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基于增材制造的空间反射镜拓扑优化设计

作者：刘多,江昱含,董得义,等. 日期：2022-09-22/span> 浏览：1505 查看PDF文档

基于增材制造的空间反射镜拓扑优化设计*

刘多1,江昱含1,董得义2,孙宝玉1,关英俊1*

(1.长春工业大学机电工程学院,吉林长春 130012;2.中国科学院

长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033)

摘要:传统的空间反射镜存在研制周期长、成本高的问题,为了缩短反射镜的研制周期并节约成本,将拓扑优化与增材制造技术相结合,以满足反射镜面形精度要求为前提,对高轻量化率的反射镜结构进行了拓扑优化设计与增材制造。首先,在确定反射镜材料和初始参数后,建立了反射镜的拓扑优化数学模型,并在拓扑优化中引入了可制造性约束,获得了满足面形精度要求的反射镜背部创新加强筋结构;然后,对反射镜模型进行了有限元分析,分析了缩比模型与原尺寸模型的等效性;最后,采用选区激光熔化技术,以AlSi10Mg铝合金粉末为材料,进行了反射镜缩比模型增材制造试验。研究结果表明:在自重载荷下,光轴竖直方向裸镜面形精度达到峰谷值164.3nm,均方根值27.6nm,优化后的反射镜质量为4.75kg,轻量化率达到了85%,实现了反射镜高轻量化率设计;采用增材制造技术后,获得了高度还原拓扑优化反射镜结构的效果,可为空间反射镜的高效研制提供参考。

关键词:大口径空间反射镜;面形精度;拓扑优化;数学模型;选区激光熔化技术;可制造约束

中图分类号:TH74;TP391.7文献标识码:A文章编号:1001-4551(2022)07-1010-07

本文引用格式:

刘多,江昱含,董得义,等.基于增材制造的空间反射镜拓扑优化设计［J］.机电工程,2022,39(7):1010-1016.

LIU Duo, JIANG Yu-han, DONG De-yi, et al. Topological optimization design of space mirror based on additive manufacturing［J］.Journal of Mechanical & Electrical Engineering, 2022,39(7):1010-1016.