反射镜支撑结构设计与分析

发布时间：2017-04-20 08:12

  本文关键词：反射镜支撑结构设计与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：望远镜广泛应用于天文观测、资源考察、气象预报和太空探索等领域。随着科学技术的发展，对望远镜成像分辨率的要求越来越高，其口径不断增大以适应成像质量及各种参数的要求，但口径越大其自重导致的变形就越严重，受温度梯度的影响越敏感。反射镜作为望远镜的重要元件，它的支撑系统的设计质量对其面形质量有着极为重要的影响，从而影响着其成像质量。 论文中结合具体需要对反射镜支撑系统进行了理论分析、方案设计和具体结构设计与分析。并对其在重力和温度作用下进行工程分析，，找出影响面形精度的关键环节并提出了改进措施；主要内容包括： 1、结合薄板理论及圆板轴对称弯曲理论，分析与总结了反射镜支撑的一般性问题及其解决方法。 2、对影响反射镜面形畸变的因素和不同结构形状的主反射镜对面形影响的规律及其之间的关系进行了研究，分析与总结了反射镜支撑设计的原则； 3、研究了面形处理中的若干关键技术及实现，尤其是Zernike多项式拟合和基于ansys二次开发和matlab相互调用的支撑设计专用系统的设计。从算法原理上进行了分析研究并编程实现了该系统，改善了传统凭经验优化支撑参数效率低和不能保证参数最优的不足。 4、以以上内容为基础，用所设计的支撑专用系统对一个540x437的矩形反射镜支持组件进行支撑设计与参数优化。设计了特殊的球铰六杆柔性支撑结构，从运动学、静力学原理上对其进行了分析。 通过Inventor软件设计了详细的结构模型，以ANSYS软件为工具，对所设计的结构进行了工程分析，分析结果表明其面形畸变为RMS=28.9nm，因此该结构能够很好的满足重力和30℃温差作用下的面形畸变不大于λ/20(λ=632.8nm)的面形精度要求；
【关键词】：反射镜支撑 有限元分析 Zernike拟合 ANSYS二次开发
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（光电技术研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH743
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1. 绪论10-13
• 1.1 课题背景和意义10-11
• 1.2 本文主要研究内容11
• 1.3 研究方法与流程11-12
• 1.3.1 研究方法11
• 1.3.2 课题开展流程11-12
• 1.4 本章小结12-13
• 2. 反射镜支撑工程分析方法及面形处理研究13-25
• 2.1 工程分析方法简介13-14
• 2.2 有限元法14-15
• 2.2.1 有限元法简介14
• 2.2.2 有限元法在光机设计中的应用14-15
• 2.3 反射镜面形处理研究15-17
• 2.3.1 面形评价方法16
• 2.3.2 面形拟合方法16-17
• 2.4 Zernike 多项式简介17-19
• 2.5 Zernike 多项式拟合19-24
• 2.5.1 Zernike 拟合数据预处理20-22
• 2.5.2 Zernike 拟合算法实现22-24
• 2.6 本章小结24-25
• 3. 反射镜面形畸变研究及支撑设计原则25-33
• 3.1 外力引起的面形畸变分析25-31
• 3.1.1 重力作用下变形理论分析25-26
• 3.1.2 形状对自重下面形精度的影响26-27
• 3.1.3 材料对镜面自重载荷下面形精度的影响27-28
• 3.1.4 反射镜结构对变形的影响28-29
• 3.1.5 支撑方案对变形的影响29-31
• 3.2 工作环境因素对面形的影响31-32
• 3.2.1 热补偿法31
• 3.2.2 弹簧元件的应用31-32
• 3.3 支撑设计的一般原则32
• 3.4 本章小结32-33
• 4. 反射镜支撑设计专用 CAE 系统研究33-44
• 4.1 ANSYS 二次开发34-35
• 4.2 RSOS 的系统组成35-37
• 4.3 涉及到的关键技术37-42
• 4.3.1 优化算法的研究与实现38-42
• 4.4 本章小结42-44
• 5. 一望远镜四境支撑系统设计44-66
• 5.1 光机结构要求及主要内容44-45
• 5.1.1 工况及设计要求44
• 5.1.2 反射镜组件设计主要内容44-45
• 5.2 反射镜结构设计45-46
• 5.2.1 材料选择45
• 5.2.2 轻量化设计45-46
• 5.3 支撑方案设计及参数优化46-48
• 5.3.1 支撑方案设计46
• 5.3.2 支撑参数优化46-48
• 5.4 支撑结构设计48-55
• 5.4.1 Bipod 六杆支撑原理48-49
• 5.4.2 Bipod 六杆支撑运动学分析49-54
• 5.4.3 柔性铰链设计54-55
• 5.5 支撑结构工程分析55-65
• 5.5.1 球头间隙对反射镜空间位置精度的影响55-57
• 5.5.2 球头预紧力对面形的影响57-58
• 5.5.3 静力学分析58-60
• 5.5.4 模态分析60-65
• 5.6 本章小结65-66
• 总结和展望66-68
• 参考文献68-71
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果71

【参考文献】

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1 李贤辉;光机集成有限元分析光学面形后处理研究与实现[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2004年

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本文编号：318245