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试谈经纬仪1m口径光电经纬仪关键部件优化设计与仿真学术论文网

摘要:为了适应现代靶场测量技术的进展,光电经纬仪逐渐向大口径、高分辨力、高跟踪精度和高指向精度的方向进展。显然,大口径经纬仪带来了如下不足:结构过于庞大、复杂;自身转动惯量大,导致伺服跟踪性能下降;大口径主反射镜的精密支撑不足;大口径经纬仪主体系温度适应性,等等。为了满足结构刚度和稳定性要求,保证体系精度的同时减少结构质量,需要借助有限元法对经纬仪的关键部件进行结构优化设计,并对全体系进行动、静态响应分析和热分析,使体系结构得到对比全面的优化。概述了国内外大口径光电探测体系的进展,简介了国内外光电探测体系有限元分析的进展近况。详细解释了有限元技术的概念和论述基础,总结了优化设计的基础论述,重点阐述了拓扑优化的原理。从某1m口径光电经纬仪为探讨对象,从提升结构刚度质量比为目的,对四通、转台、基座等关键结构部件进行结构优化设计,重点进行保刚度的轻量化设计。首先详细探讨各部件的工作特征及与其他部件的连接联系,分别建立各部件合理的有限元模型,借助连续体拓扑优化获得部件的最优材料拓扑,在此基础上采取桁架结构构建轻量化模型,然后对结构重要参数做尺寸优化设计,最后对优化设计后的结构进行有限元分析验证。对主反射镜支撑技术进行探讨,总结了主反射镜支撑结构设计的原则和镜面面型评价办法。分析了现有轴向和径向支撑结构的局限性,提出了适用于1m口径主反射镜的改善的主镜复合支撑案例,重点探讨新的主镜轴向和径向支撑结构,并对主镜径向支撑和轴向支撑的相关参数进行优化设计。在对部分结构进行简化后,建立经纬仪全体系的有限元模型。对经纬仪进行体系级静力学分析,讨论了体系在工作状态下的变形和应力状况,计算在不同重力方向和静态风载意义下的主、次镜离焦和偏移状况。接着对经纬仪进行体系级动力学分析,包括模态分析、动态风载分析等。探讨了经纬仪主镜在轴向和径向温差意义下的热变形。分析了经纬仪主体系所处的热环境,计算了主体系的温度场,进而对经纬仪的光学体系和机械体系进行热-结构耦合分析,讨论了温度场意义下主体系的性能体现。 关键词:经纬仪论文 优化设计论文 有限元分析论文 主镜支撑结构论文 动力学论文 温度场论文
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    摘要5-7

    Abstract7-10

    目录10-13

    第1章 绪论13-27

    1.1 引言13-19

    1.1.1 地基大口径光学望远镜国内外进展近况14-15

    1.1.2 地基大口径望远镜仿真分析的进展15-19

    1.2 有限元分析论述基础19-22

    1.2.1 有限元法的进展19

    1.2.2 有限元法论述基础19-22

    1.3 结构优化设计论述基础22-25

    1.3.1 连续体结构拓扑优化的材料插值办法22-24

    1.3.2 连续体拓扑优化的优化求解数值算法24-25

    1.4 本论文主要探讨内容25

    1.5 本章小结25-27

    第2章 1m口径光电经纬仪关键部件优化设计27-55

    2.1 光电经纬仪总体结构介绍27-29

    2.2 经纬仪体系综合精度分析29-32

    2.2.1 图像处理引起的误差分析29-30

    2.2.2 视轴晃动引起的误差30-31

    2.2.3 跟踪架测角误差分析31

    2.2.4 综合精度分析31-32

    2.3 经纬仪跟踪架关键部件优化设计32-50

    2.3.1 转台结构优化设计与分析32-41

    2.3.2 四通结构优化设计与分析41-46

    2.3.3 基座结构优化设计与分析46-50

    2.4 经纬仪跟踪架精度检测50-52

    2.5 本章小结52-55

    第3章 1m口径光电经纬仪主镜支撑结构设计及优化55-73

    3.1 引言55

    3.2 主镜支撑设计原则及面形评价标准55-56

    3.2.1 主镜支撑设计原则55-56

    3.2.2 面形误差评价标准56

    3.3 主镜支撑结构设计极为优化56-68

    3.3.1 主镜的光学参数56-57

    3.3.2 主镜复合支撑案例57-58

    3.3.3 主镜轴向支撑结构优化设计58-64

    3.3.4 主镜径向支撑结构优化设计64-68

    3.4 主镜支撑其他结构介绍68-70

    3.5 本章小结70-73

    第4章 1m口径光电经纬仪体系级有限元分析73-91

    4.1 各部件有限元模型的建立73-78

    4.2 大口径经纬仪在重力意义下的分析78-80

    4.3 大口径经纬仪的模态分析80-83

    4.4 大口径经纬仪在风载意义下的分析83-90

    4.4.1 经纬仪的静态风载分析83-86

    4.4.2 经纬仪的动态风载分析86-90

    4.5 本章小结90-91

    第5章 大口径经纬仪主光学体系热分析91-103

    5.1 主光学体系结构的传热91-94

    5.2 主镜在温度场意义下的变形分析94-98

    5.2.1 主镜在轴向温差下的热变形94-96

    5.2.2 主镜在径向温差下的热变形96-98

    5.3 经纬仪主体系的温度场98-100

    5.4 经纬仪主体系的热—结构耦合分析100-102

    5.5 本章小结102-103

    第6章 结论及展望103-107

    6.1 主要探讨成果及结论103-104

    6.2 主要创新点104-105

    6.3 工作展望105-107

    参考文献107-117

    在学期间学术成果状况117-119

    指导教师及作者介绍119-121

    致谢121

4-985.2.1 主镜在轴向温差下的热变形94-965.2.2 主镜在径向温差下的热变形96-985.3 经纬仪主体系的温度场98-1005.4 经纬仪主体系的热—结构耦合分析100-1025.5 本章小结102-103第6章 结论及展望103-1076.1 主要探讨成果及结论103-1046.2 主要创新点104-1056.3 工作展望105-107参考文献107-117在学期间学术成果状况117-119指

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