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空间二维转台照准架的结构优化设计

张永强 刘朝晖 李治国 谢友金

张永强, 刘朝晖, 李治国, 谢友金. 空间二维转台照准架的结构优化设计[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(S1): 104-109. doi: 10.3788/IRLA201746.S113003
引用本文: 张永强, 刘朝晖, 李治国, 谢友金. 空间二维转台照准架的结构优化设计[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(S1): 104-109. doi: 10.3788/IRLA201746.S113003
Zhang Yongqiang, Liu Zhaohui, Li Zhiguo, Xie Youjin. Optimum structural design for collimation frame of space-based two-dimensional turntable[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(S1): 104-109. doi: 10.3788/IRLA201746.S113003
Citation: Zhang Yongqiang, Liu Zhaohui, Li Zhiguo, Xie Youjin. Optimum structural design for collimation frame of space-based two-dimensional turntable[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(S1): 104-109. doi: 10.3788/IRLA201746.S113003

空间二维转台照准架的结构优化设计

doi: 10.3788/IRLA201746.S113003
基金项目: 

国家高技术研究发展计划(2015AA7045039)

详细信息
    作者简介:

    张永强(1991-),男,硕士生,主要从事光学工程方面的研究。Email:zhangyongqiang@opt.cn

  • 中图分类号: V241.02

Optimum structural design for collimation frame of space-based two-dimensional turntable

  • 摘要: 空间二维转台是空间相机等光电设备的主要承载机构,照准架作为转台的关键支撑部件,其刚度特性对于整个转台的刚度性能至关重要。为在减轻照准架重量的同时提高刚度性能,采用基于变密度法的拓扑优化理论,利用有限元软件MSC.Patran/Nastran对照准架进行拓扑优化设计。将照准架模态振型等效为推力作用下的模型变形,以结构刚度最大化为目标函数,剩余体积比为约束条件进行优化。结果表明:与经验模型相比,优化后的模型质量减小了1.32 kg,且一阶固有频率提高了14.5 Hz。在Z方向的重力作用下,最大变形量相对减小了22.4%,最大应力值相对减小了22.6%,而且模型在其他方向的静力学特性都有显著提高。可见,优化后的照准架模型在质量减轻的情况下,动态特性得到了显著的改善。通过对优化模型进行试验模态分析,结果证明了有限元分析的正确性。因此,采用拓扑优化方法对照准架进行结构优化设计是切实可行的。
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-06-20
  • 修回日期:  2017-07-25
  • 刊出日期:  2017-12-31

空间二维转台照准架的结构优化设计

doi: 10.3788/IRLA201746.S113003
    作者简介:

    张永强(1991-),男,硕士生,主要从事光学工程方面的研究。Email:zhangyongqiang@opt.cn

基金项目:

国家高技术研究发展计划(2015AA7045039)

  • 中图分类号: V241.02

摘要: 空间二维转台是空间相机等光电设备的主要承载机构,照准架作为转台的关键支撑部件,其刚度特性对于整个转台的刚度性能至关重要。为在减轻照准架重量的同时提高刚度性能,采用基于变密度法的拓扑优化理论,利用有限元软件MSC.Patran/Nastran对照准架进行拓扑优化设计。将照准架模态振型等效为推力作用下的模型变形,以结构刚度最大化为目标函数,剩余体积比为约束条件进行优化。结果表明:与经验模型相比,优化后的模型质量减小了1.32 kg,且一阶固有频率提高了14.5 Hz。在Z方向的重力作用下,最大变形量相对减小了22.4%,最大应力值相对减小了22.6%,而且模型在其他方向的静力学特性都有显著提高。可见,优化后的照准架模型在质量减轻的情况下,动态特性得到了显著的改善。通过对优化模型进行试验模态分析,结果证明了有限元分析的正确性。因此,采用拓扑优化方法对照准架进行结构优化设计是切实可行的。

English Abstract

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