大口径反射镜几种轻量化孔结构形式的分析

针对某空间相机的主反射镜,根据目前的光学器件的加工工艺性,利用CAD技术对反射镜镜体进行有限元建模,分析了反射镜的几种轻量化孔的结构形式对镜体动、静态刚度的影响,从而优化出符合反射镜面形精度要求的轻量化孔的最佳结构形式.     

空间反射镜结构轻量化设计研究

为提高空间反射镜的轻量化率,设计了一种新型空间反射镜结构。以空间望远镜次镜为研究对象,首先对实体镜坯进行了拓扑优化,根据材料分布结果建立了次镜初步模型;对初步模型进行了尺寸、形状联合优化,进而得到了一种新型次镜结构。其次建立了采用背部三角形轻量化孔的传统次镜结构模型,对其进行了尺寸、形状联合优化。最后将新型结构与传统结构进行了对比;对两种结构分别进行了重力释放载荷下的有限元分析,根据分析结果计算出了镜面变形的RMS值。综合镜体质量和RMS值数据来看,在两种结构的面形精度近似的情况下,新型次镜结构在轻量化率方面更占优势。     

基于筋板式基结构的大口径空间反射镜构型设计的拓扑优化方法

针对大口径空间光学反射镜对轻量化的需求,提出了基于筋板式基结构的大口径空间反射镜构型设计的拓扑优化方法.该方法利用基结构拓扑优化的思想,将反射镜初始设计域限定为筋板式的反射镜基结构,通过各筋板的有无描述结构构型的变化.首先,借鉴连续体结构拓扑优化的思想,以壳单元离散筋板结构,以加筋板各单元的相对密度为设计变量(通过相对密度取1或0,描述该单元所在区域的筋板是否存在),以光轴竖直工况下镜面面形误差为设计约束,镜体的质量最小为优化目标,建立了镜体结构构型设计的拓扑优化模型;然后,以拓扑优化所得构型为基础,提取并形成结构概念构型;最后,采用有限元法进行动静刚度分析与光学性能分析,并对结构进行修正,形成性能更好、满足要求的反射镜轻量化结构创新构型.文中的设计实例得到的反射镜镜面面形误差PV值小于λ/10,RMS值小于λ/40,第一阶自振频率大于1 000 Hz,轻量化率达到86.0％.得到的结果验证了本文方法的有效性.     

1.2米SiC主镜轻量化设计与分析

为了探索研究地基大口径轻量化SiC主镜的可行性。对比分析了各种轻量化形式的优缺点,确定了主镜的支撑方式,然后从理论上计算了轻量化镜体结构参数,确定采用夹心三明治结构扇形轻量化孔形式。利用有限元方法分析了轻量化主镜在浮动支撑下的自重变形和热变形,分析结果表明,镜体的自重变形影响较小,可以满足要求,而由于SiC的热膨胀系数较大,热变形影响较大,为了达到了设计要求,必须对镜体采取热控措施。     

空间相机1 m口径反射镜组件结构设计

针对1 m口径空间相机反射镜的设计要求,提出了一种新的反射镜柔性支撑结构.以材料选择、径厚比、支撑点数量和位置、轻量化结构形式等为设计变量,以自重作用下反射镜面形精度rms值为目标函数,优化设计了一种背部开口、三角形轻量化孔、背部三点支撑的SiC空间反射镜结构,同时提出了一种反射镜柔性支撑结构.对反射镜在光轴水平状态下进行装调检测时影响反射镜面形精度的柔性支撑结构参数进行了灵敏度分析,找到了影响反射镜面形精度的结构参数.对反射镜组件动、静态特性和热特性进行了有限元分析,分析结果表明,光轴水平方向重力载荷作用下反射镜面形精度rms达到5.6nm,4℃均匀温升工况下反射镜面形rms为2.7 nm,反射镜组件一阶固有频率为192Hz.最后,进行了反射镜组件的动力学测试试验,测得反射镜组件一阶固有频率为197 Hz,最大响应应力为181MPa,验证了有限元分析的准确性.得到的结果显示该反射镜组件完全满足设计指标要求.     

斗轮堆取料机斗轮体结构分析与优化设计

为实现斗轮堆取料机斗轮体的轻量化,利用ANSYS参数化设计语言APDL建立某型斗轮堆取料机斗轮体的参数化模型并进行有限元分析。在有限元分析的基础上,以满足最大Von Mises应力为约束条件,建立以斗轮体的总体积最小为目标函数的优化模型,对斗轮体的结构尺寸进行优化设计。通过优化设计,可使斗轮体的总质量减少6.54%,实现了斗轮体轻量化的设计目标,也显著缩短了斗轮体的设计周期,提高了产品设计的效率,为斗轮堆取料机的结构分析和优化设计提供了新思路和新方法。     

Z8016深孔钻床床身轻量化研究

以Z8016深孔钻床床身为研究对象,首先利用ANSYS有限元分析软件对原床身结构进行了模态分析,在保证低阶固有频率基本不变的基础上,以降低床身质量为目标对其结构进行了分析和改进,在此基础上,针对优选出的床身结构,以其筋板厚度、壁厚、筋板孔的直径作为设计变量,以一阶固有频率作为约束,采用ANSYS结构优化技术,对其进行了参数优化设计,并对新的床身机构进行了有限元分析。优化后的床身与原床身相比,在保证其具有良好动态刚性的同时,床身的整体质量减少了16.67%,减少材料消耗,降低了成本,实现了轻量化的目的。     

硅镜轻量化结构优化与实现

为了保证在高的面形精度的前提下尽可能地降低硅镜的质量,通过对多种轻量化结构的分析与对比,确定了具体轻量化结构形式并对其进行了优化设计。通过计算机仿真分析证明了该优化设计方案的可行性,并采用超声加工方法实现了硅镜轻量化加工。试验结果表明：轻量化加工的硅镜镜体质量明显降低;虽然镜面精度有所降低,但仍能满足光学系统的设计要求。     

重载AGV轻量化设计研究

以某型载荷为15吨的重载AGV为研究对象,主要对占车体重量比例最大的车架进行了轻量化设计。运用Creo Parametric建立车架参数化三维模型,并与ANSYS Workbench实现对接,对车架进行静态有限元分析。然后基于ANSYS Workbench的优化设计功能,以车架总重量为目标函数,各焊接型材厚度为优化变量,对车架进行优化设计。最后对轻量化设计实际效果进行评价,为重载AGV轻量化设计提供了可借鉴的思路。     

1.2m SiC主镜轻量化设计与分析

为了探索研究大口径轻量化SiC主镜的可行性,对比分析了各种主镜轻量化形式的优缺点,确定了主镜的支撑方式;然后,从理论上计算了轻量化镜体结构参数,设计了采用夹心三明治结构扇形轻量化孔形式的1.23 m SiC轻量化主镜.利用有限元方法分析了轻量化主镜在浮动支撑下的自重变形,两种工况下的面形分别为:PV=9.43 nm,RMS=2.5 nm;PV=16.7 nm,RMS=3.2 nm.分析结果表明,镜体的自重变形影响较小,可以满足要求.而由于SiC的热膨胀系数较大,热变形影响较大,在稳态温度场下,温度每相差1 ℃,镜面面形变化约为PV=40 nm,RMS=4.8 nm,说明为了达到了设计要求,必须对镜体采取热控措施.     

网状可展开天线反射面精度调整技术研究

给出了改进型周边构架式空间网状可展开天线的具体结构方案,利用权因子法对辅助牵引面式网面精度调整技术进行了理论分析及调整方法研究。给出了网面精度调整的基本理论、公式以及调整步骤,在此基础上提出了型面精度优化的数学模型,并利用单纯形法进行了优化。利用ANSYS软件建立了相应的反射面精度调整模型,并进行了调整计算;证明了所提出的方法是正确性及所给天线的结构方案的合理性。     

星载索网反射面天线的预张力设计

星载索网反射面天线是由张拉索、膜以及支撑梁单元构成的组合结构,具有高度几何非线性,天线内部索、膜单元的张力不易控制.针对索、膜-桁架反射面天线结构中,索、膜张力确定的非线性问题,文中提出了一种张力设计的2步法:第1步,仅考虑索、膜结构,根据各向同性应力假设,推导了膜结构的平衡矩阵和平衡方程,在此基础上,建立以索、膜张力为设计变量,以索、膜张力均匀性为目标的优化模型,为避免索松弛和膜褶皱,引入相应张力约束;第2步,考虑梁结构的弹性变形对索膜张力和天线均方根误差的影响,采用逆迭代法对索膜张力予以修正.某6m天线的算例表明,该方法可在一定程度上有效控制索膜张力的分布,快速得到一组平衡的索膜预张力.     

抛物面天线结构的优化设计

为了进一步提高天线反射面的表面精度,本文采用数学规划法,建立了抛物面天线中心体和背架结构优化设计的数学模型,并将ANSYS软件和数学规划法相结合,以重量为目标函数对抛物面天线中心体和背架结构进行优化设计,大大提高了天线反射面的表面精度.本文的研究结果对提高天线结构设计的效果,改进天线的性能有一定的作用.     

径射状可展天线反射器结构设计与动力学分析

结构动力学分析是大口径空间天线研制工作的重要组成部分。本文将多级剪刀机构与复式螺旋机构组合,提出了一种新型的径射状可展天线反射器结构,设计了18 m口径的天线反射器,并建立了工作状态时的天线反射器结构有限元模型。采用ANSYS软件计算了径射状天线反射器的固有频率、谐响应和冲击响应,并研究了索网拉力、材料阻尼等对冲击响应的影响规律,为该天线的结构参数优化和阻尼设计提供了依据。     

ANSYS软件在抛物面天线结构设计中的应用

论述了ANSYS软件在抛物面天线结构设计中的具体应用：主要包括应用ANSYS软件计算天线结构的强度和刚度；计算天线反射面变形的均方根值；对天线结构进行优化设计；准确计算天线结构的配重；对天线结构的重力变形进行预调；计算天线结构的固有频率和振型等几个方面。     

Structure optimization for magnetic equipment of permanent magnet retarder

The main purpose of this research is to perform a magnetic analysis on the magnetic equipment of permanent magnet retarder (PMR) and optimize the structure of magnetic equipment with the commercial FEM software ANSYS and its design optimization module. The FEM model is built as an axisymmetric model according to the characteristics of the structure of magnetic equipment. Using this model, the magnetic field distribution and magnetic force are calculated by ANSYS. The mathematical model of structure optimization is also built. The design variables are structural parameters including the dimensions of permanent magnets and magnetic yoke, and the objective function is the magnetic force. The unconstrained optimization model takes the maximum value of magnetic force as the objective. A first-order optimization method is used to determine the optimum design of this problem. The optimization process works entirely with the ANSYS parametric design language (APDL). The design tools are used to understand design space and the behavior of the dependent variables. It is shown that designing a structure with the ANSYS optimization module and its design tools is an effective means to improve the structure.     

高刚重比天线结构刚强度优化设计与分析

天线的发射和接收性能取决于反射面的形面精度,而结构刚强度是决定天线反射面形面精度的主要指标,因此对天线结构进行优化设计非常必要。文中提出了一种具有高刚重比的车载天线结构,采用ANSYS有限元分析软件对天线自重、抗风载荷和振动载荷性能进行了力学仿真分析。仿真结果表明,井形背架结构和桁架形背架结构均可为反射面提供高刚度的结构支撑,桁架形背架结构在强度方面优于井形背架结构,其最大应力值比井形背架结构的最大应力值小43.8 MPa,从而验证了该高刚重比车载天线结构优化设计的合理性和可靠性,可为同类型天线的设计提供理论支撑。     

桥式起重机桥架箱形主梁的优化设计

桥式起重机桥架箱形主梁的传统设计一般采用偏于保守的简化计算方法,并且选用比较大的安全系数,所设计出的箱形主梁往往在一定程度上存在结构笨重、部分材料浪费和造价过高等问题,导致整机的性价比降低。本文应用 ANSYS 软件的优化设计模块,对起重机桥架的箱形主梁结构进行了优化设计分析。应用 ANSYS 软件的 APDL 语言,建立箱形主梁的参数化有限元模型,选取其截面尺寸作为设计变量,对其截面参数进行寻优,在满足其强度和刚度要求的前提下,使其质量减小,性价比提高。     

Bipod柔性结构在小型反射镜支撑中的应用

设计了一种由3组Bipod组成的柔性支撑结构,用于提高在实际工作条件下小型反射镜的面形精度。首先,利用伴随变换建立了Bipod及由其组成的支撑结构的柔度矩阵;利用MATLAB优化Bipod的结构参数,以满足径向刚度最小时轴向刚度最大的要求。然后,对优化后的支撑结构施加力和热载荷进行了仿真验证。最后,利用zygo干涉仪验证该支撑结构的热稳定性。结果表明,Bipod柔性支撑结构在保证反射镜良好热稳定性的同时,可以有效降低外界动态载荷对反射镜的影响;不仅具有良好的动态特性,且能在力热耦合载荷下保持较好的面形。分析显示其1阶固有频率达到1 781.7Hz,与理论计算相比,相对误差约为1%。     

楔环连接结构两种有限元优化设计方案研究

利用APDL语言对ANSYS软件进行二次开发,建立楔环连接结构的参数化有限元模型。为了对该结构进行优化设计,以楔环径向和轴向尺寸为设计变量,以结构最大应力比为目标函数设计结构的增强优化方案,以结构的各件应力比差的平方和为目标函数设计结构的等强设计方案。采用基于共轭梯度法的一阶优化方法求解,增强优化的结果表明,拉伸载荷下结构的最大等效应力降低21.1%,安全系数由1.08提高到1.37,可达到增强设计目的;等强优化的结果表明,优化后结构各件应力比接近,应力比差的平方和从0.600降为0.067,可以达到等强设计目的。实践说明采用非线性有限元法和一阶优化法对连接结构进行优化能够取得预想的效果。