装夹自重变形对大口径绝对面形检测的影响

针对立式大口径平面干涉仪,采用结合Zernike多项式的三平面互检面形检测方法,研究参考平面在装夹情况下的自重变形对绝对面形检测结果的影响.运用ANSYS有限元分析方法研究了不同参数下的装夹和自重变形情况,得到了最优的装夹参数为环带宽度15mm、平面厚度90mm,此时的变形量峰谷值为0.023λ(λ=632.8nm).通过参考平面装夹自重变形对测量结果影响的模拟检测试验和对比分析,发现参考平面装夹自重变形不仅影响其自身的面形,而且对未变形大口径平面的绝对面形检测结果也有较大影响,面形残差峰谷值基本都在0.011λ,尤其在高精度干涉测量中该影响不可忽略.研究结果可为高精度测量的变形补偿提供参考.     

弹性薄片零件精密加工技术

生产中遇到许多易变形弹性薄片零件，如常见的垫圈、摩擦片、特别的碟性弹簧，薄板、飞片等，它们刚性差、散热困难、装夹时易引起装夹变形，加工时会出现翘曲，严重影响零件的加工精度。对这类零件的精密加工技术进行研究，对减少工件的热处理变形及装夹变形，减少变形工作对零件最终形成精度的影响，从而保证弹性薄片类零件的加工精度具有至关重要的意义。提高零件精加工前的精度以及减少零件装夹变形和减小切削力是提高零件加工精度的重要措施。对于力学性能要求较高的工件，一般都需要进行热处理，以提高工件的综合力学性能。     

单层MoS_2的热弹耦合非线性板模型

单层二硫化钼(MoS_2)是有广泛应用前景的二维纳米材料,但其力学性质还没有被深入研究,特别是其热弹耦合力学行为迄今还没有被关注到.本文首次提出了考虑热应力影响的单层MoS_2的非线性板理论,并对比研究了其与石墨烯的热弹耦合力学性质.对于不可移动边界,结果显示:1)有限温度产生的热应力降低了MoS_2的刚度,但提高了石墨烯的刚度; 2)在相同几何尺寸和温度条件下,变形较小时MoS_2的刚度大于石墨烯,但伴随变形的增大,MoS_2的刚度将小于石墨烯.研究结果表明,边界预加轴向外力和环境温度可以调节单层二维纳米结构力学性质.本文建立的热弹耦合板模型,可以推广至其他单层二维纳米结构.     

基于增材制造空心点阵结构的压缩变形研究

点阵结构具有质量轻、承压性能好、比刚度大等特点,广泛应用于轻量化部件与承压结构。采用选区激光熔覆技术制备了316L不锈钢空心点阵结构,通过准静态压缩实验和有限元数值模拟,研究了含不同尺寸空心微柱的点阵结构在压缩变形时的失效和变形模式及其成因。结果表明:316L不锈钢材料的空心管状结构在点阵压缩过程中无明显压溃失稳,其结构失效模式是由节点失效诱发微柱变形,进而造成整体失效;结构的变形模式为整体均匀变形,但是当壁厚和外径较小时,边界层将因刚度不足而率先变形;增大空心微柱尺寸可使结构刚度增大。     

一种光学仪器镜面面形的处理方法

光学镜面表面变形包含刚体位移和表面畸变,其中表面畸变是影响成像质量的主要因素,因此需去除刚体位移,分析表面畸变。通过坐标变换生成一个新的理论镜面,用该镜面拟合变形镜面,用拟合镜面与变形镜面轴向差值计算出表面畸变的RMS值及PV值。实例计算表明该算法拟合精度较高,适用于抛物面、球面镜在支撑和装夹下的镜面面形精度分析。     

有限元程序网格沙漏变形的分析与控制

分析二维拉氏四边形四节点等参有限元程序存在的网格沙漏变形问题,认为单元刚度矩阵的秩缺陷是沙漏变形的原因,给出一种消除单元刚度矩阵秩缺陷且正交于线性位移场的沙漏控制方法,不仅有效地控制了沙漏变形,而且通过了分片检验.把此种沙漏粘性加入程序后计算多种算例,证明了此控制方法的有效性.     

双压电变形反射镜的优化设计

利用Ｋｏｋｏｒｏｗｓｋｉ导出的自由边界条件下双压电变形镜表面位移－电压所满足的偏微分方程,运用高斯迭代法求解该方程,得出变形镜的静态响应函数矩阵ｆ（ｒ,０）,考虑到由大气湍流造丰的光学波前畸变中各泽尼克基元模式的统计权重分布,以及变形的实际装夹定位方式,对双压电变形反射镜的优化设计进行了分析。结果表明：变形的校正能力随被校正的各项泽尼克模式像差在大气湍流造成的波前畸变中所占统计权重的不同而有很大的     

小挠度碳纤维复合材料镜筒设计

碳纤维复合材料目前广泛应用于航天结构高强度要求的场合，对复合材料满足小变形使用要求的刚度设计仍然是航天相机结构设计的难题。通过对共轴三反光学系统公差的分析，给出变形量小于2μm的复合材料的刚度设计要求。根据结构的受力状况建立了物理模型。结合复合材料层压板理论，对碳纤维铺层设计进行了合理的简化，并通过有限元分析软件MSC.Nastran对设计进行了完善和验证。结果表明：设计的碳纤维复合材料镜筒满足了结构端面变形量小于2μm的刚度使用要求。     

基底支撑刚度梯度变化对石墨烯层间摩擦力的影响

基于纳米摩擦能耗理论,利用分子动力学方法建立了公度接触下支撑刚度梯度变化的石墨烯层间摩擦力模型,分析了基底质心刚度和支撑刚度梯度变化对基底和薄片各接触区摩擦能耗的贡献.结果表明:软边界区始终贡献驱动力;硬边界区贡献的摩擦力最大,且随着支撑刚度的增大,硬边界区对总摩擦的贡献比也越高.各接触区的摩擦力是薄片和基底之间的褶皱势和接触区产生的法向变形差两部分的共同作用.前者是公度接触下阻碍滑移的界面势垒和刚度梯度方向上不同刚度支撑原子热振动引起的势梯度;后者是接触边界过渡区两侧原子的非对称变形和自由度约束突变引起的非平衡边界势垒相耦合的结果.本文对研究公度接触下刚度梯度支撑的纳米器件的相对运动规律有指导意义.     

石英薄板的数控加工技术

在高功率固体激光装置要求的所有平面透射光学元件中 ,熔石英材料的屏蔽片是光学冷加工难度最高的元件之一 ,加工要求为单次透射波前畸变为λ/ 6(λ =632 8nm )。其外形尺寸径厚比大于 30 :1,远远超出普通光学元件径厚比小于 10 :1的要求。由于径厚比大 ,所以光学元件在加工和测量的过程中很容易受到重力、装夹力等的影响而变形 ,影响加工和检测的精度。介绍了采用新兴的数控加工技术有效的避免了加工过程中各种装夹力、重力对面型的影响 ;通过优化参数 ,加工效率也得到了有效的提高。     

机器人气囊抛光去除函数稳定性分析

基于气囊抛光技术和工业机器人平台开发光学元件精密抛光系统，既能满足光学元件快速抛光环节的高效率和高精度的要求，又可以降低开发成本，是极具潜力的抛光设备开发方案。气囊抛光具有稳定的且确定的材料去除特性，通常要求抛光斑稳定性在90%左右。针对机器人气囊抛光系统在多步离散进动抛光过程中机器人末端刚度对气囊抛光稳定性的影响展开研究，通过建立机器人末端刚度矩阵，获得机器人末端变形；基于Preston理论，建立含变形误差的气囊抛光去除函数。最后设计4步离散定点抛光实验验证机器人气囊抛光系统稳定性。根据结果可知抛光斑在XY截面轮廓线上皆呈类高斯形状，且XY截面轮廓线基本一致，具有比较好的重合度；对比不同抛光位置的截面轮廓线，其相对误差小于5%，由此可验证机器人气囊抛光系统在离散进动抛光时具有较好的稳定性。     

快反系统中平面反射镜的轻量化设计

根据快速控制反射镜系统(快反系统)对平面反射镜的设计要求,对快反镜的轻量化结构进行了优化设计。选择比刚度大、热变形系数小的碳化硅为镜坯材料,采用背部开槽式结构减重,背部3点式支撑,对不同筋宽和镜面厚度等多种轻量化方案进行了有限元分析。结果表明:筋宽越大,镜体刚度越好,但筋宽增大到一定程度时,反射镜刚度的改善程度减缓;镜面越厚,镜体内应力、自重变形越大。结合反射镜设计要求和有限元分析结果,加工制备了筋宽为4 mm,镜面厚度为4 mm的碳化硅反射镜,镜体轻量化率达55%。实测反射镜的面形精度,其RMS值不超过λ/30,与分析结果相符,满足系统的使用要求。     

菱形HSLDS隔振器负刚度机构质量及摩擦力影响分析

以菱形负刚度机构HSLDS（high static low dynamic stiffness）隔振器（简称菱形HSLDS隔振器）为研究目标,采用虚功法建立负刚度机构等效摩擦力模型,并以拉格朗日方法建立包含负刚度机构质量及摩擦力因素的动力学方程;利用谐波平衡法（HBM）求解动力学方程,分析了负刚度机构质量及摩擦力对隔振的影响及其优化措施,并通过实物样机验证了理论模型的合理性。实验结果表明:负刚度机构质量及摩擦力对隔振均产生不利影响,应尽量减小;将负刚度机构连杆较短侧连接于载荷平台端,可以减小负刚度机构质量对较高频段隔振性能的影响;在限定隔振器刚度参数以及铰接副接触参数且同时满足刚度与摩擦力优化条件下,通过增大连杆机构杆长差的方式可以优化低频段隔振性能,并降低负刚度机构摩擦力对高频段隔振的影响。     

涡旋柔性弹簧及组件性能实验研究

本文利用TSL系列弹簧刚度实验仪对用于斯特林制冷机中的单片柔性弹簧及柔性弹簧组件进行了实验研究。测试了四种不同尺寸弹簧刚度的动态特性,研究了单片弹簧的轴向刚度、径向刚度以及力矩特性,然后对柔性弹簧组件进行了实验研究,指出了不同组合方法下的刚度及弯矩特性,得到的数据可以作为斯特林制冷机设计的参考。     

基于模态匹配法的接触刚度

提出一种间接测量平面接触刚度的方法，准确量化粗糙表面的接触刚度，使得整个支架系统的固有频率模拟与测试结果得到良好的匹配。基于接触刚度模型、ANSYS有限元模拟方法以及模态测试方法，以地脚螺栓固定方式的测试件为例，验证了间接测量方法的准确性，使接触刚度得到准确量化。该方法可以为提高加速器磁铁支架系统的整体刚度提供依据。     

大展弦比气弹机翼柔性非线性变形的气动力效应分析与风洞试验

从飞行器刚弹耦合动力学模型出发，引入柔性机翼准定常假设，建立大柔性飞行器非线性静气动弹性气动力方程，利用非线性迭代求解思路模拟了柔性飞行器的静气动弹性响应行为，开展了大展弦比飞机静气动弹性风洞试验验证，采用气动力有限基本解与机翼的耦合计算，发现了大柔性飞机大变形状态下载荷及结构变形形式随风速的变化规律.传统基于小变形假设的线性分析方法和刚体分析由于无法考虑气动面随结构变形的曲面气动力因素和结构变形后的非线性刚度特性，均与风洞试验存在一定的误差.对于大展弦比柔性飞机的非线性静气动弹性分析十分必要.      

薄壁壳体零件热加工变形控制工艺

薄壁壳体材料为45CrNiMoV超高强度钢，壳体结构复杂，具有深盲孔和厚薄不均等多种影响变形因素，热加工变形较大。并且受其特殊结构的局限，热加工变形直接影响了产品质量。为了有效地控制热加工变形，保证产品质量，提高生产效率，开展了薄壁壳体零件热加工变形控制工艺研究。针对薄壁壳体零件材料和结构特点，以及冷热加工工艺和热处理操作过程中存在的问题，采用计算流体动力学（CFD）技术进行数值模拟计算，数值模拟软件平台是大型CFD商业软件FLUENT，计算方法采用有限体积法，主要计算壳体零件淬火冷却过程中的温度分布及随时间的变化情况。根据理论分析和数值模拟计算结果进行实验研究，实验内容包括预备热处理实验、焊后调质处理实验、淬火装夹方法和夹具结构实验、焊接和热处理前工件结构实验以及焊接接头组织和力学性能实验。首先对经过热加工的试样进行硬度、力学性能和组织分析，然后设计壳体结构模拟试验件进行变形研究。用HR-150DT型电动洛氏硬度计检测硬度，用GX-7大型金相显微镜进行显微组织分析，在DLY-10A型万能材料试验机和JB6型冲击试验机上检验力学性能。     

实时数字图像相关用于土木准静态实验测量

基于种子点扩散的并行计算方法及反向组合高斯-牛顿算法,实现了数字图像相关的现场实时测量。根据被测区域的连通性与不连通性,分别描述了单种子点与多种子点的并行计算方法。结果表明,多种子点并行计算方法可以有效地解决不连通区域的实时测量。成功将该方法用于土木准静态实验测量,实时获取全场位移及应变。碳纤维增强复合材料(CFRP)片材-钢板界面粘结滑移关系实验表明:该方法可以实时获取全场变形,根据变形场可直接判断剥离点的位置;该方法实时记录了界面剥离的扩展过程,直接得到了CFRP片材与钢板界面粘结滑移关系,为研究纤维增强复合材料(FRP)加固界面性能提供了有效的测量手段。实时测量将有助于数字图像相关方法在土木行业更进一步的推广。     

φ1.8m轻质镜能动磨盘技术抛光的柔性限位支撑设计仿真与优化分析

大口径轻质反射镜采用柔性支撑结构可以降低外界力载荷、惯性载荷及热载荷的负作用,从而保证光学系统的成像质量。为消除加工、检测与系统装调过程的定位误差,研究了应用于计算机控制能动磨盘加工(CCAL)技术抛光的柔性限位支撑模型。利用有限元分析软件(Ansys),分析φ1.8m轻质镜采用柔性限位支撑时,CCAL技术抛光引起轻质镜的最大倾斜量、最大主应力以及主镜面变化范围,对支撑盘的口径及位置进行了优化设计,模拟仿真18点弹簧在不同压缩量下的镜面变形。仿真分析结果表明,柔性限位支撑的结构刚度、轻质镜底板倾斜量满足能动磨盘加工条件,最大主应力强度远小于主镜的许用应力,主镜面变形符合加工要求。     

碳纤维增强复合材料反射镜的刚度分析

用有限元法对层合板结构和蜂窝夹层结构的两种复合材料反射镜的刚度进行分析计算,分析是以Ex1522环氧树脂为基体,M60J碳为增强材料的平面反射镜为例进行的,分析包括不同铺层取向、顺序的层合板反射镜自重下的镜面变形;对蜂窝夹层结构反射镜,分别比较了以芳纶纸、玻璃布、耐久铝三种夹层材料的反射镜刚度,对比了碳纤维复合材料、铍金属、微晶玻璃为面板材料的反射镜刚度,讨论了不同蜂窝单元结构形状对反射镜刚度的影响.分析表明,对于以Ex1522环氧树脂为基体,M60J碳为增强材料的平面复合材料反射镜,要使其具有相对稳定的面形,应采用单元形状为正三角形铝蜂窝,前后面板各为12层;90/45/0/－45］3层合板的夹层结构.