光机系统胶接结构的力学行为分析

论文摘要

胶接技术是近几十年发展起来的新技术，该技术在光学仪器制造业中起着日益重要的作用。采用此技术既能简化仪器结构和工艺、节省加工工时和原材料、降低生产成本，同时可克服由于机械固定不紧而产生的松动现象，进一步提高仪器的可靠性。由于相应的技术研究并未跟上实际的发展，必将制约未来的应用，本文针对传统的分析方法进行了改进。本文对光机系统的胶接结构的工艺及其力学行为进行了分析概括。出于对分析精度的要求，将采用非线性的方法进行分析。首先根据材料的力学特性选择非线性中的粘弹性作为其材料特性，由于广义Maxwell模型的微分本构方程的求解难度小以及同软件接口好，因此将其作为胶接剂的单元模型，通过理论分析得到了广义Maxwell单元的应力应变关系，若存在温度变化，还需要加入热流变简单材料的假设，相应地改变单元的应力应变关系，得到了应力应变同时间以及温度之间的关系。其次，由于实验数据并不能直接代入有限元软件，需要进行拟合，而不同的实验数据对应着不同的拟合方法，本文对此进行了详尽的介绍。再次，通过将非线性本构方程加入有限元计算中，得到了不同于线性分析的计算方法，即其弹性矩阵是同时间相关的，并进一步改变了刚度矩阵。随后，本文对固化收缩应力进行理论分析得到了理论解，并通过有限元软件进行了验证，二者一致性较佳，因此可以通过对理论解的研究以优化固化工艺参数；对热应力进行了分析，得到了包含WLF方程和未包含WLF方程有限元分析结果的差别；对非线性分析的线性简化处理进行了探讨，通过改变线性分析中的应变量，得到了非线性结果，改变程度的大小同时间以及温度是相关的，因此使线性分析继承了非线性材料对时间和温度的依赖性。最后，本文通过面形精度误差分析将光学要求和结构分析进行了有效地结合，并通过面形拟合得到了镜片的PV值和RMS值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光机系统胶接技术的应用概述
• 1.2 光学仪器胶接工艺及相关
• 1.3 胶接结构的非线性力学行为
• 1.4 课题来源及意义
• 1.5 相应的分析工具
• 1.6 论文的主要内容
• 第二章 胶接剂的粘弹性行为
• 2.1 基本原理
• 2.2 粘弹性基本模型
• 2.3 基本模型的应力应变方程
• 2.4 广义 Maxwell 模型和广义 Kelvin 模型
• 2.5 Boltzmann 线性叠加原理
• 2.6 广义 Maxwell 模型的本构关系
• 2.7 本章小结
• 第三章 广义 Maxwell 模型参数拟合方法
• 3.1 Prony 级数直接拟合
• 3.2 通过经验公式 KWW 方程来描述
• 3.3 通过动态力学方法拟合
• 3.4 本章小结
• 第四章 粘弹性的有限元计算
• 4.1 有限单元法概述
• 4.2 增量应力应变关系
• 4.3 有限元方程
• 4.4 本章小结
• 第五章 胶接结构应力及面形分析
• 5.1 光机系统胶接结构分析概述
• 5.2 胶接剂固化收缩应力分析
• 5.3 热应力分析
• 5.4 非线性分析的线性简化处理
• 5.5 内应力的消除
• 5.6 光机系统面形精度分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 在学期间学术成果情况
• 指导教师及作者简介
• 致谢