基于ZEMAX的连续变倍扩束系统设计（上篇）

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上篇

本文是基于基于ZEMAX的连续变倍扩束系统设计上篇内容，旨在设计一个12×倍扩束系统，下篇内容将更新连续变焦的设计，敬请期待。

连续变倍扩束系统的设计指标如下

1	8×~16×连续变倍扩束
2	整个镜筒的长度为300mm
3	入射口径2mm
4	波长1053nm

1.前组设计

为保证可以实现8×~16×连续变倍取中间值，先做一个长240mm，放大率12×的定焦扩束镜组，入射的激光光束的直径为 ,12倍扩束之后的直径。为了处理方便，采用单片平凹透镜和双胶合正透镜构成，需要满足：

则，

前组凹面的半径，本次的设计采用的结构是平凹透镜的凹面朝向入射的平行光束，选用BK7玻璃，在在Merit Function Editor中让透镜的焦距为-18.46。因为玻璃的选择不在1053nm波长的色散范围之内所以采用模型替代的方法实现，详细的设置如图1所示：

▲ 图1 前组的镜头编辑器和评价函数编辑器设置

2.后组设计

后组的初始结构为双胶合物镜，焦距，光圈数光圈数接近10，选用双胶合物镜[DB-7]，并将焦距缩放到258.46，镜头参数如图2所示。

▲图2 焦距缩放及翻转后的后组镜头参数

3.前后组组合

组合后的参数如图3，设置评价函数开始优化。

▲ 图3 组合后的前后组的镜头参数

4.12×优化后结构如图镜头数据如图4所示，优化后的点列图如图5所示

▲ 图4 12×优化后的镜头数据

▲ 图5 12×优化后的点列图及相关数据

因篇幅原因将在下篇中更新多组态，完成设计8×~16×的连续变焦，评价函数被省略了，需要评价函数的小伙伴请私信。

来源：旋算仿真工作室

基于Abaqus的铸造冷却后缸套残余应力仿真

铸铁缸套一般为压铸在发动机缸体中，即在缸体铸造前，先将缸套固定在模具的指定位置，然后向沙芯注入高温铝液，冷却后即成缸套、缸体的一体结构，如图1。由于铝和铸铁的热膨胀系数不一样（铝：2.1E-005@20℃，2.21 E-005/m℃@250℃；铸铁：1.062E-005@20℃，1.206E-005@200℃），在浇铸冷却至常温后，铝的收缩量大于铸铁，所以二者接触部分会产生残余预紧力。图1该残余预紧力可以通过有限元仿真进行简化模拟，铝合金与铸铁的材料属性参考表1。表1 材料属性建模时，将缸体、缸套切分，如图2。图2在二者的交界面设置接触属性，摩擦系数设置为1，如图3。图3 通过预定义场的方式，赋予整个模型以初始的铸造成型温度（200℃）以及冷却至室温（22℃），如图4。图4按对分析部位最小影响的方式，选定约束位置，约束不同自由度，如图5。图5计算后，可得缸套、缸体嵌套后，因为材料不同，由高温冷却至低温状态，各自存在的残余应力，如图6。图6 旋算仿真工作室，致力于打造科研与工程领域的仿真技术服务平台。欢迎有仿真需求的客户前来咨询，同时诚招仿真工程师，一起打造易用、专业的仿真服务平台。【兼职工程师】备注信息：姓名+研究方向+擅长的软件【客户咨询】备注信息：仿真咨询来源：旋算仿真工作室