TMT三镜镜室组件柔性结构设计与屈曲分析

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

TMT三镜镜室组件柔性结构设计与屈曲分析

郭鹏, 张景旭, 杨飞, 赵宏超, 王富国

文章导航 > 红外与激光工程 > 2015 > 44(12): 3650-3655

郭鹏, 张景旭, 杨飞, 赵宏超, 王富国. TMT三镜镜室组件柔性结构设计与屈曲分析[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3650-3655.

引用本文:

郭鹏, 张景旭, 杨飞, 赵宏超, 王富国. TMT三镜镜室组件柔性结构设计与屈曲分析[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3650-3655.

Guo Peng, Zhang Jingxu, Yang Fei, Zhao Hongchao, Wang Fuguo. Design and buckling analysis of TMT tertiary mirror cell assembly flexure structure[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(12): 3650-3655.

Citation:

Guo Peng, Zhang Jingxu, Yang Fei, Zhao Hongchao, Wang Fuguo. Design and buckling analysis of TMT tertiary mirror cell assembly flexure structure[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(12): 3650-3655.

TMT三镜镜室组件柔性结构设计与屈曲分析

1.
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033;
2.
中国科学院大学,北京 100049

基金项目:

国家自然科学基金(11403022)

作者简介:
郭鹏(1989-),男,硕士生,主要从事大口径望远镜支撑结构方面的研究工作。Email:guopengmse@gmail.com

中图分类号: TH751

Design and buckling analysis of TMT tertiary mirror cell assembly flexure structure

1.
Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;
2.
University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

摘要: 30 m望远镜三镜为长轴3.594 m,短轴2.536 m的椭圆形微晶玻璃反射镜。其支撑结构采用了多种柔性结构,以释放非支撑方向的自由度。使得轴向支承和侧向支撑能够相互解耦,并减小支撑结构与镜子材料的热胀系数不匹配带来的热应力。柔性件柔度越高,在望远镜观测条件的扰动下镜面面形越好。但过高的柔度会降低柔性件的屈曲临界载荷,导致结构发生屈曲失效。为此需要计算出望远镜观测过程中柔性结构所承受的最大压力载荷,计算相应的屈曲安全系数SFBuckling。对比了典型结构非线性屈曲分析和特征值屈曲分析的区别,不断迭代设计和分析,柔性元件的SFBuckling和柔度取得了一个较好的平衡点,热扰动下的面形也达到了设计要求。
- TMT /
- 柔性结构 /
- 屈曲分析 /
- 热扰动
Abstract: Thirty Meter Telescope's tertiary mirror is an elliptical ceramic glass reflector whose major axis is 3.594 m and minor axis is 2.536 m. Flexure structure was widely used in the mirror's support structure to release all the other degree of freedom except those along the support direction. The design decoupled the axial and lateral support and reduce the thermal stress due to the material mismatch. The higher compliance would benefit the telescope's mirror surface under distortion, but the buckling criteria load would decrease correspondingly, either. So the limit load of each flexure structure should be calculated as the design input. And the buckling safety factor SFBuckling was analyzed for each part under the limit loads. Eigenvalue buckling analysisand nonlinear buckling analysis were both taken and compared. Based on the analysis results, the design were optimized iteratively to achieve balanced values of compliance for all the flexure. The mirror surface error under thermal distortion met the design requirements.
- TMT /
- flexure structure /
- buckling analysis /
- thermal distortion

[1]	Wang Fuguo, Yang Fei, Zhao Hongchao, et al. Progress in TMT M3 system[J]. Chinese Optics, 2013, 10(6): 643-651. (in Chinese) 王富国, 杨飞, 赵宏超, 等. TMT望远镜三镜系统的研究进展[J]. 中国光学, 2013, 10(6): 643-651.
[2]
[3]
[4]	Williams E C, Baffes C, Mast T, et al. Advancement of the segment support system for the Thirty Meter Telescope primary mirror[C]//Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering, 2008, 7018(7018):701810-701810-16.
[5]	Cheng Jingquan. Principle and design of astronomical telescope[M]. Beijing: Science and Technology of China Press, 2002.
[6]
[7]	Qi Guang, Xu Yanjun, Liu Bingqiang. Lightweight structure design for SiC/Al supporting plate of space mirror[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(7): 2214-2218. (in Chinese) 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[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2214-2218.
[8]
[9]
[10]	Zhou Ziyun, Gao Yunguo, Shao Shuai, et al. Design of fast steering mirror using flexible hinge[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(6): 1547-1554. (in Chinese) 周子云, 高云国, 邵帅, 等. 采用柔性铰链的快速反射镜设计[J]. 光学精密工程, 2014, 22(6): 1547-1554.
[11]
[12]	Chen Hongda, Chen Yonghe, Shi Tingting, et al. Lightweight and mounting design for primary mirror in space camera[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(2): 535-540. (in Chinese) 陈洪达, 陈永和, 史婷婷, 等. 空间反射镜的轻量化及支撑设计研究[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(2): 535-540.
[13]
[14]	Wu Xiaoxia, Li Jianfeng, Song Shumei, et al. Active support system for 4mSiC lightweight primary mirror[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(9): 2451-2457. (in Chinese) 吴小霞, 李剑锋, 宋淑梅, 等. 4mSiC轻量化主镜的主动支撑系统[J]. 光学精密工程, 2014, 22(9): 2451-2457.
[15]
[16]	Su Yanqin, Zhang Jingxu, Wang Fuguo, et al. Seismic analysis of TMT M3 cell assembly based on spectral response[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(4): 996-1003. (in Chinese) 苏燕芹, 张景旭, 王富国, 等. 基于谱分析的30 m望远镜三镜支撑结构地震分析[J]. 光学精密工程, 2014, 22(4): 996-1003.
[17]
[18]	Corredor A, Park W H, Cho M, et al. Optomechanical analysis and testing of a fast steering secondary mirror prototype for the Giant Magellan Telescope[C]//SPIE, 2013, 8836(21):10660-10667.
[19]	Wang Fuguo, An Qichang. Evaluation of mirror surface figures for TMT based on SlopeRms[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(5): 1171-1175. (in Chinese) 王富国, 安其昌. 30 m望远镜三镜镜面面形误差的斜率均方根评价[J]. 光学精密工程, 2014, 22(5): 1171-1175.

[1]	王晓迪, 曹玉岩, 王富国, 初宏亮, 李延伟. 大口径透镜混合柔性支撑结构优化设计 . 红外与激光工程, 2022, 51(6): 20210670-1-20210670-11. doi: 10.3788/IRLA20210670
[2]	孙权, 莫德锋, 刘大福, 龚海梅. 采用CFD方法对液氮冷却结构进行流体和热分析 . 红外与激光工程, 2022, 51(10): 20220085-1-20220085-9. doi: 10.3788/IRLA20220085
[3]	王孝坤, 戚二辉, 胡海翔, 苏航, 李凌众, 王晶, 罗霄, 张学军. 超大口径平面反射镜的光学检测（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(1): 20210953-1-20210953-7. doi: 10.3788/IRLA20210953
[4]	艾志伟, 嵇建波, 王鹏举, 李静, 周皓阳. 两轴柔性支承快速反射镜结构控制一体化设计 . 红外与激光工程, 2020, 49(7): 20190479-1-20190479-8. doi: 10.3788/IRLA20190479
[5]	汪奎, 辛宏伟, 曹乃亮, 石震. 空间相机快速反射镜的两轴柔性支撑结构设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(12): 1214005-1214005(8). doi: 10.3788/IRLA201948.1214005
[6]	安其昌, 张景旭, 杨飞, 赵宏超. TMT三镜动力学模型辨识与标校 . 红外与激光工程, 2016, 45(5): 517003-0517003(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0517003
[7]	安其昌, 张景旭, 杨飞. 基于加速度信号的TMT三镜镜面jitter测量 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 2970-2974.
[8]	安其昌, 张景旭, 杨飞, 张科欣. 基于结构函数的子孔径拼接算法研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(3): 929-933.
[9]	安其昌, 张景旭, 杨飞, 乔兵. 基于斜率的TMT 三镜面形检测方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1884-1889.
[10]	赵宏超, 张景旭, 杨飞. TMT 三镜系统tilt 轴轴承方案研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 122-126.
[11]	张明月, 杨洪波. 基于大位移柔性结构的动镜支撑机构设计及研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2595-2601.
[12]	赵宏超, 张景旭, 张丽敏, 张彬. TMT三镜面形评价过程 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3983-3987.
[13]	汪宝旭, 朱明智, 陈晓娟, 王美聪, 吴文凯. 三自由度柔性镜框结构力学性能分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3998-4005.
[14]	李海星, 丁亚林, 史磊, 宋玉龙. 两轴正交圆切口单轴柔性铰反射镜支撑结构 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1765-1769.
[15]	于树海, 王建立, 董磊, 刘欣悦. 大气高阶扰动对傅里叶望远镜成像的影响分析 . 红外与激光工程, 2013, 42(6): 1582-1587.
[16]	刘齐民, 阮萍, 李福, 潘海俊. 空间光谱仪光栅柔性支撑设计与分析 . 红外与激光工程, 2013, 42(9): 2457-2461.
[17]	苏燕芹, 张景旭, 陈宝刚, 杨飞, 赵宏超. TMT三镜系统Rotator组件轴承设 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3289-3294.
[18]	安其昌, 张景旭, 孙敬伟. 基于极大似然估计的TMT三镜轴系装调 . 红外与激光工程, 2013, 42(11): 3002-3007.
[19]	王富国, 杨飞, 张景旭. TMT三镜被动支撑系统的概念设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(5): 1269-1274.
[20]	柳华, 刘伟奇, 冯睿, 魏忠伦, 张健. 新型全柔性动镜机构的设计与分析 . 红外与激光工程, 2012, 41(1): 184-189.

WeChat

点击查看大图

计量

文章访问数: 372
HTML全文浏览量: 38
PDF下载量: 202
被引次数: 0

TMT三镜镜室组件柔性结构设计与屈曲分析

1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033;

2. 中国科学院大学,北京 100049

作者简介:
郭鹏(1989-),男,硕士生,主要从事大口径望远镜支撑结构方面的研究工作。Email:guopengmse@gmail.com

收稿日期: 2015-04-05
修回日期: 2015-05-10
刊出日期: 2015-12-25

基金项目:

国家自然科学基金(11403022)

中图分类号: TH751

关键词:

TMT /
柔性结构 /
屈曲分析 /
热扰动

摘要: 30 m望远镜三镜为长轴3.594 m,短轴2.536 m的椭圆形微晶玻璃反射镜。其支撑结构采用了多种柔性结构,以释放非支撑方向的自由度。使得轴向支承和侧向支撑能够相互解耦,并减小支撑结构与镜子材料的热胀系数不匹配带来的热应力。柔性件柔度越高,在望远镜观测条件的扰动下镜面面形越好。但过高的柔度会降低柔性件的屈曲临界载荷,导致结构发生屈曲失效。为此需要计算出望远镜观测过程中柔性结构所承受的最大压力载荷,计算相应的屈曲安全系数SFBuckling。对比了典型结构非线性屈曲分析和特征值屈曲分析的区别,不断迭代设计和分析,柔性元件的SFBuckling和柔度取得了一个较好的平衡点,热扰动下的面形也达到了设计要求。

English Abstract

全文HTML

参考文献 (19)

/

下载: 全尺寸图片幻灯片

分享

用微信扫码二维码

分享至好友和朋友圈

返回