自由曲面反射镜支撑结构设计、仿真分析、光学加工及检测技术（文末有福利）

2月前浏览1713

光学系统是太空飞行器的重要组成部分，起到收集各种信息的作用。反射镜是反射式光学系统的关键部件。为了提高空间望远镜的分辨率，增大反射镜的口径是非常有效的途径，然而随着反射镜口径的增加，会引起一系列的技术难题，主要包括自重增加引起的变形的增大、太空大温差环境引起的反射镜变形的增加及自重的增加引起的发射成本的增大等。因此必须进行对反射镜镜片轻量化结构设计和支撑结构设计，从而保证空间环境条件下光学系统性能稳定。

自由曲面光学的设计与制造是先进光学工程领域的前沿代表性技术之一。自由曲面一般指轴向不平衡或没有旋转不变轴的复杂曲面。自由曲面光学元件不仅可以实现光学系统中仅靠传统的球面和对称非球面难以实现的功能，且所需元件数量少，从而使整个光学系统更小、更轻和更高效，满足了现代光学系统向高性能、轻量化和小型化发展的需求。

过去十多年，越来越多的现代光学系统采用自由曲面元件为核心部件，例如在航空航天、汽车、半导体、生物医疗、国防工业等领域，自由曲面光学元件有着广泛的应用前景。现代精密光学系统已步入了新的“自由曲面”时代。

超精密自由曲面加工技术：随着光学系统向更轻、更集成、更智能的方向发展，自由曲面光学器件面形变得越来越复杂。为了满足当前市场新产品开发的要求，对革新当前自由曲面光学元件的生产工艺链的需求日趋强烈。各类超精密加工和表面平滑技术是当前开发自由曲面光学器件最可靠的生产技术。如何确保加工精度的同时最大化加工效率，提升生产制造的自动化和智能水平，是目前国际上超精密加工装备和工艺技术研发人员所目前面临的共同挑战。

光学自由曲面表面检测：自由曲面由于面形复杂，采用何种表面测量方法，需要综合考虑待测自由曲面光学元件的表面曲率、纵深、表面结构特征、尺寸，以及对测量速度、测量精度的要求。测量结果的分析评定除了分析算法本身，亦要考虑测量环境的变化、仪器设备的误差、测量人员的操作等因素，进而避免不确定性因素对测量结果分析评定的影响。

如何实现自由曲面的快速测量与评定，提升测量仪器和技术的高精度、高效率和高通用性将是自由曲面检测领域未来发展的大趋势。这也将极大地提升整个自由曲面加工技术的精度，缩短产品研发的周期，推动自由曲面光学器件的大规模应用。

借此，为帮助我国国防军工系统单位跟踪和了解反射镜支撑结构设计、自由曲面光学加工及检测的最新前言技术动态，我们将于近期举办“反射镜支撑结构设计与分析技术研讨会”、“自由曲面光学加工及检测技术研讨会”，具体通知如下：

一、讲师简介：

关老师教授，博士生导师

主持和参与完成863重大专项1项、航天型号项目4项、中科院重大预研项目2项。获得省科技进步二等奖1项，市科技进步一等奖1项，省自然科学学术成果奖三等奖1项，获省第二批科研“春苗人才”及学术骨干等荣誉称号。发表学术论文70余篇，其中EI检索30余篇，申报发明专利11项，授权7项。

研究方向一：航天光学遥感器光机结构优化设计研究。一直从事航天光学遥感器的研制工作，在航天光学遥感器光机结构优化设计方面取得了一系列研究成果。参与研制我国遥感8号、天宫1号（ TG-1）、快舟1号（ KZ-1）、高分8号（ GF-8）等4个航天型号项目的研制。解决了TG-1大口径主镜、 GF-8大口径离轴非球面主镜的结构设计及支撑优化等一系列关键技术难题。

研究方向二：大型数控机床数字化设计与制造技术研究。针对大型数控机床研制的关键技术问题开展研究工作，长期与省数控装备制造企业开展联合技术攻关，研制出若干台大型数控装备，产品性能得到了用户的认可与好评。

李老师副研究员，天津大学精密仪器与光电子工程学院

长期从事光学自由曲面超精密制造基础理论与关键技术研究，在光学自由曲面超精密加工与测量领域形成独具特色的研究成果，发表SCI论文20余篇，获批专利10余项，国际会议报告7项，担任光学级制造领域多个国际顶尖期刊审稿人。获批博士后创新人才支持计划，担任第一届原子级制造论坛青年工作委员会委员，承担/参与完成国家及省部级项目数项，获天津市科技进步特等奖，第二届全国博士后创新创业大赛揭榜领题赛金奖，天津市海河英才创业大赛博士后创新组一等奖。

刘老师天津市ACSM制造与检测技术重点实验室副主任，天津大学精仪学院

主要从事光学自由曲面测量与评价、高性能制造、超精密制造等关键技术及应用开发研究。已发表SCI/EI期刊论文10余篇，最高影响因子达13。主持国家自然基金青年项目 1 项，中国博士后基金面上项目 1 项，天津市技术创新引导专项（基金）1 项，军工项目 1 项，企事业委托项目5 项，参与国家重点研发项目、国家自然科学基金项目 2 项，获得天津市科技进步特等奖，产学研创新成果二等奖和第二届全国博士后创新创业大赛金奖等，多次参加国际会议并作报告，是多个制造与测量领域顶尖期刊审稿人。相关成果应用于离轴多反系统、微透镜阵列、自由曲面反射镜、棱镜等关键器件的制造与测量。

二、主办单位：

北京佳远会议服务有限公司

三、会议对象：

1. 从事光学系统、光机结构、反射镜设计的各类有关的工程技术人员；

2. 从事光学加工及检测等领域的相关技术人员及学者。

四、会议时间：

2024年5月29-31日（29日全天报到）

五、会议地点：

北京

六、有关费用：

会议费及培训费4800元/人，含培训费及会议费、教材费、电子版资料、两日午餐。

请参会单位确定人员后及时将参会信息用微信发送到我处，我们将在会议前7日内发送《会议报到通知》。届时由(北京佳远会议服务有限公司)开具票据。

七、报名方式：

请参会单位确定人员后及时将参会信息拍照用微信发送到我处，我们将在会议前2日内告知《会议报到通知》。

八、日程安排：

1. 反射镜支撑结构设计与分析技术研讨会主题

2. 自由曲面光学加工及检测技术研讨会主题

九、发票开具及参会回执表：

来源：纵横CAE

葡萄脱落之谜：CAE仿真带你一探究竟

葡萄，色泽诱人，味道甜美，营养丰富，是大家都喜爱的水果之一。然而，葡萄在生长、成熟、采摘过程中，受到重力、风力、振动、挤压会脱落，产量和品质严重受损，给果农造成经济损失。满筐圆实骊珠滑，入口甘香冰玉寒。若使文园知此味，露华应不乞金盘。——元·郑允端《葡萄》今天，让我们借助CAE仿真技术，一起揭秘葡萄脱落机理。建立葡萄动力学模型，依次进行模态、谐响应和随机振动分析，预测葡萄浆果的动态响应特性，从而为提高葡萄产量和品质提供依据。葡萄的前六阶固有频率和振型1 建立几何模型如下图所示，利用Solidworks、UG等建模软件创建一串包含若干葡萄、藤枝和果梗的详细三维模型，然后将模型另存为中间格式（x_t，step等）。葡萄及其藤枝几何模型2 建立分析项目启动ANSYS Workbench，建立葡萄动力学分析流程。右击Geomrtry，进入DM界面导入几何模型，设置单位为mm，单击Generate显示几何体。葡萄谐响应分析流程3 定义材料属性双击Engineering Data，右击空白界面选择Engineering Data Sources，点击欲添加材料后面的“+”号，或者根据下方表格依次修改葡萄、藤枝和果梗所需材料属性。葡萄、藤枝和果梗的材质属性进入Mechanical界面，依次单击葡萄、藤枝和果梗的名称，然后在下方列表的Assignment中选择对应材料。不断修正材料参数值，从而不断校正葡萄模型。4 进行网格划分考虑到葡萄、藤枝、果梗形状不规则，采用自动网格划分，合理控制单元尺寸，并进行网格质量检查。具体参见前期文章：干货 | ANSYS Workbench网格质量评价。葡萄动力学分析有限元模型5 约束模态分析模态分析是研究葡萄动力特性的基础，主要探究其固有频率和振型。当外界激励频率与葡萄固有频率接近时，会发生振动幅值异常放大的共振现象，从而导致葡萄脱落。葡萄的前六阶固有频率和振型点击Analysis Settings修改模态数量，获取大于葡萄振动激励最大频率1.5倍的固有频率，保证所截取的模态有效质量分数≥90％。右击Modal，选择Solve求解计算。6 谐响应分析1) 单击模型树中的Harmonic Response，选择Analysis Settings，在下方面板的Options中依次设置频率范围、频率间隔、阻尼系数等相关参数。具体参见前期文章：干货 | ANSYS Workbench谐响应分析。葡萄谐响应分析相关参数设置2) 单击模型树中的Harmonic Response，选择Environment工具栏中的loads，添加Force，图形区选中葡萄藤枝的上端截面为力的作用区域，并在Definition中设置力的数值大小Magnitude、作用方向Define By等。3) 图形区框选葡萄、藤枝和果梗，右击Solution依次添加位移Deformation、加速度Acceleration、应力Stress等。右击Solution选择求解计算，查看葡萄不同频率处的位移响应云图、不同节点随频率变化曲线等。葡萄位移响应云图及节点随频率变化曲线藤枝下部分浆果相对稳定，而右上部浆果则更容易摆动和掉落，最容易掉落的区域集中在右上部，因此葡萄谐响应仿真模型可为葡萄机械化采收提供理论依据。7 随机响应分析随机响应分析可以评估葡萄在随机载荷激励下的振动响应特性。在随机响应分析前，首先进行模态分析，以确定频率范围、模态数量和振型信息，模态阶数根据实际选取。具体参见前期文章：Ansys Workbench随机响应分析。葡萄随机响应分析流程点击模型树中的Random Vibration ，选择Environment工具栏中的RS Base Excitation（基础激励响应分析），选择加速度功率谱密度PSD GAcceleration，来模拟葡萄所处的随机振动环境，下方表格中Tabular Data设置数据。葡萄各向随机响应最大应力分布云图通过CAE仿真分析，可以发现葡萄脱落主要与果梗的力学特性有关。果梗作为连接葡萄与藤枝的关键部位，其强度和韧性直接影响到葡萄的稳定性。当外界力学环境超过果梗的承受范围时，葡萄便会脱落。CAE仿真技术在果蔬采栽、甘蔗收割、农作物倒伏等农业种植领域应用广泛。关注我们，让我们一起探索农业科技发展，用科技力量助力农业生产。在此向扎根祖国大地，把论文写在祖国大地，为劳动人民做出贡献的科研人员致敬！声明：本文相关内容整理自网络，并不意味着支持其观点或证实其内容的真实性。如涉及版权等问题，请联系我们删除。参考文献：[1] Multidirectional Dynamic Response and Swing Shedding of Grapes: An Experimental and Simulation Investigation under Vibration Excitation.[2] Vibration analysis and experimental study of the effects of mechanised grape picking on the fruitestem system.来源：纵横CAE