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大口径平行光管结构优化设计

作　者: 崔兆龙
导　师: 付跃刚
学　校: 长春理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 平行光管模态分析有限元分析优化设计
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

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。要求各零件组的一阶模态频率大于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,各零件组一阶频率远大于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。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-13
  1.1 课题研究背景及意义  8-9
  1.2 多轴平行性检测设备国内外研究现状  9-10
  1.3 计算机辅助工程  10-11
    1.3.1 有限元法的出现与发展  10-11
    1.3.2 结构优化设计的发展现状  11
  1.4 论文研究主要内容  11-12
  1.5 小结  12-13
第二章有限元分析与优化设计基础理论  13-25
  2.1 有限元法  13
  2.2 线性静力学分析  13-15
  2.3 线性动力学分析  15-17
    2.3.1 动力学分析  15-16
    2.3.2 实特征值分析  16-17
  2.4 优化设计理论  17-21
    2.4.1 灵敏度计算  17-18
    2.4.2 连续体的拓扑优化方法  18-20
    2.4.3 集成优化  20-21
  2.5 有限元分析软件介绍  21-23
  2.6 DMAP语言  23-24
  2.7 本章小结  24-25
第三章平行光管初始结构  25-35
  3.1 平行光管初始结构阐述  25-28
  3.2 平行光管结构有限元分析  28-33
    3.2.1 建立有限元模型  28-29
    3.2.2 材料属性参数  29
    3.2.3 平行光管静力学分析  29-31
    3.2.4 平行光管模态分析  31-33
  3.3 初始结构设计存在的不足  33-34
  3.4 小结  34-35
第四章平行光管结构优化设计  35-54
  4.1 导光臂结构优化设计  35-38
    4.1.1 导光臂静力学分析  35
    4.1.2 导光臂的拓扑优化  35-37
    4.1.3 导光臂优化设计结果验证  37-38
  4.2 主镜翼结构优化设计  38-43
    4.2.1 主镜翼拓扑优化设计  38-41
    4.2.2 主镜翼尺寸优化  41-42
    4.2.3 主镜翼优化设计结果验证  42-43
  4.3 主体支撑结构动力学优化设计  43-46
    4.3.1 主体支撑结构动力学分析  43-44
    4.3.2 主体支撑结构动力学优化  44-46
  4.4 主反射镜支架学优化设计  46-48
    4.4.1 反射架静力学优化设计  46-47
    4.4.2 主镜组优化设计结果动力学分析  47-48
  4.5 分光镜组与次镜组模态分析  48-50
  4.6 平行光管优化结果分析  50-52
    4.6.1 平行光管优化结果静力学分析  50
    4.6.2 稳固板结构设计  50-52
  4.7 小结  52-54
第五章总结与展望  54-56
  5.1 总结  54-55
  5.2 不足与展望  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-58

大口径平行光管结构优化设计

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