【机情无限 精彩毕设】机械2023届毕业设计（论文）中期检查优秀案例分享第二十六期——大口径反射镜支撑柱参数优化设计

学生姓名：陈卓

班  级：机械2019-07班

指导教师：王熙                             

毕设题目：大口径反射镜支撑柱参数优化设计

一、概况

1.选题意义

随着现代天文学和空间技术的发展，为探测更深更远的目标，要求建造更大口径的望远镜。主镜作为核心部件，是整个主光学系统的调整基准。为了提高分辨率，从光学角度来说就增大反射镜口径是一个重要途径，然而，增大口径势必会引起反射镜自重急剧增加，这将使得反射镜在设计、制造、发射以及在工作过程中对温度的敏感程度都更加不易控制。同时，反射镜口径增大后，为了保证反射镜的面形精度、强度与刚度以及稳定性，对反射镜的支撑结构的要求也将会更加严格。因此反射镜轻量化及其支撑结构的设计研究对提高反射镜的分辨率具有重要的意义。如何使大口径反射镜光学系统能够在满足面形精度等光学性能指标的前提下做到重量最轻是大口径空间望远镜结构设计的关键技术。

2.任务分解

第一部分 毕业设计准备，主要包括毕业设计选题、查阅资料、熟悉课题相关国内外现状；明确课题研究内容，撰写文献综述和开题报告。（2周）

第二部分 建立系统的优化设计有限元分析模型。(3周)

第三部分 考虑反射镜多种位姿和支撑柱重量，优化支撑柱的数量、直径等参数。(5周)

第四部分 对结构整体进行优化。(5周)

第五部分 撰写毕业设计论文，制作PPT，准备答辩。(1周)

      评阅及答辩 考核答辩。(1周)

二、已完成工作

完成使用Solid works软件对镜面模型的简化与建模，并对镜面与支撑柱的简化模型进行装配。使用ANSYS Workbench软件对模型进行静力学结构分析，并得出模型各项尺寸与力学性能之间的函数曲线，最后使用Matlab等软件对数据进行处理。

具体工作：

1. 建立简化后的镜面与支撑柱的装配图。

2. 对6点位的镜面进行静力学结构分析。

3. 对不同姿态下的镜面进行分析并对比。

4. 综合考虑支撑柱重量、镜面变形量两个参数，优化支撑柱的位置、直径等参数。

5. 对8、10点位的镜面分别进行静力学结构分析并进行横向对比。

镜面与支撑柱的简化模型图

 

应力分布图

最大应力与支撑柱直径和支撑柱分布位置的响应面

敏感度分析

方案评价表

 

三、下一步工作计划

1.对支撑结构进行理论分析计算，并分析理论计算结果与仿真分析的差别，分析其原因。

2.分析一些主流的设计方案，并对其进行仿真验证，进而综合优化整体的结构设计。

问题一：你的6点位方案与10点位方案是如何进行比较的，主要分析了哪些参数？

回答：我比较了6点位方案与10点位方案的支撑柱直径与最大应变量两个参数之间的关系，从图中可以直观的看出10点位在相同支撑柱直径下，镜面的最大应变量远小于6点位的设计。我还比较了支撑柱到镜面圆心的距离与最大应变量的关系，发现6点位在距离为250mm左右时最大应变量有最小值，而10点位在距离为255mm时最大应变量有最小值。

问题二：同学，你的计算部分是如何分析的，是否有一些理论的计算公式支撑你的结论？

回答：目前还没有具体的关于支撑柱直径，支撑柱距离，镜面变形等参数的直接计算公式，更多的是采用经验设计加尺寸限制，并使用软件分析模拟的方法，有一些经验设计公式比如：支撑柱个数的最小设计值，支撑柱直径的限制值，特殊排列点位的各层直径与镜面直径的关系等。

 

 

1. 在优化分析前，需要广泛收集查阅相关资料，明确优化分析的目的，确立优化分析所使用的工具，清楚优化分析的流程，对优化分析的结果有科学的评判标准。

2. 在使用软件分析的过程中，需要提前了解软件的使用方法，对实验所需的部分提前进行学习与试用。使用软件过程中，难免会产生各种各样的问题，这时需要广泛的查找资料解决问题，比如ANSYS与SOLIDWORKS的关联问题。

3. 实验过程中，会产生大量的数据，需要对数据进行规范的存储，便于后面的分析与处理。也便于后面需要时，对数据直接进行使用。

4. 在进行实验时，需要保持严谨的作风，认真对待每一组数据，规范做图对于尚未清楚的部分要大胆探索，对于已经明确的过程要谨慎进行。

5. 实验结果需要理论与实际的验证，好的设计不仅需要在理论上满足设计的需要，更要在实际的工程中可行可靠。广泛的查阅资料、吸取实际经验、善于总结也是实验的一部分。