準(zhǔn)各向同性CFRP反射鏡非球面主動(dòng)成形的研究.pdf

1、增大空間望遠(yuǎn)鏡的口徑以增強(qiáng)望遠(yuǎn)鏡的分辨率可以為我們探知遠(yuǎn)處未知事物的真相，但是，隨著望遠(yuǎn)鏡口徑的增大，其重量急劇增加，大大提高了發(fā)射成本和制造成本。將碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料(CFRP)球面鏡運(yùn)用主動(dòng)光學(xué)原理進(jìn)行非球面成形的技術(shù)，不僅可以獲得大口徑超薄超輕鏡面材料，而且由于球面鏡制造較非球面鏡制造簡(jiǎn)單，可大大減少鏡面的制造成本；為此，本文研究了碳纖維增強(qiáng)聚合物材料的設(shè)計(jì)，并對(duì)碳纖維增強(qiáng)聚合物球面鏡實(shí)例進(jìn)行了非球面主動(dòng)成形計(jì)算和分析。

2、r>　　 在碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的設(shè)計(jì)方面，本文首先根據(jù)經(jīng)典層合板理論得到準(zhǔn)各向同性應(yīng)滿足的條件，確定單層組數(shù)最大的鋪層方式，并提出采用正則化剛度系數(shù)方法對(duì)鋪層順序進(jìn)行優(yōu)化。然后，針對(duì)M40/環(huán)氧648材料，通過優(yōu)化得到最佳鋪層順序。最后，利用有限元方法建立口徑500mm的殼體模型，分析模型上相同半徑上各節(jié)點(diǎn)在光軸方向的受力變形量。結(jié)果顯示：總層數(shù)為24層，鋪層順序?yàn)閇45/-15/-75/90/15/-45/-30/60/-60

3、/0/30/75]s的層合板其彎曲剛度的均勻性最佳。分析表明：采用正則化剛度系數(shù)優(yōu)化方法，可得到準(zhǔn)各向同性層合板鋪層順序的最優(yōu)化方案；當(dāng)總層數(shù)一定且單層組數(shù)最大時(shí)，增加定向單層數(shù)，將增加層合板彎曲剛度的均勻性。
　　 在碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料非球面反射鏡的主動(dòng)成形方面，首先根據(jù)反射鏡非球面主動(dòng)成形原理，介紹分析了最接近球面的選擇、自重變形下最少支撐點(diǎn)數(shù)以及鏡面變形和致動(dòng)器作用力關(guān)系；然后，針對(duì)口徑為500mm的CFRP球面反射

4、鏡（PV115lμm，RMS2918nm）進(jìn)行了非球面主動(dòng)成形計(jì)算和分析。結(jié)果表明：致動(dòng)器排布方式采用環(huán)形排布的反射鏡比三角形和正方形排布經(jīng)非球面成形后得到更小的面形誤差；當(dāng)致動(dòng)器個(gè)數(shù)為49個(gè)，采用環(huán)形排布經(jīng)主動(dòng)力校正后的面形誤差PV為1.6μm，RMS為259.79nm;當(dāng)致動(dòng)器個(gè)數(shù)增加到81個(gè)時(shí)，采用環(huán)形排布方式經(jīng)主動(dòng)力校正后的面形誤差PV為1.1μm，RMS為121.13nm(λ/5)，這說明增加致動(dòng)器的個(gè)數(shù)、減小致動(dòng)器之間的距離