發(fā)布時(shí)間：2017-12-25 12:21

  本文關(guān)鍵詞：基于接觸和振動(dòng)仿真的經(jīng)緯儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及輕量化研究　出處：《中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：為適應(yīng)現(xiàn)代靶場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,光電經(jīng)緯儀逐漸向大口徑、高分辨力、高跟蹤精度和高指向精度的方向發(fā)展,依托傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的光電經(jīng)緯儀面臨著新的挑戰(zhàn)。隨著經(jīng)緯儀口徑的增大,主鏡支撐狀態(tài)下的面形精度越來越難保證;經(jīng)緯儀附件和搭載的小口徑光學(xué)系統(tǒng)變多,使其重量和體積不斷增大,導(dǎo)致其基頻下降,影響其伺服控制的帶寬。另外,經(jīng)緯儀重量大幅增加也會(huì)限制其機(jī)動(dòng)靈活性及依附的平臺(tái)類型。本文對(duì)光電經(jīng)緯儀的主鏡支撐、非線性振動(dòng)及輕量化方面進(jìn)行了研究,主要包括以下內(nèi)容。(1)研究了考慮接觸邊界條件的經(jīng)緯儀主鏡面形精確仿真分析及光學(xué)支撐結(jié)構(gòu)輕量化方法。采用接觸邊界條件的方法建立了詳細(xì)的主鏡支撐系統(tǒng)的有限元模型,使得仿真的邊界條件與實(shí)際情況更加接近,提升了主鏡面形仿真分析精度。在主鏡面形的精確仿真的基礎(chǔ)上采用連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)主鏡支撐關(guān)鍵零件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)透射式紅外鏡頭的支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),在拓?fù)鋬?yōu)化中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格自適應(yīng),提升拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的連續(xù)性。(2)提出了基于等效接觸剛度法的非線性振動(dòng)特性仿真分析方法,對(duì)光電經(jīng)緯儀跟蹤架進(jìn)行了非線性振動(dòng)分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。經(jīng)緯儀的跟蹤架結(jié)構(gòu)中含有水平和方位兩個(gè)軸系,并且結(jié)構(gòu)中大量使用螺栓連接,跟蹤架的振動(dòng)特性具有很強(qiáng)的非線性,采用傳統(tǒng)的連接簡(jiǎn)化的線性振動(dòng)分析方法誤差較大。本文提出一種等效接觸剛度的方法來仿真復(fù)雜裝配體結(jié)構(gòu)的非線性振動(dòng)特性,并把該方法在經(jīng)緯儀跟蹤架結(jié)構(gòu)的非線性振動(dòng)特性仿真分析中進(jìn)行了工程應(yīng)用。開展了跟蹤架振動(dòng)臺(tái)激勵(lì)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)及伺服電機(jī)激勵(lì)振動(dòng)實(shí)驗(yàn),對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。(3)提出了基于連續(xù)體模型的剛度目標(biāo)及頻率目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化方法,對(duì)小型光電經(jīng)緯跟蹤架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)。以帶權(quán)重的多階頻率為優(yōu)化目標(biāo),對(duì)跟蹤架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有針對(duì)性地拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),獲得了提升結(jié)構(gòu)綜合振動(dòng)性能的拓?fù)錁?gòu)型。結(jié)合剛度目標(biāo)和頻率目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化得到的結(jié)果對(duì)跟蹤架進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。(4)采用連續(xù)體及剛架模型拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)大型剛架式光電經(jīng)緯跟蹤架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)。開發(fā)了基于三維Euler梁?jiǎn)卧膭偧芡負(fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法的拓?fù)鋬?yōu)化程序,在拓?fù)鋬?yōu)化程序中實(shí)現(xiàn)了多工況拓?fù)鋬?yōu)化的快速算法及空間幾何對(duì)稱約束的施加。結(jié)合連續(xù)體及剛架模型的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果開展了1m口徑大型剛架式經(jīng)緯儀跟蹤架關(guān)鍵承載零件的優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了跟蹤架的大幅輕量化,同時(shí)有效提升了其支撐剛度及結(jié)構(gòu)基頻。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH74

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