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均匀载荷作用下膜基反射镜面形分析和研究

作　者: 陆丽娟
导　师: 唐敏学
学　校: 苏州大学
专　业: 光学
关键词: 膜基反射镜有限元分析方法 Zernike多项式系数像差
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 48次
引　用: 3次
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内容摘要

随着空间光学的发展,要求光学系统的口径越来越大。采用传统技术研制的反射镜,其口径与质量相互制约,且受到现有运载设备的负载能力的限制,因此,需要采用新材料和新技术研制大口径轻型空间光学系统。以柔性薄膜为基坯的膜基反射镜具有重量轻、可折叠和展开、以及成本低等传统反射镜无法比拟的特点,在未来大型空间光学系统中具有广阔的应用前景。但是,膜基反射镜与传统反射镜相比,在设计和制作上都存在很大的差异。本论文旨在对外加均匀载荷作用下膜基反射镜的面形情况展开理论分析和研究,主要内容包括以下几个方面。首先介绍膜基反射镜的发展历史,简述国内外膜基反射镜研究现状和发展情况。其次,确定了膜基反射镜成形的数学模型。通过分析和比较几种从薄板模型推导出的薄膜模型及其求解方法(包括Hencky的圆薄膜级数解、Sergey A.Dimakov提出的薄膜模型解、半球模型等),得到Dimakov的薄膜模型解与标准抛物面最接近、最吻合,以此方程作为研究均匀载荷作用下膜基反射镜面形的理论基础。然后,采用有限元分析软件对口径分别为200 mm、300 mm和500 mm以及不同F数的膜基反射镜在均匀载荷作用下的面形情况进行了研究和分析,再结合像差理论,将有限元分析得到的离散数据拟合出37项标准Zernike多项式系数,由此可将成形后的膜基反射镜的各项像差分离出来。计算和分析结果表明,在均匀载荷作用下膜基反射镜的像差主要是球差。对于同一口径的膜基反射镜而言,随着F数的增大,球差逐渐变小。若将球差去除,就可以得到接近于标准面形的膜基反射镜面形。本论文通过有限元分析方法和像差理论的结合,得到了膜基反射镜具体的像差值,这为进一步开展膜基反射镜的设计和面形控制打下了理论基础。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章引言  8-16
  1.1 膜基反射镜的研究背景及意义  8-12
  1.2 膜基反射镜的技术难点和需要解决的问题  12-14
    1.2.1 膜基反射镜的成形数学模型的建立  12-13
    1.2.2 膜基反射镜材料的选择和面形控制  13-14
    1.2.3 膜基反射镜的面形检测和像差校正  14
  1.3 论文的研究目的及研究内容  14-16
第二章膜基反射镜面形成形理论基础  16-26
  2.1 膜基反射镜成形方法和理论基础  16-21
    2.1.1 膜基反射镜成形方法  16-17
    2.1.2 膜基反射镜成形理论的发展  17-18
    2.1.3 均匀载荷作用下的薄膜变形解  18-21
  2.2 膜基反射镜成形理论分析与选择  21-26
第三章膜基反射镜有限元分析与研究  26-35
  3.1 膜基反射镜有限元分析方法理论基础  26-27
  3.2 膜基反射镜的材料参数以及抛物面方程  27-28
  3.3 膜基反射镜有限元模型的建立  28-30
  3.4 膜基反射镜的有限元结果分析  30-35
第四章膜基反射镜面形拟合分析  35-55
  4.1 Zernike 多项式[39]  35-39
  4.2 Zernike 多项式拟合过程  39-42
  4.3 Seidel 像差与Zernike 多项式系数的关系[41]  42-43
  4.4 量化成形后膜基反射镜的像差  43-55
第五章结论与展望  55-57
  5.1 结论  55
  5.2 展望  55-57
参考文献  57-60
攻读硕士学位期间公开发表的论文  60-61
致谢  61

均匀载荷作用下膜基反射镜面形分析和研究

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