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太空望远镜|大口径反射镜自由模态分析

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自诞生以来,太空望远镜一直是天文学研究的重要工具,它们能够提供比地面望远镜更为精确的天文观测数据。随着科学技术的不断发展,太空望远镜不仅推动了天文学的发展,也成为了连接科学与公众视野的桥梁。

迄今最先进望远镜:詹姆斯.韦布太空望远镜

模态分析是研究结构动力特性的一种常用方法,通过数值计算分析结构振动时的固有频率和模态振型。大口径反射镜模态分析是研制太空望远镜的关键核心技术,用于评价反射镜轻量化结构在动态载荷下的振动特性。

太空望远镜有限元分析模型

大口径反射镜需具有较好的动力学性能和面形稳定性,其基频需高于卫星平台的振动频率,避免低频共振区耦合振动。本文以Ansys Workbench为仿真分析工具,详细讲解太空望远镜大口径反射镜模态分析流程。

大口径反射镜的固有频率和振型模态云图

1 大口径反射镜模态分析主要目的

1) 避免共振:通过模态分析可以确定反射镜的固有频率,从而避免在工作过程中与外部激励频率相近,出现共振现象。

2) 结构优化:通过模态分析可以了解反射镜的振动特性,有助于优化设计反射镜轻量化结构,提高它的刚度和稳定性。

3) 提高性能:通过模态分析可以指导反射镜的装校和调试过程,确保其在工作状态下保持良好的面形精度和光学性能。

2 大口径反射镜模态分析具体流程

启动Ansys Workbench,添加Analysis Systems中的Modal。模型构建、材料定义、网格划分、分析设置等具体步骤
Ansys Workbench模态分析项目流程图

大口径反射镜的三角形轻量化结构

大口径反射镜有限元网格划分

模态阶数设置

分析反射镜自身固有振动特性,不设置约束边界条件。进行Analysis Settings设置后,右击Modal,点击Solve,求解模型。单击Solution,查看反射镜前12阶固有频率。其中,前6阶固有频率为0或很小的小数,称为反射镜刚体模态。

大口径反射镜前12阶固有频率

添加6个变形(total),分别设置Mode为7~12阶,选择Equivalent All Results。单击Total Deformation,查看模态云图。反射镜的振型分布合理,没有出现明显的局部振动现象,表明该反射镜具有较好的动力学性能和稳定性。

大口径反射镜7~12阶模态振型

3 大口径反射镜模态分析注意事项

1) 建模精度:有限元模型精度直接影响模态分析结果的准确性。因此,在建模过程中需要充分考虑反射镜的几何形状、材料属性、边界条件等因素。

2) 边界条件:边界条件的设置对反射镜模态分析结果具有重要影响。在实际应用中,需要根据反射镜的安装方式和工作环境条件合理设置边界条件。

3) 激励方式:在实验模态分析中,激励方式的选择和激励信号的施加方式都会影响测量结果的准确性。因此,需要选择合适的激励方式和施加方式。

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来源:纵横CAE
WorkbenchSystemDeform振动光学材料ANSYS
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-09-01
最近编辑:2月前
纵横CAE
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