2 m级SiC轻量化主镜的边缘切向剪切支撑设计与优化

基于2m口径望远镜工程化应用的需求,在轴向支撑采用18点Whiffletree结构的基础上,展开对大口径侧向支撑方案的设计与优化,达到理想支撑效果的目的。针对一个直径2030 mm的轻量化主镜,采用12个边缘离散支撑点;运用侧向均匀承重支撑思想选择支撑点的位置;引用修正的边缘切向剪切支撑公式优化支撑力的角度;并进行敏感性分析。结果表明:镜面变形为23.15nm;系统一阶模态为12.6Hz。可见该设计方案满足2m级SiC轻量化主镜的支撑要求。     

一种空间遥感器反射镜柔性支撑结构

设计了刚度高、热适应强的反射镜柔性支撑结构。通过有限元模型分析,该支撑结构中的反射镜在±10℃的环境温度变化下,其反射镜面形精度RMS值达到1/50λ(λ=632.8nm)。     

Whiffletree支撑结构平衡性调节及测试方法

基于运动学原理的Whiffletree结构被广泛应用在大口径望远镜底支撑中。为了达到理想的支撑效果,保证主镜镜面面形精度,对Whiffletree结构的平衡性能提出了很高的要求。针对这一装调测试需求,结合Whiffletree结构的特点,提出了运用Load cell、千分表等仪器对Whiffletree结构的平衡性测试方案,并通过增减配重和调节配重高度的方法对Whiffletree结构的平衡性进行调节。首先对该装调测试方案进行了原理分析,然后使用该方案对某望远镜主镜底支撑所采用的Whiffletree结构的平衡性进行了调节和测试。测试结果表明,经调节后的结构各支撑点支撑力误差在±0.25 N范围内,满足±0.5 N的设计要求。该方法切实可行,对今后Whiffletree结构更好地应用在大口径望远镜的支撑中具有一定指导意义。     

快速成型中零件水平下表面支撑设计规则的研究

利用可仿真成型过程中层间力学行为的有限元计算模型，对零件分层后截面形状与收缩变形趋势间的关系及支撑间距与层片最大变形量间的关系进行了研究．研究表明，零件层片边界为翘曲变形的最大处，支撑间距与层片最大变形量间近似呈线性关系，因此零件水平下表面应沿边界设计成墙式支撑，边界区域内应设计成十字交叉支撑．针对XJ-01树脂，当支撑间距设计为10mm时，光固化快速成型制作可以满足成型精度的要求．     

空间光学遥感器长条形反射镜集成优化设计

针对空间光学遥感器离轴三反光学系统主镜的高轻量化率、高面形精度要求,提出了一种长条形反射镜集成优化的设计方法。首先利用变密度的拓扑优化方法分别得到刚度最大化和一阶频率最大化的反射镜拓扑模型,综合两种拓扑模型得到了反射镜的集成设计方案;然后提出了基于镜面变形值的镜体加强筋变量拓展优化方法,进行了设计变量的灵敏度分析,并对反射镜局部加强筋进行了多变量尺寸优化,得到了该长条形反射镜的最佳轻量化结构;最后对优化结果进行了有限元分析,仿真结果表明反射镜在优化后的面形精度有了显著提升,镜体质量仅为8.65 kg,与实心镜体相比轻量化率达到了80.9%。在Z向1g重力作用下,镜面面形精度峰谷值为23.70 nm,均方根值为4.54 nm,该优化方法能很好地满足设计要求。     

空间对接实验台四点支撑式转动技术

针对空间对接机构五自由度动力学实验台转动装置结构简单、质量轻、摩擦力矩小的技术要求,研究了一种四点支撑式转动技术。进行了四点支撑方案的结构分析和主梁设计,提出了主梁径向位置的保证措施及具有低摩擦力矩的轴向承载结构。研制了二吨台四点支撑方案模拟实验装置,实验结果表明:最大静摩擦力矩仅为2.1N·m,满足了设计要求。     

增材制造中耦合零件表面粗糙度及支撑面积的建造方向优化

以熔融沉积(fused deposition modeling, FDM)技术为基础,研究了建造方向对于零件表面粗糙度以及支撑的影响.通过实验测试新型聚乳酸(polylactic acid, PLA)材料零件不同建造方向下的表面粗糙度,结合理论及经验公式,建立符合实际情况的粗糙度综合预测模型.对于复杂多面体零件,通过选择功能性表面,建立建造方向集合,在有限的方向集合内选择最优建造方向,从而整体提升零件表面粗糙度.提出了基于光固化立体造型术(stereolithography, STL)文件格式的支撑面积数学模型,以支撑面积最小为优化目标,使用遗传算法(genetic algorithm, GA)进行单目标优化,搜寻最优建造方向.针对不同建造方向下,表面粗糙度和支撑面积的耦合问题,建立多目标优化模型,使用遗传算法全局搜寻最优建造方向.     

基于热流网络法的电主轴支撑系统热特性研究

以ADGM15数控车床电主轴为研究对象,基于热流网络法的思想,建立电主轴前端主轴、轴承和轴承座为一体的支撑系统热传递模型。计算和分析了不同工作转速和载荷下的支撑系统温度场分布情况。研究结果表明:速度对支撑系统温升及温度分布影响最大,轴向载荷和径向载荷对支撑系统温升及温度分布影响相同,温度最高点位于轴承的球和内滚道接触区域上。仿真结果和计算结果的误差小于4.5%,这说明所建立的温度节点模型是可靠的,可为下一步计算和分析电主轴热变形提供依据。     

太原二青会终点塔悬挂钢桁架结构施工工况模拟分析

对太原二青会水上运动中心终点塔钢结构的吊装及临时支撑胎架的卸载过程进行了模拟,通过对吊装的施工过程模拟来确定临时支撑卸载的先后顺序以及卸载后桁架的下挠度是否符合规范及设计要求。通过迈达斯有限元分析软件(MIDAS)的模拟计算结果与现场实测值进行比较,顶部钢桁架施工及临时支撑卸载后的变形均符合设计要求,卸载方案合理可行。研究结果为同类工程施工提供了一种模拟分析比较的新方法。     

基于ADAMS的包装箱翻转装置优化设计及仿真分析

针对人工翻转包装箱时存在劳动强度大、效率低等问题，设计了一种包装箱自动翻转装置，采用两组曲柄摇块机构将气缸活塞杆的往复移动转换为左、右翻板的90°翻转，实现了包装箱的两次90°翻转功能。为减小装置翻转所需的气缸最大驱动力，利用ADAMS软件在给定的设计变量范围内对优化目标进行求解。研究结果表明，翻转机构优化后，初始翻转抬升瞬间所需最大驱动力减小了25.6%,仿真分析验证了优化后的机构参数满足预期要求和结构设计需要，工作效率得到了有效提升。