| 题名 | 空间转镜扫描系统的数字建模与结构优化研究 |
| 作者 | 叶威 |
| 答辩日期 | 2007-01-19 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 王培纲 |
| 关键词 | 有限元 虚拟样机 疲劳设计 拓扑优化 |
| 学位专业 | 光学工程 |
| 英文摘要 | 本课题作为“空间运动部件的长寿命技术研究”的子课题，从风云三号红外分光计扫描机构出发，建立多工况、普遍适用的空间转镜扫描机构的动力学虚拟样机模型、扫描系统有限元整机模型，并且围绕着“长寿命”的设计要求对其进行多体动力学分析、有限元分析及优化设计。最后，针对一些具备物理实验条件的仿真分析结果进行了物理实验验证。 首先，本课题对原有扫描机构进行了静平衡、动平衡的分析，在MSC.ADAMS中建立了此扫描机构的多体动力学分析模型并行了优化仿真，得出了在步进扫描工况、连续高速扫描工况下轴承的受力情况并通过仿真优化使轴承受力达到最小；然后对优化后扫描系统中的转轴进行了疲劳仿真设计，利用MSC.PATRAN、MSC.NASTRAN、MSC.ADAMS和MSC.FATIGUE联合仿真的方法计算出转轴在受到周期性附加惯性力偶矩的作用下局部的寿命分布，并针对仿真结果对转轴局部进行改进设计，最终使整个转轴满足了无限寿命的要求；其次，本文计算了工程中常用的螺栓连接方式的理论连接刚度，以此为依据建立了螺栓连接的有限元模型并将其应用在扫描系统整机的有限元模型中，对扫描系统整机进行了固有模态、频率响应分析，得出了扫描系统各阶主要模态振型、主要控制点的响应曲线、振动过程中最大应力分布等结果；再次，将CAE驱动设计的思想应用在扫描镜的拓扑优化设计中，并应用Altair Optistruct对扫描镜进行了优化，优化后扫描镜的重量比优化前减轻了43％，在实际工作时工况下的形变减少了一个数量级；最后，本课题针对某些仿真分析结果设计了物理实验，并进行了物理实验的验证。 总之，本课题把有限元的技术应用在工程分析中建立了扫描机构的动力学虚拟样机模型、扫描系统有限元整机模型、疲劳仿真优化设计模型、拓扑优化设计模型，总结出工程中利用有限元分析的常用手段与通用流程，所以本课题的研究内容具有一定的工程意义和实用价值。 |
| 学科主题 | 红外系统与元部件 |
| 公开日期 | 2012-08-14 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4716]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 叶威. 空间转镜扫描系统的数字建模与结构优化研究[D]. 中国科学院研究生院. 2007. |
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