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基于拓扑优化的4 m 望远镜底座结构设计

付世欣 周超 曹玉岩 范磊 韩西达

付世欣, 周超, 曹玉岩, 范磊, 韩西达. 基于拓扑优化的4 m 望远镜底座结构设计[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2441-2447.
引用本文: 付世欣, 周超, 曹玉岩, 范磊, 韩西达. 基于拓扑优化的4 m 望远镜底座结构设计[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2441-2447.
Fu Shixin, Zhou Chao, Cao Yuyan, Fan Lei, Han Xida. Structural design of 4 m telescope mount base based on topology optimization method[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(8): 2441-2447.
Citation: Fu Shixin, Zhou Chao, Cao Yuyan, Fan Lei, Han Xida. Structural design of 4 m telescope mount base based on topology optimization method[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(8): 2441-2447.

基于拓扑优化的4 m 望远镜底座结构设计

详细信息
    作者简介:

    付世欣(1986-),男,硕士,主要从事结构仿真分析与拓扑优化设计方面的研究。Email:fshx1105@163.com

  • 中图分类号: TH751

Structural design of 4 m telescope mount base based on topology optimization method

  • 摘要: 为满足4 m望远镜底座结构高刚度和轻量化的需求,研究了考虑结构变形和模态约束下的拓扑优化问题。首先,基于连续体结构拓扑优化的思想,以单元虚拟密度为设计变量,以位移变形和一阶频率及质量为优化约束,应变能最小为优化目标,建立了底座设计的拓扑优化数学模型,并详细推导目标函数及约束条件的灵敏度;然后,对底座结构应用拓扑优化设计,并以所得的理想概念构型为基础,进行底座结构的详细设计;最后,采用有限元法对优化模型进行静刚度和动刚度的分析与校核。设计结果表明,底座质量从27.66 t减至22.15 t;最大变形量由0.0377 mm减小为0.014 mm;一阶频率从217.1 Hz提高至247.45 Hz;在减小质量的同时,有效提高了底座结构的静刚度和动刚度,验证了拓扑优化方法的有效性。该方法将对4 m望远镜跟踪架的其他部件设计提供帮助。
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-12-10
  • 修回日期:  2015-01-13
  • 刊出日期:  2015-08-25

基于拓扑优化的4 m 望远镜底座结构设计

    作者简介:

    付世欣(1986-),男,硕士,主要从事结构仿真分析与拓扑优化设计方面的研究。Email:fshx1105@163.com

  • 中图分类号: TH751

摘要: 为满足4 m望远镜底座结构高刚度和轻量化的需求,研究了考虑结构变形和模态约束下的拓扑优化问题。首先,基于连续体结构拓扑优化的思想,以单元虚拟密度为设计变量,以位移变形和一阶频率及质量为优化约束,应变能最小为优化目标,建立了底座设计的拓扑优化数学模型,并详细推导目标函数及约束条件的灵敏度;然后,对底座结构应用拓扑优化设计,并以所得的理想概念构型为基础,进行底座结构的详细设计;最后,采用有限元法对优化模型进行静刚度和动刚度的分析与校核。设计结果表明,底座质量从27.66 t减至22.15 t;最大变形量由0.0377 mm减小为0.014 mm;一阶频率从217.1 Hz提高至247.45 Hz;在减小质量的同时,有效提高了底座结构的静刚度和动刚度,验证了拓扑优化方法的有效性。该方法将对4 m望远镜跟踪架的其他部件设计提供帮助。

English Abstract

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