空间科学学报
空間科學學報
공간과학학보
CHINESE JOURNAL OF SPACE SCIENCE
2013年
3期
346-352
,共7页
空间相机%桁架%优化设计%满应力准则
空間相機%桁架%優化設計%滿應力準則
공간상궤%항가%우화설계%만응력준칙
Space camera%Truss%Optimization design%Full stress rule
针对空间相机桁架式支撑结构在设计过程中难以同时保证重量轻且刚度高的问题,提出了采用满应力方法对桁架杆截面进行优化设计的思想.以桁架杆重量最低为优化目标,桁架杆自重变形和桁架的一阶固有频率为约束条件,桁架杆截面的内外径为优化变量,建立了基于满应力准则的优化模型.经过优化,桁架杆截面的外径为50 mm,内径40 mm,质量6.1 kg,一阶固有频率121 Hz.采用有限元法对优化结果进行模态校核和重力变形校核,同时为检验碳纤维复合材料的热稳定性,对桁架组件进行了热变形分析,得到次镜的偏心和偏转均满足光学设计要求.对优化设计出的桁架组件进行了0.2g扫频试验以及尺寸稳定性试验.试验结果表明,桁架组件一阶固有频率为119Hz,与理论分析结果基本吻合；在45 N外力载荷和15℃均匀温升载荷的作用下,桁架稳定性能良好,次镜的偏心和偏转均小于5″,满足光学设计要求.优化设计出的桁架支撑结构具有刚度高、尺寸稳定等特点,这为实现空间相机向大口径、长焦距、轻型化方向发展奠定了研究基础.
針對空間相機桁架式支撐結構在設計過程中難以同時保證重量輕且剛度高的問題,提齣瞭採用滿應力方法對桁架桿截麵進行優化設計的思想.以桁架桿重量最低為優化目標,桁架桿自重變形和桁架的一階固有頻率為約束條件,桁架桿截麵的內外徑為優化變量,建立瞭基于滿應力準則的優化模型.經過優化,桁架桿截麵的外徑為50 mm,內徑40 mm,質量6.1 kg,一階固有頻率121 Hz.採用有限元法對優化結果進行模態校覈和重力變形校覈,同時為檢驗碳纖維複閤材料的熱穩定性,對桁架組件進行瞭熱變形分析,得到次鏡的偏心和偏轉均滿足光學設計要求.對優化設計齣的桁架組件進行瞭0.2g掃頻試驗以及呎吋穩定性試驗.試驗結果錶明,桁架組件一階固有頻率為119Hz,與理論分析結果基本吻閤；在45 N外力載荷和15℃均勻溫升載荷的作用下,桁架穩定性能良好,次鏡的偏心和偏轉均小于5″,滿足光學設計要求.優化設計齣的桁架支撐結構具有剛度高、呎吋穩定等特點,這為實現空間相機嚮大口徑、長焦距、輕型化方嚮髮展奠定瞭研究基礎.
침대공간상궤항가식지탱결구재설계과정중난이동시보증중량경차강도고적문제,제출료채용만응력방법대항가간절면진행우화설계적사상.이항가간중량최저위우화목표,항가간자중변형화항가적일계고유빈솔위약속조건,항가간절면적내외경위우화변량,건립료기우만응력준칙적우화모형.경과우화,항가간절면적외경위50 mm,내경40 mm,질량6.1 kg,일계고유빈솔121 Hz.채용유한원법대우화결과진행모태교핵화중력변형교핵,동시위검험탄섬유복합재료적열은정성,대항가조건진행료열변형분석,득도차경적편심화편전균만족광학설계요구.대우화설계출적항가조건진행료0.2g소빈시험이급척촌은정성시험.시험결과표명,항가조건일계고유빈솔위119Hz,여이론분석결과기본문합；재45 N외력재하화15℃균균온승재하적작용하,항가은정성능량호,차경적편심화편전균소우5″,만족광학설계요구.우화설계출적항가지탱결구구유강도고、척촌은정등특점,저위실현공간상궤향대구경、장초거、경형화방향발전전정료연구기출.
