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高体份SiC/Al复合材料空间相机框架的拓扑优化设计

李畅 何欣 刘强

李畅, 何欣, 刘强. 高体份SiC/Al复合材料空间相机框架的拓扑优化设计[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2526-2531.
引用本文: 李畅, 何欣, 刘强. 高体份SiC/Al复合材料空间相机框架的拓扑优化设计[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2526-2531.
Li Chang, He Xin, Liu Qiang. Design and topology optimization of space camera frame fabricated by high volume fraction SiC/Al composite material[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(8): 2526-2531.
Citation: Li Chang, He Xin, Liu Qiang. Design and topology optimization of space camera frame fabricated by high volume fraction SiC/Al composite material[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(8): 2526-2531.

高体份SiC/Al复合材料空间相机框架的拓扑优化设计

基金项目: 

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所创新工程(ZJ99130B)

详细信息
    作者简介:

    李畅(1988- ),男,博士生,主要从事空间相机结构设计方面的研究。Email:lichangnuaa@qq.com

  • 中图分类号: TH164

Design and topology optimization of space camera frame fabricated by high volume fraction SiC/Al composite material

  • 摘要: 为了提高空间相机在力/热双重环境条件下的系统稳定性,同时能够实现系统的轻量化目标,在某型空间相机的研制过程中选用了具有高比刚度和热稳定性的高体份SiC/Al复合材料。采用整体式框架结构,将基于变密度法的连续体结构拓扑优化方法应用到相机框架结构的初始设计中,通过设定相应的约束条件和目标函数,进行迭代求解,得到了相机框架分别在X、Y、Z三个方向重力作用下的结构拓扑优化结果,结合工艺要求,最终确定了空间相机框架的设计方案。通过与对比方案比较发现,经过拓扑优化所得到的框架结构在结构刚度及轻量化率上都有明显提高,实现了空间相机框架高刚度、轻量化的设计目标。
  • [1] Guo Jiang, Shao Mingdong, Wang Guoliang, et al. Design of optical-mechanical structure made of CFC in space remote sensing camera[J]. Optics and Precision Engineering, 2012, 20(3): 571-578. (in Chinese)
    [2]
    [3] Cui Yan, Wang Lifeng, Ren Jianyue. Multi-functional SiC/Al composites for aerospace applications [J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2008, 21: 578-584.
    [4] 郭疆, 邵明东, 王国良, 等. 空间遥感相机碳纤维机身结构设计[J]. 光学 精密工程, 2012, 20(3): 571-578.
    [5]
    [6] Gao Minghui, Zhang Jun, Li Jinglin, et al. Feasibility analysis of high volume fraction SiC/Al mirror application in space optics[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(7): 1803-1807. (in Chinese)
    [7] Miracle D B. Aeronautical applications of metal matrix composites [J]. ASM Int, 2001, 21: 1043-1049.
    [8]
    [9] Hunt W H. Aluminum metal matrix composites today[J]. Materials Science Forum, 2000, 331: 71-84.
    [10]
    [11] 高明辉, 张军, 李景林, 等. 高体份SiC/Al反射镜在空间光学应用可行性的分析[J]. 红外与激光工程, 2012, 41(7): 1803-1807.
    [12] Jin Peng, Liu Yue, Li Shu, et al. Aerospace applications of particulate reinforced aluminum matrix composites[J]. Journal of Materials, 2009, 23(6): 24-27. (in Chinese)
    [13] An Yuan, Jia Xuezhi, Zhang Lei, et al. Optimizing design of CFRP based main backbone with high stiffness ratio for space camera[J]. Optics and Precision Engineering, 2013, 21(2): 416-422. (in Chinese)
    [14]
    [15]
    [16] Yoder P R. Opto-Mechanical System Design[M]. 2nd ed. New York: MarCel Dekker, 1993.
    [17] Liu Qiang, Zhang Feng, He Xin, et al. Research of materials matching in optical remote sensor based on weight coefficient analysis method[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(1): 206-211. (in Chinese)
    [18]
    [19]
    [20] Bendsoe M P, Kikuch I N. Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method[J]. Compute Methods in Applying Mechanism Engine, 1988, 71(2): 197-224.
    [21] 金鹏, 刘越, 李曙, 等. 颗粒增强铝基复合材料在航空航天领域的应用[J]. 材料导报, 2009, 23(6): 24-27.
    [22] Hei Mo, Lu Yafei, Zhang Zhiyong, et al. Design of fast steering mirror based on dynamic model[J]. Optics and Precision Engineering, 2013, 21(1): 53-61. (in Chinese)
    [23]
    [24] Tian Lisi, Li Xianghui, Ma Yuefeng, et al. Guidance for MSC Nastran Dynamic Analysis[M]. Beijing: China Water Conservancy and Hydropower Press, 2012: 241-257. (in Chinese)
    [25]
    [26] Sha Wei, Chen Changzheng, Zhang Xingxiang, et al. Topological lightweight design of space mirror[J]. Opto-Electronic Engineering, 2009, 36(4): 35-39. (in Chinese)
    [27] Xin Hongwei, Guan Yingjun, Chai Fangmao. Design of main support of off-axis space remote sensor[J]. Optics and Precision Engineering, 2012, 20(6): 1257-1264. (in Chinese)
    [28] 安源, 贾学志, 张雷, 等. 基于碳纤维复合材料的空间高比刚度主承力板优化设计[J]. 光学 精密工程, 2013, 21(2): 416-422.
    [29]
    [30]
    [31]
    [32] 刘强, 张峰, 何欣, 等. 应用权重计算方法的光学遥感器材料间匹配性研究 [J]. 红外与激光工程, 2013, 42(1): 206-211.
    [33]
    [34]
    [35]
    [36] 黑沫, 鲁亚飞, 张智永, 等. 基于动力学模型的快速反射镜设计[J]. 光学 精密工程, 2013, 21(1): 53-61.
    [37]
    [38]
    [39] 田利思, 李相辉, 马越峰, 等. MSC Nastran动力学分析指南[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2012: 241-257.
    [40]
    [41]
    [42] 沙巍, 陈长征, 张星祥, 等. 空间反射镜轻量化结构的拓扑优化设计[J]. 光电工程, 2009, 36(4): 35-39.
    [43]
    [44]
    [45] 辛宏伟, 关英俊, 柴方茂. 离轴空间遥感器主支撑结构设计[J]. 光学 精密工程, 2012, 20(6): 1257-1264.
  • [1] 李晶, 董树林, 金宁, 杨开宇, 杨丹, 徐曼, 普龙.  热像仪的光轴热稳定性仿真及拓扑优化研究 . 红外与激光工程, 2024, 53(1): 20230358-1-20230358-7. doi: 10.3788/IRLA20230358
    [2] 何林, 邓武东, 宋立国, 张绪国, 黄业平, 刘雨晨, 雷文平.  面向GEO目标探测的面阵TDI空间相机 . 红外与激光工程, 2023, 52(9): 20230022-1-20230022-7. doi: 10.3788/IRLA20230022
    [3] 刘虎, 朱镭, 吴妍, 高瑜, 闫伟亮, 崔凯.  巡飞弹载光电关键结构拓扑优化设计方法 . 红外与激光工程, 2023, 52(5): 20220767-1-20220767-8. doi: 10.3788/IRLA20220767
    [4] 孙欣, 武永见, 汤天瑾, 胡永力, 刘涌, 姜彦辉, 王海超.  空间相机系统自准直传函测试方法及应用 . 红外与激光工程, 2022, 51(5): 20210610-1-20210610-7. doi: 10.3788/IRLA20210610
    [5] 刘奉昌, 李威, 董吉洪, 赵伟国, 赵海波, 李晓波.  深空探测相机超轻主支撑结构优化设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(12): 1214003-1214003(8). doi: 10.3788/IRLA201948.1214003
    [6] 李诚良, 丁亚林, 刘磊.  大口径反射镜水平集拓扑优化设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(9): 918001-0918001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0918001
    [7] 张丽敏, 韩西达, 吕天宇, 赵宏超.  大口径望远镜次镜系统的拓扑优化设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(8): 818008-0818008(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0818008
    [8] 邢艳秋.  空间微型光学载荷主结构优化设计与试验 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1113002-1113002(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1113002
    [9] 王克军, 董吉洪.  空间遥感器Ф2 m量级大口径SiC反射镜镜坯结构设计 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 718005-0718005(9). doi: 10.3788/IRLA201746.0718005
    [10] 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 . 红外与激光工程, 2017, 46(S1): 104-109. doi: 10.3788/IRLA201746.S113003
    [11] 江帆, 吴清文, 王忠素, 刘金国, 鲍赫.  空间相机遮光罩的低功耗热设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(9): 918002-0918002(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0918002
    [12] 王克军, 宣明, 董吉洪, 李威, 张缓缓.  空间遥感器反射镜组件结构设计方法 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1113001-1113001(11). doi: 10.3788/IRLA201645.1113001
    [13] 刘仲宇, 张涛, 王平, 王统军.  红外导引头稳定平台主框架拓朴优化设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(2): 218001-0218001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0218001
    [14] 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 . 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2441-2447.
    [15] 袁健, 沙巍, 陈长征, 张星祥, 任建岳.  空间相机桁架式支撑结构的集成优化设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3661-3666.
    [16] 李宪圣, 万志, 刘则洵, 李葆勇, 刘洪兴, 孙景旭, 任建伟.  大视场空间相机CCD 性能测试及筛选方法 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2245-2250.
    [17] 徐宏, 关英俊.  大口径SiC轻量化反射镜组件的结构设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(S1): 83-88.
    [18] 曹佃生.  紫外-近红外高光谱探测仪扫描镜拓扑优化设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3813-3819.
    [19] 齐光, 许艳军, 刘炳强.  空间相机反射镜SiC/Al 支撑板轻量化结构优化设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2214-2218.
    [20] 徐炜, 吴清文, 翟岩, 郭万存, 徐振邦, 傅家.  空间光学遥感器长圆形反射镜组件优化设计与分析 . 红外与激光工程, 2013, 42(3): 752-757.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-12-07
  • 修回日期:  2014-01-06
  • 刊出日期:  2014-08-25

高体份SiC/Al复合材料空间相机框架的拓扑优化设计

    作者简介:

    李畅(1988- ),男,博士生,主要从事空间相机结构设计方面的研究。Email:lichangnuaa@qq.com

基金项目:

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所创新工程(ZJ99130B)

  • 中图分类号: TH164

摘要: 为了提高空间相机在力/热双重环境条件下的系统稳定性,同时能够实现系统的轻量化目标,在某型空间相机的研制过程中选用了具有高比刚度和热稳定性的高体份SiC/Al复合材料。采用整体式框架结构,将基于变密度法的连续体结构拓扑优化方法应用到相机框架结构的初始设计中,通过设定相应的约束条件和目标函数,进行迭代求解,得到了相机框架分别在X、Y、Z三个方向重力作用下的结构拓扑优化结果,结合工艺要求,最终确定了空间相机框架的设计方案。通过与对比方案比较发现,经过拓扑优化所得到的框架结构在结构刚度及轻量化率上都有明显提高,实现了空间相机框架高刚度、轻量化的设计目标。

English Abstract

参考文献 (45)

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