以PV值为优化目标的光学系统支撑结构（英文）

作     者：李一芒 周子云 刘永明 LI Yi-mang;ZHOU Zi-yun;LIU Yong-ming

作者机构：常州大学机械工程学院江苏常州213164 安徽工程大学机械与汽车工程学院安徽芜湖241000 

基　　金：Supported by National Natural Science Foundation of China(NSFC)(51605465) Research Project of Scientific Research Equipment of The Chinese Academy of Sciences~~ 

出 版 物：《发光学报》 (Chinese Journal of Luminescence)

年 卷 期：2019年第40卷第10期

页      码：1303-1310页

摘      要：光机系统中支撑结构与光学元件的接触位置、接触面积、接触应力及支撑结构的柔度是光学系统成像质量的重要影响因素,为了降低因垂直方向支撑引起的几何像差,以像差指数PV值为优化目标,对单个透镜接触支撑结构进行了拓扑优化设计。首先建立接触拓扑优化模型,以采用Signorini接触条件建立的刚性支撑单向接触中的线弹性结构为例,验证了接触拓扑优化模型的正确性。用透镜变形函数来描述透镜的像差指数PV值,将其作为拓扑模型的优化目标。采用SIMP方法描述拓扑优化设计变量,采用扩展后的拉格朗日算子求解接触条件。采用MMA优化算法求解拓扑优化模型的最优解。通过拓扑优化设计变量的最优解,定义了满足几何畸变要求的支撑结构的最优拓扑结构。结果表明,该方法可使透镜PV值降低14%,面形RMS值降低13.8%。同时搭建实验平台,对透镜PV值和RMS值进行测试,得到的最佳接触支撑结构的支持试验结果表明,平面反射镜表面PV值分别降低了60.4%和42.9%,面形RMS值分别降低了74.3%和38.9%,优化后的接触支撑结构有效地提高了高精度单透镜支架的精度,具有很大的实际应用潜力。

主 题 词：拓扑优化 光力耦合 面型分析 光机结构 

学科分类：0808[工学-自动化类] 070207[070207] 0809[工学-计算机类] 07[理学] 08[工学] 0805[工学-能源动力学] 0827[工学-食品科学与工程类] 0703[理学-化学类] 0803[工学-仪器类] 0702[理学-物理学类] 1009[医学-法医学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3788/fgxb20194010.1303

馆 藏 号：203784321...