基于薄层单元与弹簧单元的滚动直线导轨副动力学建模

针对某大型光机装置中使用的LM型直线导轨-滑块的结合面,采用薄层单元与弹簧单元模拟其接触面,建立了大行程传输结构模拟件的有限元模型。通过模型修正方法,根据模态试验结果对薄层单元弹性模量以及弹簧刚度进行了识别。模型修正后,结构前三阶模态频率计算结果与试验结果最大差别为2.23%,地脉动载荷下各测点位移响应计算结果与试验结果最大差别为7.61%。计算结果与试验结果具有较好的一致性,验证了模型的有效性。     

微振动激励作用下编组站镜架对光束指向的影响

 编组站是靶场光路传输系统的重要组成部分,编组站镜架的稳定性对光路的传输有着直接的影响。为了分析微振动对光束指向性的影响,采用有限元分析软件建立镜架的有限元模型,将数字式地震仪测得的镜架安装平台的速度功率谱密度函数作为载荷施加到分析模型上,计算得到了编组站光学元件（A,B,C,D）在基座微振动激励作用下的转角漂移分别为0.338,0.327,0.289,0.241 mrad,均小于稳定性指标0.460 mrad的要求;采用加速度传感器对光学元件A的转角漂移测试结果为0.340 mrad,与分析结果的误差为0.6%,说明所采用的计算分析方法是有效的,为精密镜架的设计分析提供了有效的方法。     

基于灵敏度分析方法的光学镜架动力学模型修正

论述了理论建模与实验建模的特点,介绍了模型修正方法的相关理论,采用灵敏度分析方法,分析了光学镜架的设计参数:材料的弹性模量、密度、内径、镜框厚度、镜架底部厚度、筋板厚度的灵敏度系数,通过镜架有限元仿真与模态实验结果的对比,建立一个以固有频率为修正目标的多变量动力学修正问题,对包含非线性连接关系的镜架动力学模型进行了修正,修正结果表明前四阶固有频率的平均误差为2.5%,满足工程要求,同时模态阶次也得到了修正。     

SSRF中BPM支撑的机械稳定性分析

主要对上海光源(SSRF)束流位置监视器(BPM)支撑的机械稳定性进行了研究.受有限元计算与初始设计方案的振动测试结果不一致的启发,对BPM支撑与地面的连接考虑了三种方案:膨胀螺母、半灌浆与全灌浆连接.通过采用改进的全灌浆连接来代替初始设计的膨胀螺母连接,BPM支撑的横向最低共振频率由20.2Hz增加到50.2Hz,支撑顶部与地面的横向均方根位移(4-50Hz)之比由4.36降低到1.32,机械稳定性能得到大大的提高.     

SSRF中BPM支撑的机械稳定性分析

主要对上海光源(SSRF)束流位置监视器(BPM)支撑的机械稳定性进行了研究. 受有限元计算与初始设计方案的振动测试结果不一致的启发, 对BPM支撑与地面的连接考虑了三种方案: 膨胀螺母、半灌浆与全灌浆连接. 通过采用改进的全灌浆连接来代替初始设计的膨胀螺母连接, BPM支撑的横向最低共振频率由20.2Hz增加到50.2Hz, 支撑顶部与地面的横向均方根位移(4—50Hz)之比由4.36降低到1.32,机械稳定性能得到大大的提高.     

地脉动环境下反射镜架系统的镜片转角响应计算

反射镜组件是光机装置的重要组成部分,反射镜片的转角稳定性对光路的传输有着直接影响。针对大型光机装置中反射镜架在地脉动随机微振动下的稳定性问题,推导了镜片转角响应均方根值的计算公式。在ANSYS中建立了一个镜架结构的有限元模型,并分析了该镜架系统的模态及结构在地脉动载荷下的微振动响应。根据计算结果分析得到了镜片转角响应均方根值; 提出了工程实际中如何通过有限元分析便捷获得镜片转角响应的另一种工程方法。两种方法所得镜片转角具有较好一致性,说明所采用镜片转角计算分析方法是有效的, 为精密反射镜架的稳定性设计分析提供了有效方法。     

平面光栅支撑结构设计及其面形分析计算

为满足二氧化碳探测仪平面光栅高精度面形要求,对光栅及其支撑结构进行了设计和分析.首先,对光栅结构组件各材料的选取和支撑结构形式进行了研究;然后,以坐标变换法和最小二乘法为理论依据,对镜面刚体位移和畸变的计算求解进行了探讨;接着,采用有限元法对光栅结构组件在不同热力耦合状态下的面形精度和结构强度进行仿真分析.运用有限元软件本身提供的二次开发功能,开发了能内部调用MATLAB编写的面形误差计算程序.经计算,各工况下面形误差PV≤63nm,RMS≤12.6nm.最后,为了验证结构组件的动态特性,进行了模态分析和谐响应分析,三个方向的基频分别达到1 046.3Hz,1 640Hz,1 147.5Hz.这些结果表明,光栅结构组件设计合理可行,能够满足各项设计要求.     

金属结合能、线膨胀系数及德拜温度的解析研究与计算

采用两体势模型研究了7类晶系共53种金属的结合能、线膨胀系数及德拜温度,并给出了三者之间普适性的关联方程及解析计算式.理论计算出的线膨胀系数及德拜温度与实验值比较其平均相对误差分别为2.9%和1.66%,相对均方根误差分别为3.75%和2.19%.金属结合能、线膨胀系数及德拜温度三者关联方程中,存在适合于不同晶系结构的共同的关联因子,该因子的均值为1.046,相对均方根误差为2.17%.     

结构位移摄像测量系统的设计与实现

针对飞机等大型工程结构的位移测量需求,设计实现了结构位移摄像测量系统.该系统采用多台数字式摄像机从不同方向拍摄飞机机身、机翼表面的人工合作标志点,在试验前对各个摄像机的参数进行精确标定,试验过程中实时分析各摄像机采集到的序列图像,检测跟踪得到标志点在图像上的二维像点坐标,根据像机参数和标志点二维像点坐标交会计算得到各标志点的三维坐标,即可得到整个结构的位移与变形参数.结构位移结果可进行三维动画显示,也可随时查看各标志点的位移曲线.精度测试结果表明该系统位移测量误差标准差小于1 mm,相对误差小于1%.该系统已成功应用于飞机机翼位移测量中.     

考虑接触边界条件的经纬仪主镜面形误差分析

为了精确分析经纬仪主镜的面形均方根,对主镜支撑连接球绞的仿真方法进行研究.建立了主镜支撑系统的有限元模型,对比了刚性连接、约束节点自由度和接触边界条件三种球绞的仿真方法.采用接触边界条件方法仿真得到的主镜面形均方根值为16.37nm,应用干涉仪检测得到主镜在径向支撑状态下的面形均方根值为17.53nm,仿真结果与实验结果的偏差为6.62%.实验结果显示三种方法中,接触边界条件法能较准确地获得主镜面形均方根值,用此方法对主镜径向支撑结构进行了参数化分析,获得径向支撑位置、长度和宽度对主镜面形的影响规律,可以为主镜面形的精确分析及主镜支撑结构设计提供参考.     

Dynamic response of thin-walled structures by variable kinematic one-dimensional models

This paper investigates the accuracy capabilities of using variable kinematic modeling in compact and thin-walled beam-like structures with dynamic loadings. Carrera Unified Formulation (CUF) is employed to introduce refined one-dimensional (1D) models with a variable order of expansion for the displacement unknowns over the beam cross-section. Classical Euler–Bernoulli and Timoshenko beam theories are obtained as particular cases of these variable kinematic models while a higher order expansion permits the detection of in-plane cross-section deformation, since it leads to shell-like solutions. Finite element (FE) method is used to provide numerical results and the Newmark method is implemented as a time integration scheme. Some assessments with closed form solutions are discussed and comparisons with shell-type results obtained with commercial FE software are made. Further analyses address both compact and thin-walled cross-sections. In particular, the case of a deformable thin-walled cylinder loaded by time-dependent internal forces is discussed. The results clearly show that finite elements which are formulated in the CUF framework do not introduce additional numerical problems with respect to classical beam theories. Comparisons with elasticity solutions prove that the present 1D CUF model offers an accuracy in analyzing thin-walled structures which is typical of shell or three-dimensional models with a remarkable reduction in the computational cost required.     

基于有限元分析的小口径离轴抛物面反射镜支撑结构设计

为降低小口径反射镜在复杂环境下的面形误差,满足其动静态刚度和热稳定性要求,通过选用合适的空间载荷材料,对反射镜进行轻量化设计,合理设计可装调的反射镜挠性支撑组件,采用ANSYS对反射镜组件进行有限元分析。分析结果表明:组件一阶固有频率是3 168.5 Hz,在1 g重力作用下反射镜面形误差RMS值可达8.06 nm,在10℃温升载荷作用下RMS可达5.58 nm,在1 g重力和10℃温升载荷耦合作用下RMS值可达11.05 nm,组件在10 g加速度作用下最大应力是2.109 8 MPa,简谐激励作用下最薄弱环节最大响应应力为1.284 6 MPa,均完全满足反射镜组件设计指标要求,验证了支撑结构设计的合理性。     

IRST系统的单站机动目标跟踪算法研究

在传统的IRST（红外搜索与跟踪）系统的角测量基础上,增加了红外探测器对目标红外辐射的响应信息这一测量项,且将相邻两次测量的目标红外光谱辐射功率之比作为伪测量,以消除目标红外光谱辐射强度不确定所产生的影响,并由此构造了机动目标跟踪的IMM（交互多模型）算法. 通过跟踪一个高机动目标的仿真过程,对算法性能进行了检验.仿真结果表明:当测量误差较小时,误差的变化对跟踪精度的影响不大,整个跟踪过程中,单个坐标轴上的均方差不超过7 m,而且,大多数时刻上的均方误差不超过3 m;当测量误差较大时,近距离（航迹前段和中段）的跟踪精度也是很高的,单个坐标轴上的均方差不超过5 m,但是,远距离的跟踪精度下降很快,最大误差达到110 m;速度误差与位置误差也有类似的结果.     

基于接触非线性分析方法的反射镜组件工程分析

工程中将实际的非线性系统近似为线性系统,用线性分析方法对所研究的对象进行分析往往会带来较大的求解误差。介绍了产生结构非线性的主要因素,并在接触理论基础上,对某空间相机反射镜组件进行了合理的有限元建模。采用接触非线性分析方法对螺钉预紧时反射镜的响应及在自重和温度载荷作用下反射镜的变形进行了分析。通过比较线性分析与非线性分析的结果表明:采用非线性分析的结果更接近实际;在空间相机的工程分析中,对某些接触部位采用非线性的分析方法可以提高分析精度。     

Φ2 m平面反射镜低频轮廓非接触测量设备研制进展

口径2 m的高质量平面反射镜可用于大口径光电设备像质评价和性能检测,但受使用环境影响,平面反射镜的面形精度不易长期保持稳定,因此需要在使用前对其面形精度进行现场、快速校验,而常规的全口径或子孔径干涉检测均难以满足上述需求。由于反射镜面形在制造过程引入的中高频误差已处于稳定状态,环境扰动只引入低频像差,而选择子孔径斜率扫描再重构波面低频轮廓的方法较适于面形精度现场校验。提出双五棱镜配合双测角仪进行子孔径斜率同步差分测量的方法,可改善长测量周期内环境扰动引起的随机误差。并对测量设备光学、机械及控制系统进行设计,提出采用2台S-H传感器代替传统测角仪用于子孔径斜率测量的解决方法。验证试验结果表明,波面重构算法以及仪器测角精度可满足面形测量精度需求,其与ZYGO干涉仪测量结果的互差小于20 nm（RMS）。     

米级口径经纬仪保护窗口镜面变形分析

为了精确分析外载荷作用下米级口径经纬仪保护窗口镜面变形,本文基于接触有限元理论建立了米级口径经纬仪保护窗口带摩擦接触的有限元分析模型,对比了线性刚性连接和非线性摩擦接触方法的差异。采用齐次坐标变换法去除刚体位移,得到米级口径经纬仪保护窗口镜面畸变数据,使用Zernike多项式作为光机集成分析的接口工具,并将Zernike多项式系数导入ZEMAX中,以波前像差RMS值衡量镜面变形对成像质量的影响,并与干涉仪检测结果进行比较。考虑摩擦接触条件得到的保护窗口镜面波前像差RMS值为38.095 nm、PV为205.027 nm,使用干涉仪检测得到的保护窗口镜面波前像差RMS值为40.626 nm、PV值为235.654 nm。实验结果表明,考虑摩擦接触条件的仿真实验与干涉仪检测实验的镜面波前像差RMS值偏差为6.23%,能更准确地反映米级口径保护窗口镜面变形。     

Mechanical characterization of unplasticised polyvinylchloride thick pipes by optical methods

In this work a number of techniques (electronic speckle pattern interferometry, holographic interferometry, strain gauge and finite element method) are brought to bear in order to establish consistency in the results of strain measurement. This is necessary if optical non-destructive testing methods, such as those used here, are to gain acceptance for routine industrial use. The FE model provides a useful check. Furthermore, ESPI fringe data facilitates the extension of FE models, an approach that is of growing importance in component testing.

The use of in-plane and out-of-plane sensitive electronic speckle pattern interferometry (ESPI) for non-destructive material characterization of thick unplasticised polyvinylchloride (uPVC) pipes is presented. A test rig has been designed for stressing pipes by internal pressure. ESPI gives a complete mapping of the displacement field over the area imaged by the video camera. The results for the strain of uPVC obtained from ESPI data and from strain gauges are in good agreement. The value of Young's modulus has been obtained from the fringe data and compared with results obtained using holographic interferometry and from strain gauge measurements. The FE model also produces fringe data that is consistent with the ESPI results.     

利用受激布里渊散射能量反射率测量液体介质运动黏度方法的研究

本文提出了一种利用受激布里渊散射(SBS)能量反射率的变化测定不同温度时的液体介质运动黏度的方法.液体介质的运动黏度随温度而变化,这导致了介质增益系数和SBS能量反射率的变化,因此通过SBS能量反射率的变化可测定不同温度时的液体介质的运动黏度.在Countinuum Nd: YAG种子注入激光系统中测定了不同温度时的水的运动黏度并与运动黏度计测定的结果进行了比较.用本方法获得的不同温度时的水的运动黏度测量值与运动黏度计测量值很接近,相对误差小于5%. 关键词： 受激布里渊散射 SBS能量反射率 温度 运动黏度