焦面机构的有限元分析与优化设计-南京天文光学技术研究所.pdfVIP

王国民 李国平 崔向群等 !#$%焦面机构的有限元分析与优化设计 !学术前沿 !#$%焦面机构的有限元分析与优化设计 ， ’( ’ ’ ’ 王国民 ，李国平 ，崔向群 ，姚正秋 （ 中国科学院 国家天文台南京天文光学技术研究所，江苏 南京 ） ’) (’**+( （ 中国科学院研究生院，北京 ） () ’***,- 摘要：利用 参数化设计语言建立了 焦面机构的有限元模型，并根据设计指标采 .%/% !#$% 用子问题近似法对机构静力学特性和动力学特性进行了优化，得出满足设计指标的最佳设计方案， 为天文望远镜的设计提供了新的设计模式。 关键词：天文望远镜；有限元； ； ；优化设计 .%/%01! 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： （ ） !#$% ’23(4’2’2(**+*34**-’4*, 大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（ 焊接而成。整个机构由 个可调垫支撑。与水平面成 !#5 , ）是我国目前在建的重大科学工程项目，口径 ， 倾角。 $% +6 (78 ［］ 视场 ’ 。由 改正板、焦面机构和球面主镜 78 %9:6;= , 部分组成。焦面板上安装有光纤，通过光纤把天体的信 息引导到光谱仪进行分析研究。因此，焦面板的位置精 度很重要。焦面板 中心相对光轴 的偏离量小于 ，焦面板相对光轴的倾斜角小于 ，焦面机构的 *)(66 ’* ［］ 基频要大于 ( 。针对这些技术要求，如果用传统 ’*?@ 的设计方法，费时、费力，而且会有较大的偏差。用商用 有限元优化设计软件进行优化设计就能克服以上的不 足， 软件就是其中的一种，它能实现前后处理、 .%/% 求解及多场分析，能够实现多物理场优化功能及强大的 ［］ , 非线性分析功能 。本文以!#$%焦面机构的设计 为例，阐述如何利用 软件对机构进行优化设计， .%/% 包括参数化语言建模、不同单元类型的耦合问题等。为 大型天文望远镜的设计提供参考。 % 焦面机构简介 图 焦面机构图 ’ 焦面机构如图 所示，主要由焦面板支撑旋转机 ’ 构、支架 和底座 大块组成。其中，焦面板支撑旋转 2 3, ’ 分析和优化 机构由焦面板 、桁架 、旋转轴 、轴承及轴承座 、驱 + , ( ’ 动轮 组成。焦面板直径 ，上面有 根光纤， ’(% 有限元模型