广角契伦科夫望远镜镜筒有限元分析及结构优化

论文摘要

广角契伦科夫望远镜主要用来探测高能宇宙线能量谱。镜筒作为望远镜最主要的结构,其自身的稳定性直接影响光学组件的成像质量。本文基于望远镜镜筒的设计指标要求,对望远镜镜筒进行了有限元分析及结构优化。通过对镜筒结构及其搭载的子结构进行几何建模,合理的简化后,建立镜筒结构总体结构有限元模型和独立的PMT机箱支撑架、反射镜支撑架的有限元模型。(1)重力作为望远镜镜筒不可避免的影响载荷,对望远镜在镜筒在0~90°俯仰角度工况下,基于有限元理论对PMT机箱支撑架、反射镜支撑架、镜筒结构进行了有限元静力学分析,得到了上述结构的应力变形及分布情况,为结构动力学分析及结构优化提供了必要基础。(2)望远镜处于高原环境工作,动态风载作用于镜筒会引起镜筒结构组件变形,进而影响光学组件成像质量。对简化后的望远镜镜筒总体结构进行了模态分析,得到镜筒结构的共振频率和振型,以模态分析的响应结果和动态风载风压频谱作为输入,加载到有限元随机振动(PSD)模块,对望远镜镜筒结构进行了谐响应动力学分析。得到了镜筒结构在动态风载影响下的应力应变分布结果。(3)镜筒及其子结构经过有限元静力学、模态分析、动态风载频谱响应分析后,得到了镜筒结构的薄弱环节,针对这些薄弱环节,进行了结构优化设计,经过对新结构进行仿真分析,新结构满足设计要求。为广角契伦科夫望远镜在高原环境中稳定观测,提供了良好的仿真分析数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题背景
•   1.2 广角契伦科夫望远镜镜筒结构及研究意义
•   1.3 应用前景
•   1.4 国内外研究现状
•     1.4.1 国外契伦科夫望远镜应用研究现状
•     1.4.2 国内广角契伦科夫望远镜应用研究现状
•     1.4.3 望远镜的有限元分析现状
•   1.5 望远镜对于镜筒的指标要求
•   1.6 研究内容
•   1.7 本章小结
• 第2章 望远镜结构组成及有限元模型的建立
•   2.1 望远镜结构组成
•     2.1.1 镜筒系统
•     2.1.2 俯仰系统
•     2.1.3 开关门系统
•     2.1.4 通风系统
•     2.1.5 电控系统
•   2.2 望远镜镜筒结构细节介绍
•   2.3 镜筒结构有限元模型的建立
•     2.3.1 几何模型转换有限元模型的原则
•     2.3.2 镜筒几何模型转化为有限元模型过程
•   2.4 本章小结
• 第3章 望远镜镜筒结构有限元静力学分析
•   3.1 有限元分析的基本理论
•     3.1.1 有限元分析问题的基本解决步骤
•     3.1.2 结构有限元静力学分析简述
•     3.1.3 有限元静力分析强度准则
•   3.2 望远镜镜筒PMT机箱支撑架静力学分析
•     3.2.1 机箱支撑架有限元模型的建立
•     3.2.2 加载固定约束
•     3.2.3 加载等效载荷
•     3.2.4 仿真分析结果
•     3.2.5 结论
•   3.3 反射镜支撑架静力学分析
•     3.3.1 反射镜支撑架有限元模型的建立
•     3.3.2 加载固定约束
•     3.3.3 载荷施加过程
•     3.3.4 仿真计算结果
•     3.3.5 结论
•   3.4 望远镜镜筒静态风载有限元分析
•     3.4.1 风载的物理描述
•     3.4.2 施加镜筒固定约束与载荷
•     3.4.3 结果分析
•   3.5 本章小结
• 第4章 望远镜镜筒动力学分析
•   4.1 望远镜镜筒模态分析
•     4.1.1 模态分析机理
•     4.1.2 模态分析过程
•     4.1.3 模态分析结果
•   4.2 望远镜镜筒风载频谱响应分析
•     4.2.1 动态风载的处理方法
•     4.2.2 动态风载的功率谱密度函数
•     4.2.3 频谱响应分析过程
•     4.2.4 频谱响应分析结果
•   4.3 本章小结
• 第5章 望远镜镜筒结构优化设计
•   5.1 结构优化设计理论
•   5.2 PMT机箱支撑架结构介绍与模态分析
•   5.3 PMT机箱支撑架的结构优化与模态分析
•   5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 段志浩

导师: 蔡毅,肖刚

关键词: 望远镜,静力学分析,动力学分析,结构优化

来源: 北华航天工业学院

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 天文学,仪器仪表工业

单位: 北华航天工业学院

分类号: TH751

总页数: 69

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