出基于连续体拓扑优化设计理论的转镜结构拓扑描述方式和材料插值模型,利用有限元理论和方法,建立转镜各向同性惩罚微结构单模态拓扑优化插值模型,对转镜的第1阶固有频率进行最大动刚度拓扑优化数值分析,并根据转镜伪密度分布图,修改原有转镜结构.通过对修改前后转镜模态进行数值分析与试验发现,转镜第1阶固有频率由原来的713.6 Hz提高到821.4 Hz,第2阶固有频率值增加48%,第3阶固有频率值增加50%,其他各阶固有频率都有明显提高.试验结果和数值解在误差范围内保持一致.     

一种空间遥感器反射镜柔性支撑结构

设计了刚度高、热适应强的反射镜柔性支撑结构。通过有限元模型分析,该支撑结构中的反射镜在±10℃的环境温度变化下,其反射镜面形精度RMS值达到1/50λ(λ=632.8nm)。     

中心支撑式铝合金反射镜组件优化设计

为了满足光学系统在复杂环境下具备高成像质量的要求,结合有限元手段和优化方法,设计了一种具有柔性环节的中心支撑反射镜组件结构。首先,从反射镜组件的材料选取入手,结合反射镜组件结构包络要求及理论计算结果,完成反射镜组件初始结构设计;其次,利用有限元方法,对反射镜组件模态和面形精度展开研究;最后,利用优化方法,以反射镜组件柔性槽尺寸及反射镜背部支撑厚度为设计变量,以反射镜组件一阶频率和镜面面形为优化目标,对反射镜组件初始结构进行优化设计。结果表明:优化后反射镜镜组件一阶频率为230.1 Hz;多工况下,反射镜反射面面形优于1/55λ(λ=632.8 nm),满足结构设计要求,可为成像光学系统反射镜结构设计提供参考。     

基于正交建模的空间柔顺构件多目标优化

为满足超磁致伸缩材料精密加工异形孔的刚性、稳定性等要求,根据材料驱动特性对空间柔顺构件多个性能参数(驱动刚度、抗扭转刚度和一阶固有频率)进行优化设计,给出一种基于正交仿真试验和遗传算法的多目标优化方法.该方法通过主结构离散参数值的正交排列组合和有限元仿真获得两者的映射试验表,再采用回归拟合的方法建立各性能参数与主要结构参数的优化模型,经多目标遗传算法获得一组最优解,使柔顺构件弯曲变形量、扭转变形量、一阶固有频率分别为51.6um、3.3um、849.7 Hz,满足超磁致伸缩驱动特性和异形孔精密加工的要求.     

长条形空间反射镜镜体及其支撑结构设计

为了满足长条形空间反射镜的设计要求,从结构材料的选择、镜厚比确定、支撑方式与最佳支撑点位置的选择以及镜体轻量化等方面进行了详细的镜体结构设计。设计了一种空间反射镜柔性支撑结构,以满足温度载荷与装配误差0.05mm工况下镜体面形精度的要求。利用有限元分析软件对反射镜组件进行分析,反射镜组件在Z向1g重力、4℃温升以及0.05mm强制位移三种工况耦合作用下的面形误差峰谷值PV为20.5nm,均方根值RMS为4.75nm,优于PV值小于λ10,RMS值小于λ50的设计指标。组件一阶频率141.83Hz,满足动态刚度要求。组件分析结果表明,反射镜及其支撑结构设计合理,满足空间应用要求。     

空间相机反射镜支撑结构的设计与分析

利用有限元法对反射镜组件在自重和均匀温升作用下的面形精度进行了计算,分析结果预示最初的模型不能满足设计要求.为了提高反射镜的面形精度,把增加支撑结构的柔性作为修改方向,经过计算确定柔性结构设计变量L为3mm时的结构方案能够满足反射镜的面形精度要求.同时为了校核这个结构的强度和刚度,对工为3mm时的结构进行了模态分析和在预示载荷作用下的频率响应分析和准静态分析,结果表明,该方案完全能够满足整个结构的刚度和强度设计要求,从而为空间相机的设计提供了有利依据,同样为其他空间相机反射镜支撑的设计提供了参考.     

基于Optistruct的电池包箱体上盖优化设计

采用ANSYS Workbench平台对电池包箱体进行静、动态有限元分析,得到箱体结构的薄弱位置,并在上盖表面设置凸包结构进行局部加强。 基于Optistruct软件运用形貌优化技术, 优化上盖的局部刚度,获得了最终凸包结构的几何参数和平面布局,建立了优化后箱体上盖的三维模型。经验证,优化后上盖最大变形量较优化前降低了72%,其一阶固有频率为28.55Hz, 可避免共振情况发生,最大等效应力为101MPa。优化后上盖的刚度、强度得到显著提升,此研究为进一步分析实际电池包箱体结构奠定基础。     

基于动强度可靠性的输流管道动力优化设计

建立以支撑(位置、刚度)和截面几何特性为设计变量,以结构重量极小化为目标,以动强度可靠性指标和固有频率为约束的管道动力优化模型.针对某类管道,对支撑位置、刚度和管径进行优化分析,得到了支撑、截面参数和管道动力特性之间的关系.计算结果表明此优化方式是合理有效的.经过优化,提高了首超可靠度,减轻了结构重量,降低了动应力,增强了管道的抗振能力.     

滚珠丝杠进给系统轴向一阶固有频率量变规律

为了定量分析高速机床进给系统部件参数对一阶固有频率的影响,将滚珠丝杠看作弹性杆件,运用拉格朗日方程建立了进给系统轴向运动的动力学模型;利用MATLAB软件对其固有频率进行了求解,给出了进给系统参数变化与轴向一阶固有频率的关系曲线.结合实例分析了工作台质量、各部件刚度变化对轴向一阶固有频率的影响,发现工作台质量和丝杠螺母刚度是轴向一阶固有频率的主要影响因素.计算结果表明,工作台质量减小10%,轴向一阶固有频率提高4.94%;丝杠螺母刚度提高10%,轴向一阶固有频率提高2.5%.