空间反射镜加强结构的多目标拓扑结构轻量化设计

发布时间：2021-06-24 07:43

　　空间探测需求的不断提高对空间相机的主反射镜提出了口径更大的要求。但是反射镜口径的增加造成镜面变形增大和发射成本的升高。因此,如何在保证反射镜结构性能要求前提下,最大限度的减少反射镜质量是该领域重要的研究课题。针对反射镜对面形、固有频率和轻量化的多重要求,基于多层次优化和多目标优化理论对反射镜的基体结构进行布局优化,主要内容如下:首先,建立反射镜的实体模型,分析反射镜主要工况,确定其载荷和边界条件;对反射镜进行静力学分析、模态分析和冲击响应分析,确定进行轻量化的性能约束指标。其次,以镜面结构的柔顺度最小为目标,以一阶固有频率、镜面节点的最大位移为约束条件,建立镜面结构形貌优化的数学模型,并进行基体加强结构的形貌优化;然后,利用折衷规划法定义多刚度拓扑优化目标函数,利用平均频率法定义固有频率拓扑优化的目标函数,并基于容限法确定了各子目标的权重系数,得到基于变密度插值模型的反射镜多目标拓扑优化的目标函数;参考形貌优化和拓扑优化的结果得到反射镜加强结构的最优拓扑结构。最后,以反射镜的静态刚度最小和第一阶固有频率最大为目标,以反射镜节点的最大位移、加强筋厚度的变化范围为约束条件,基于折衷规划法和... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究背景与研究意义
    1.3 课题来源
    1.4 国内外研究现状
        1.4.1 薄板壳结构加筋布局方法的研究现状
        1.4.2 反射镜背部结构优化的研究现状
        1.4.3 多目标拓扑优化研究现状
    1.5 研究内容与方法
第2章 反射镜建模及静动态特性分析
    2.1 反射镜的结构和工况分析以及三维建模
        2.1.1 反射镜三维实体建模
        2.1.2 反射镜工况分析
    2.2 反射镜的静动态特性分析
        2.2.1 静力学特性分析
        2.2.2 模态分析
        2.2.3 瞬态动力学分析
    2.3 本章小结
第3章 反射镜的形貌优化及多目标拓扑优化
    3.1 反射镜形貌优化
        3.1.1 形貌优化理论
        3.1.2 反射镜的形貌优化流程
        3.1.3 反射镜形貌优化结果
    3.2 反射镜多目标拓扑优化
        3.2.1 拓扑优化概述
        3.2.2 拓扑优化中的数值不稳定问题
    3.3 反射镜多目标拓扑优化的目标函数描述
        3.3.1 轴向重力工况下刚度最大化的拓扑优化目标函数
        3.3.2 低阶固有频率拓扑优化的目标函数
        3.3.3 多目标拓扑优化的目标函数
    3.4 反射镜多目标拓扑优化的实现
        3.4.1 拓扑优化实体模型的创建
        3.4.2 边界条件的创建
        3.4.3 反射镜多目标拓扑优化的流程
        3.4.4 查看结果和后处理
    3.5 反射镜的拓扑结构
    3.6 拓扑反射镜结构分析
    3.7 本章小结
第4章 反射镜背部加强结构的多目标尺寸优化
    4.1 尺寸优化理论
    4.2 反射镜的多目标尺寸优化
        4.2.1 设计变量
        4.2.2 反射镜尺寸优化的目标函数
        4.2.3 拓扑反射镜参数优化及结果
    4.3 优化结果对比分析
    4.4 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于等效原理的板壳结构加强筋设计方法[J]. 陈冬民,王丽娟,陈宗渝,涂晴.  机械科学与技术. 2015(12)
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[3]3.5 m口径空间望远镜单块式主镜技术展望[J]. 李宗轩,金光,张雷,孔林.  中国光学. 2014(04)
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[5]基于最优准则法的板壳结构加筋自适应成长技术[J]. 季金,丁晓红,熊敏.  机械工程学报. 2014(11)
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博士论文
[1]2m量级空间反射镜组件设计与优化[D]. 王书新.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[2]同轴三反空间相机结构稳定性研究[D]. 郭权锋.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012

硕士论文
[1]空间反射镜bipod支撑技术研究[D]. 周宇翔.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[2]空间大口径反射镜优化设计及其支撑技术研究[D]. 王超.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2014
[3]空间光学遥感器轻型支撑结构研究[D]. 刘磊.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2006



本文编号：3246686