光学镜组结构性能仿真与镜面面形分析

论文摘要

在光学遥感器光机结构设计过程中,为缩短设计周期、减少成本,一般采用有限元分析技术对结构进行仿真分析。本文基于有限元基本理论,利用有限元分析软件(ANSYS),对遥感器主镜面形和光机结构性能进行仿真分析。论文阐述了现代光机系统分析方法以及一般过程,总结了遥感器在运载、工作过程中经历的力学环境和热环境,并确定了系统响应的评价指标。应用ANSYS建立了适用于本文仿真分析的有限元模型。分析了主镜在微重力、温度和热力耦合三种工况下的面形精度,利用最小二乘法原理拟合变形镜面,计算出变形镜面的PV值和RMS值,并编写了Matlab数据处理程序。针对遥感器主要经历的动力学环境,对遥感器光机结构分别做了模态、正弦扫频、PSD随机振动和冲击响应分析。从动态环境角度研究和考察遥感器经受各种动力学环境的能力。从仿真结果数据可知,本文中的遥感器光机结构设计方案具有足够的强度和刚度,说明了本文设计方案合理可行。同时,仿真结果也为选取合理的设计参数、结构方案的进一步优化和热控提供了科学依据,为后续的动力学环境试验提供有效的指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 空间光学遥感器特点
• 1.3 国内外现状
• 1.4 光机结构设计的关键问题
• 1.5 动力学分析概况
• 1.6 论文的主要工作
• 本章小结
• 第二章 光学遥感器动力学环境
• 2.1 力学环境概述
• 2.1.1 静力学环境
• 2.1.2 动力学环境
• 2.2 振源与振动环境效应分析
• 2.2.1 振源分析
• 2.2.2 振动环境效应
• 2.3 动力学环境试验工况
• 2.4 动力学响应评价指标
• 2.5 热环境概述
• 本章小结
• 第三章 光学遥感器有限元模型
• 3.1 有限元法
• 3.2 模型网格划分及单元精度分析
• 3.3 遥感器的总体结构组成
• 3.4 遥感器有限元计算模型
• 3.5 ANSYS 仿真误差分析方法
• 3.5.1 误差来源分析
• 3.5.2 误差控制
• 本章小结
• 第四章 遥感器主反射镜面形分析
• 4.1 主镜结构静力学工况分析
• 4.2 镜面面形处理方法
• 4.3 温度水平变化作用下主镜面形精度分析
• 4.4 重力释放作用下主镜面形精度分析
• 4.5 温度和微重力环境共同作用下主镜变形分析
• 4.6 主镜变形结果分析
• 本章小结
• 第五章 遥感器结构动力学分析
• 5.1 动力学分析的目的
• 5.2 结构系统振动理论分析
• 5.2.1 振动理论分析
• 5.2.2 动力学响应分析
• 5.2.3 模型简化
• 5.3 模态分析
• 5.4 正弦扫描
• 5.5 随机振动
• 5.6 冲击
• 5.7 系统响应结果分析
• 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献