摘要：柔性铰链已广应用泛于工程中多个领域,为了解决柔性铰链材料及几何构型同时优化的问题,对铰链的力学建模方法及优化设计算法进行了深入研究。根据柔性铰链的特性,即由圆周对称分布的柔性单元组成,将柔性单元简化为超静定梁,应用虚功原理推导了柔性单元的径向及切向刚度,并根据力平衡条件及变形协调条件,推导铰链的整体刚度,该刚度为材料参数、几何参数及构型的函数。建立铰链的优化设计模型,基于SIMP/RAMP模型,将材料参数表达为人工变量与备选材料参数的组合表达式,铰链的刚度表达为人工变量与不同构型刚度的组合表达式,从而将离散混合整数规划问题转化为连续参数优化问题,使得优化模型可以采用基于梯度的优化算法求解,降低了模型复杂程度且提高了求解效率。对柔性铰链的刚度进行了试验验证,理论结果与试验结果一致。此外,以球面反射镜侧向支撑为例来验证铰链的优化设计模型及算法,结果表明:逐次增大惩罚因子的求解算法使得初始阶段具有较大求解空间,随着惩罚因子增大,人工变量最终趋于0/1值,通过铰链参数及构型优化,使反射镜面形精度较初始设计提高15%左右。

摘要：对于采用冷光学技术的短波红外透射式成像系统,由于光学元件及支撑结构的加工、装调温度与实际工作温度差异较大,几何形状的变化差异将导致光学元件出现位置误差,甚至受到破坏。本文根据低温红外系统对光机结构的设计要求,遵循均一性和不调整两个原则设计和加工一套短波红外成像系统的光机结构。在透镜和支撑结构件的配合面上分别加工45°的斜面,以充分适应光学元件与其支撑结构在温度变化过程的热胀冷缩,避免了光学元件和支撑结构由于受热变形差异过大而产生的不可恢复性破坏,最后通过实验验证了该光学支撑方案在80K的低温下具有良好的成像效果,本文的研究为今后大温差下的红外光机系统设计提供了较高的参考价值。

摘要：主镜支撑技术一直是大口径望远镜技术的关键技术,以2 m SiC轻量化主镜为研究对象,探究了通过力矩校正的半主动支撑方法,用于校正一些由于加工误差、装配误差等因素引起的一些不可预知的因素所导致的低阶波前像差。首先建立有限元仿真模型,进行仿真分析,分别在6处Tripod柔铰处施加两个方向正交的,大小为1 Nmm的单位校正力Mx和My,共分析12种工况下的主镜变形情况;然后利用微小变形的线性叠加原理,分析计算该力矩校正方法对低阶波前像差的校正能力,由分析计算可知,该力矩校正方法对于加工、装配及装调过程中最常出现的倾斜和像散具有很好的校正能力,可以将初始镜面RMS值归一化为1/10λ(λ=632.8 nm)的像差,分别校正到0.687 nm和2.97 nm,校正能力分别为98.9%和95.3%,所需的最大校正力矩分别为6.3 Nmm和19.9 Nmm;然后根据主镜的whiffletree支撑结构,设计了力矩校正结构方案;最后通过试验验证柔性薄片力矩校正结构形式的可行性,进而验证半主动支撑力矩校正方案的可行性,为半主动支撑的工程应用积累了一定的宝贵经验,具有一定的指导意义。

摘要：机载相机在上升过程中,由于温度降低和镜头各部分材料的导热率大小不同,镜头部分会产生温度梯度,从而导致非球面光学系统产生梯度折射率.利用有限元分析软件对镜头部分进行瞬态热分析以模拟机载相机上升过程中温度的变化情况,将有限元分析不同时间节点温度分布结果导入编写的折射率梯度系数拟合程序,将所求解的梯度折射率系数通过镜面类型接口在光学软件中建立光学系统模型,利用点列图的弥散斑半径评价不同时间节点梯度折射率对成像质量的影响.结果表明,机载相机刚升入工作高度时温度梯度最大,对成像质量影响也最严重,梯度折射率系数随着温度梯度系数的降低而降低,同时成像质量提高,该结果对光学系统的设计具有指导意义.

摘要：在设计山地地震资料采集观测系统时,一般没有与数字高程模型结合起来。如果激发点布置在山峰上,会造成施工难度大,能量损失严重。针对此问题,提出了基于数字高程模型的山地地震采集优化设计方法,通过实际应用取得了较好的效果。

摘要：针对日益复杂的勘探采集对象,利用已有的地震、地质资料,结合地震反演建立合理的地下地质模型,运用波动方程正演技术设计地震采集观测系统,寻找最佳的采集方法。利用波动方程正演技术不仅可以提高解决复杂勘探目标采集的能力,而且能避免盲目试验的巨大浪费。通过对该项技术整个过程的介绍和研究,提出相应的技术要求、方法和对策。

摘要：为提高望远镜系统的响应速度,增加伺服系统的控制带宽,望远镜的结构刚度需要得到有效保证。首先,根据望远镜力的传递路径,选择双排角接触球轴承作为承载元件,设计了适用于1.2m望远镜的地平式结构。然后,在ANSYS中使用Matrix27单元模拟轴承结构,并建立了望远镜的详细有限元模型,以预测该系统的性能。最后,通过有限元分析、模态测试以及扫频实验获得系统的性能,并借助于流场分析,研究了风载对望远镜性能的影响。仿真结果表明,系统的一阶谐振频率可达21.3Hz,能够满足前期设计要求;模态试验结果显示,系统的一阶谐振频率约为18.5Hz;扫频实验结果显示,方位轴一阶谐振频率为20.8Hz,进而验证了前期分析的正确性。流场分析显示,风载对望远镜驱动电机的力矩输出能够产生影响,控制系统校正后扰动力矩大小约为3.4Nm RMS。仿真和实验结果证明1.2m望远镜轴系的设计方案合理,测试方法可行,能够达到预期效果。

摘要：环境温度是影响非球面光学系统成像质量的主要因素之一,采用热光学特性分析方法,对某机载相机非球面光学系统进行热光学特性分析,通过有限元法分析相机光学系统结构热变形,并去除镜面表面刚体位移,将面型数据输入光学软件程序进行Zernike多项式拟合,将拟合结果导入光学设计软件中,对非球面光学系统成像进行性能评价。分析结果表明:热光学特性分析方法可以有效地对非球面光学系统的实际工作环境进行仿真,预测环境温度对光学系统成像质量的影响,对光学系统设计具有指导意义。

摘要：结合工程需求,介绍了中小型反射镜支撑方法,对比各种方法的优劣和使用范围,重点阐述了柔性半运动学支撑的原理和设计方法,并运用该原理对一块口径为φ316mm的双曲面反射镜支撑进行柔性优化分析、设计、装调和检测。首先双曲面反射镜轴向采用3点柔性杆支撑,径向采用心轴支撑,并设计防转机构,以实现自由度完全约束;其次运用有限元方法对支撑结构优化设计;最后用4D干涉仪对双曲面反射镜光轴水平工况进行检测。检测结果显示,光轴水平时反射镜面型精度为0.0268λ,与加工后裸镜面型误差为0.0222λ,误差率为5.5%,基本跟有限元分析吻合,验证了理论设计和有限元分析的正确性。设计的反射镜支撑性能稳定可靠,达到预期效果,为中小型反射镜支撑提供参考。