大口径平行光管结构优化设计

摘要

为了适应恶劣的野外运输条件，大口径平行光管需拆分成多个零件组进行运输。要求各零件组的—阶模态频率大于50Hz以避免发生共振。为了保证装配后大口径平行光管的检测精度，要求整个平行光管的最大的静力形变量小于0.35mm。本文首先对平行光管进行静力学分析与模态分析，找出优化问题，提出优化方案;其次，基于MSC.Patran_MSC.Nastran软件，利用集成优化思想，对平行光管的各零件组进行动力学优化与静力学优化;最后，将改进后的平行光管整体进行有限元分析，对优化设计结果进行评估。经过优化设计，各零件组—阶频率远大于50Hz，装配后导光臂的最大静力形变量由1.35mm减少至0.345mm，主反射镜最大静力形变量由0.475mm减少至0.279mm。综上所述，利用计算机辅助技术，实现了对大口径平行光管的动力学与静力学优化设计，为有限元优化技术在光学结构设计领域中的应用进行了探索与尝试。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 多轴平行性检测设备国内外研究现状

1．3 计算机辅助工程

1．3．1 有限元法的出现与发展

1．3．2 结构优化设计的发展现状

1．4 论文研究主要内容

1．5 小结

第二章 有限元分析与优化设计基础理论

2．1 有限元法

2．2 线性静力学分析

2．3 线性动力学分析

2．3．1 动力学分析

2．3．2 实特征值分析

2．4 优化设计理论

2．4．1 灵敏度计算

2．4．2 连续体的拓扑优化方法

2．4．3 集成优化

2．5 有限元分析软件介绍

2．6 DMAP语言

2．7 本章小结

第三章 平行光管初始结构

3．1 平行光管初始结构阐述

3．2 平行光管结构有限元分析

3．2．1 建立有限元模型

3．2．2 材料属性参数

3．2．3 平行光管静力学分析

3．2．4 平行光管模态分析

3．3 初始结构设计存在的不足

3．4 小结

第四章 平行光管结构优化设计

4．1 导光臂结构优化设计

4．1．1 导光臂静力学分析

4．1．2 导光臂的拓扑优化

4．1．3 导光臂优化设计结果验证

4．2 主镜翼结构优化设计

4．2．1 主镜翼拓扑优化设计

4．2．2 主镜翼尺寸优化

4．2．3 主镜翼优化设计结果验证

4．3 主体支撑结构动力学优化设计

4．3．1 主体支撑结构动力学分析

4．3．2 主体支撑结构动力学优化

4．4 主反射镜支架优化设计

4．4．1 反射架静力学优化设计

4．4．2 主镜组优化设计结果动力学分析

4．5 分光镜组与次镜组模态分析

4．6 平行光管优化结果分析

4．6．1 平行光管优化结果静力学分析

4．6．2 稳固板结构设计

4．7 小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 不足与展望

致谢

参考文献