| 题名 | 数值仿真与优化技术在空间相机中的应用研究 |
| 作者 | 刘雍 |
| 答辩日期 | 2009-05-20 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 陈桂林 |
| 关键词 | 有限元仿真 数值优化 灵敏度分析 基于频响函数的模型修正 |
| 学位专业 | 物理电子学 |
| 英文摘要 | 大口径空间相机使用轻型结构和轻型材料是发展趋势，需要评价众多结构轻量化参数对设计要求的影响，在保证结构刚度等设计要求下尽可能提高结构的轻量化程度。此外，复合材料和蜂窝结构等轻型材料需要进行参数设计以在结构中发挥最大的性能。因此，空间相机结构设计中需要引入合理的数值仿真与优化，并提高仿真模型可靠性的方法。本文主要内容包括：将数值优化方法用于空间扫描镜的轻量化设计过程。针对不同物理场的设计要求，对扫描镜多个轻量化参数进行了优化。经比较，优化效果明显。此外灵敏度分析的结果明确了各设计参数对扫描镜力学性能的影响。对空间相机中使用的碳纤维复合材料和蜂窝结构进行力学特性模拟和参数设计，力学试验结果证明等效方法和设计是可靠的。在相机结构设计中引入优化设计方法：对框架结构薄壁杆件的壁厚进行优化，保证动刚度的同时降低了结构质量；对立板进行拓扑优化，为结构加强筋设计提供参考。并对优化后的相机力学性能进行了计算。为验证仿真方法的可靠性，将光机系统及关键件的数值仿真结果和地面模拟试验对比，一阶频率的响应频率和峰值与试验数据平均相差在10%左右，表明了仿真的可靠性。研究通过试验数据修正仿真模型的方法。算例表明，通过试验频响函数修正有限元模型可以实现关注频段的多测点频响函数匹配，修正后的频域内相关系数平均值上升20%左右。在模型的结构参数误差存在较少的情况下，即使误差达到50%，仍能够寻找到误差来源并加以有效修正。本文建立了一套将数值仿真技术应用于空间相机研制流程的思路，包括产品开发阶段的优化设计到仿真计算，生产样机后利用初步地面模拟试验数据修正仿真模型，用修正后模型预测响应，辅助后续试验。本文基于灵敏度的优化设计思路和方法可推广到空间各种类似结构的轻量化设计中去；模型修正方法可利用模态试验和振动试验的试验数据，为提高有限元模型的可靠性发挥作用。 |
| 学科主题 | 红外系统与元部件 |
| 公开日期 | 2012-08-22 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4974]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘雍. 数值仿真与优化技术在空间相机中的应用研究[D]. 中国科学院研究生院. 2009. |
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