低溫環(huán)境下二軸精密轉(zhuǎn)臺多物理場耦合仿真分析.pdf

1、低溫二軸轉(zhuǎn)臺是在冷艙中工作的精密位置控制設(shè)備,是完成紅外探測器等空間光學元件的地面測試與校核實驗的關(guān)鍵設(shè)備。低溫轉(zhuǎn)臺與常溫轉(zhuǎn)臺相比,在設(shè)計方法、零件選擇和處理工藝等方面存在很大不同,而且,冷卻過程伴隨的溫度下降和溫度場不均勻會在轉(zhuǎn)臺內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱變形和熱應(yīng)力。單獨的靜力學分析已不能滿足要求,應(yīng)該考慮冷艙環(huán)境對轉(zhuǎn)臺的熱影響。因此,本文采用了有限元方法對低溫轉(zhuǎn)臺進行了多物理場耦合熱-結(jié)構(gòu)分析。
　　首先,本文建立了低溫轉(zhuǎn)臺設(shè)計方案,

2、包括整體結(jié)構(gòu)方案、材料選擇和低溫設(shè)計方法;闡述了轉(zhuǎn)臺關(guān)鍵元件在低溫環(huán)境下的性能特點、選擇原則、設(shè)計或工藝處理方法等;分析了轉(zhuǎn)臺所處的熱環(huán)境及與其相關(guān)的傳熱路徑。
　　然后,本文建立了低溫二軸轉(zhuǎn)臺仿真模型,通過模擬法施加“面對面”輻射熱載荷,得到了轉(zhuǎn)臺的溫度變化曲線和溫差變化曲線,并確定了轉(zhuǎn)臺滿足工作條件的最早時間;分析了轉(zhuǎn)臺在最大溫差時刻、初始工作時刻和仿真末時的溫度場,對其中的變化進行了解釋。
　　其次,將冷卻過程各個時刻

3、的熱分析結(jié)果導入熱-結(jié)構(gòu)耦合分析中作為初始條件,得到了轉(zhuǎn)臺在各個時刻的熱變形、熱應(yīng)力及其分布,繪制了轉(zhuǎn)臺的最大變形曲線和最大應(yīng)力曲線,分析了初始工作時刻的變形分布圖和應(yīng)力分布圖及變形與轉(zhuǎn)臺精度之間的關(guān)系,并對轉(zhuǎn)臺的疲勞強度進行了校核。
　　最后,建立了高發(fā)射率轉(zhuǎn)臺和低發(fā)射率轉(zhuǎn)臺兩個對比模型,對兩個模型在冷卻過程的各項指標進行了對比分析,包括最高溫度、最低溫度、溫差、初始工作時刻、溫度場、熱變形和熱應(yīng)力等,通過對比分析,闡述了增大發(fā)