YNAO OpenIR  > 光纤阵列太阳光学望远镜研究组
一种结构优化的偏振片轮及其设计方法
李少英; 屈中权; 宋智明; 程向明; 梁昱; 钟悦
申请(专利权)人中国科学院云南天文台
专利号ZL201810334044.6
申请号CN201810334044.6
2018-04-14
申请日期2018-04-14
公开(公告)号CN108549772A
公开日期2018-09-18
IPC 分类号G06f17/50 ; G06n3/12
CPC分类号G06f17/5086 ; G06n3/126
授权国家中国
专利类型发明
专利状态公开
学科领域天文学
学科门类理学 ; 理学::天文学
产权排序1
摘要

本发明涉及一种结构优化的偏振片轮及其设计方法,属于光学仪器领域。该偏振片轮包括若干偏振片容纳单元,单个偏振片容纳单元包括柱形承载部,柱形承载部上设有通孔;若干偏振片容纳单元呈环形排列,偏振片容纳单元之间通过柱形承载部连接,若干偏振片容纳单元围绕轮心排布,单个偏振片容纳单元通过筋与轮心连接。本发明将拓扑优化和多目标遗传算法两种优化方法结合起来使用在偏振片轮上,可以得到更合理的结构设计,省材、轻量化并保证工作性能。

主权项

1.一种结构优化的偏振片轮,其特征在于:包括若干偏振片容纳单元,单个偏振片容纳单元包括柱形承载部,柱形承载部上设有通孔;若干偏振片容纳单元呈环形排列,偏振片容纳单元之间通过柱形承载部连接,若干偏振片容纳单元围绕轮心排布,单个偏振片容纳单元通过筋与轮心连接。

2.根据权利要求1所述的结构优化的偏振片轮,其特征在于:相邻两个偏振片容纳单元柱形承载部相交。

3.根据权利要求1所述的结构优化的偏振片轮,其特征在于:包括6个偏振片容纳单元,其中,第一个偏振片容纳单元与最后一个偏振片容纳单元之间不接触。

4.根据权利要求1-3所述的结构优化的偏振片轮,其特征在于:偏振片轮变形≤3.8x10-3um。

5.一种结构优化的偏振片轮的设计方法,其特征在于:包括如下步骤:

步骤(1)、初始形状设计

根据偏振片的形状、尺寸和偏振片轮的使用功能对偏振片轮进行初始设计,然后建立偏振片轮的三维模型。初始设计的偏振片轮包括轮体,设于轮体中部的轮心,沿轮体边缘均匀分布的若干带有通孔的偏振片承载部,其中一个通孔不设置偏振片承载部,偏振片轮变形≤3.8x10-3um;

步骤(2)、网格划分

将建立的三维模型导入有限元优化软件,进行形状优化,定义结构材料、弹性模量、泊松比和密度,然后进行网格划分,使得偏斜值小于9.5;

步骤(3)、重力变形和应力分析

偏振片轮在转动过程中所受重力变形和应力存在两种极端状态:A、重力垂直于偏振片轮平面;B、重力平行于偏振片轮平面;设定好偏振片轮两种极端状态的重力方向,得到偏振片轮两种极端状态下的载荷分布,然后,对于两种极端状态,分别进行变形和应变分析,即可得到偏振片轮两种极端状态下的变形和应力布结果;

步骤(4)、拓扑优化

对偏振片轮结构进行优化,设定偏振片轮的重量减少量;根据步骤(3)中的偏振片轮两种极端状态下的结构分布、变形和应力分析情况,决定是否除去不必要的部分;

步骤(5)、重复步骤(3)和步骤(4)直到得到满意的结构

设定重力垂直于偏振轮平面或平行于偏振轮平面两种极端受力状态,轮心固定,进行静态受力分析;根据变形结果,对偏振片轮重量和结构布局进行适当的简化,此步骤反复进行,最终得到此优化方法下最轻的结构;

步骤(6)、多目标遗传算法优化

包括如下步骤:

步骤A、对步骤(5)拓扑优化后的偏振片轮可变尺寸进行设定;

步骤B、将参数化了的偏振片轮进行形状优化,设定输入参数、目标函数和边界条件;

步骤C、进行多目标遗传算法优化。

6.根据权利要求5所述的结构优化的偏振片轮的设计方法,其特征在于:所述可变的尺寸为镜室壁厚、轮子筋宽和轮毂厚度。

语种中文
专利代理人陈左
代理机构昆明正原专利商标代理有限公司 53100
文献类型专利
条目标识符http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/18285
专题光纤阵列太阳光学望远镜研究组
作者单位云南省昆明市官渡区羊方旺396号
推荐引用方式
GB/T 7714
李少英,屈中权,宋智明,等. 一种结构优化的偏振片轮及其设计方法. ZL201810334044.6[P]. 2018-04-14.
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