1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
为研究星载设备在复杂力学环境下的振动响应特性, 利用有限元分析软件对光谱仪光路切换组件进行仿真分析。首先根据星上载荷的力学环境试验条件, 通过谱形参数计算方法建立星上载荷输入谱密度激励曲线图。随后, 对光路切换组件进行模态分析和随机振动分析, 得到激励谱条件下组件的振动响应结果和最大等效应力。强度校核计算结果显示组件安全裕度为 1.57, 满足刚度和强度要求。最后, 对整机振动进行试验验证, 验证结果显示组件结构完好, 且光学性能比照试验结果显示振动前后, 三个通道的卤素灯图像的成像范围、光谱强度特性等基本一致, 光路切换组件无异常变化, 验证了仿真分析的可靠性。
光路切换组件 随机振动 谱密度响应 谱形参数 有限元法 optical path switching assembly random vibration spectral density response spectral shape parameters finite element method 大气与环境光学学报
2022, 17(3): 369
1 西北核技术研究所，西安 710024
2 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，西安 710024
为研究Marx发生器机芯在公路运输条件下的力学环境适应性，基于随机振动理论和有限元分析方法对Marx机芯进行了仿真分析和随机振动试验。首先，建立了八级模块化Marx机芯的有限元动力学仿真模型，模拟确定了机芯的应力集中点；然后，通过振动台运输振动摸底试验修正了有限元模型，对机芯结构进行了优化设计，使Marx机芯整体一阶频率由15.4 Hz提高到19.7 Hz，降低了整机垂向的动力学响应，提高了机芯的力学环境适应性。试验结果表明，Marx发生器结构设计需要重点考虑其在垂直方向的可靠性；振动过程中，机芯整体连接稳定，振动应力集中于机芯与U型支撑杆连接处、支撑杆与支撑板连接的角片处，以及开关连接件处，是结构设计的薄弱环节。
Marx发生器 随机振动 有限元分析 优化设计 Marx generator random vibration finite element analysis optimization design 强激光与粒子束
2022, 34(4): 045001
华中光电技术研究所 -武汉光电国家研究中心, 湖北武汉 430223
红外热像仪机械环境可靠性是其结构设计最为重要的指标之一。为保证红外热像仪能够经受服役的振动环境, 本文以某型红外热像仪故障闭环为契机开展失效机理及结构改进设计研究。基于动态试验结果对红外热像仪有限元模型进行修正。采用有限元数值方法和随机振动疲劳失效理论相结合对故障的产生机理进行了推测。根据分析结果重新对结构改进优化并通过疲劳失效理论和随机振动试验进行了验证。结果表明故障定位准确、提出的优化改进措施有效。本文的分析思路对单机传感器设计或故障定位、结构改进设计等具有一定参考意义。
红外热像仪 有限元方法 动态试验 随机振动 疲劳失效 infrared thermal imager, finite element method, dy
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
3 中国科学院 国防科技创新天基动态快速光学成像技术重点实验室，吉林长春100
为了减少振动对同轴两反空间相机的影响，研究了金属橡胶减振结构及同轴两反空间相机的随机振动响应。分析金属橡胶结构的力学模型，研制出串联金属橡胶减振结构，建立空间相机的有限元模型并进行模态分析和随机振动响应分析；最后，通过正弦扫频试验和随机振动试验验证有限元分析的准确性。试验结果表明，装配有金属橡胶减振器的同轴两反空间相机X，Y与Z三个方向的一阶固有频率均大于100 Hz，远离卫星的固有频率，不会与卫星发生共振，地面正弦扫频试验也不会发生共振。随机振动试验中同轴两反空间相机在X，Y与Z三个方向上的输入激励响应为4.98grms，而次镜在X，Y与Z三个方向上的振动响应分别为3.381grms，2.884grms和1.969grms，振动试验后系统没有出现明显像差。金属橡胶减振器对空间相机有显著的减振效果，可为同类型空间相机减振结构的设计提供参考。
空间相机 金属橡胶 减振 有限元分析 随机振动 space camera metal rubber vibration isolation finite element analysis random vibration 强激光与粒子束
2021, 33(8): 085001
为了补偿卫星平台随机振动引起的空间光-单模光纤耦合效率损失，对比分析了基于章动算法和随机并行梯度下降(SPGD)算法的参数选取对算法稳定性和收敛速度的影响，并在典型卫星振动谱条件下对2种算法的补偿效果进行了评估。仿真结果表明：章动算法补偿后的平均耦合效率为81.26%，均方根误差为7.2×10-4；SPGD算法补偿后的平均耦合效率为80.72%，均方根误差为1.9×10-3。相比于SPGD算法，在最优情况下章动算法的均方根误差降低了62.1%，其稳定性更好。
卫星激光通信 随机振动 光纤耦合 章动 随机并行梯度下降 satellite laser communication random vibration optical fiber coupling nutation stochastic parallel gradient descent
中国电子科技集团公司光电研究院, 天津 300308
反射镜在光学系统中占有很重要的地位。设计了一种轴式镜架正交的反射镜, 包含了一系列的结构几何对称要素, 其温升和耐振特性均满足使用要求。以三种常见材料作对比, 对反射镜结构的温度响应和振动响应进行了分析。采用有限元分析软件ANSYS Workbench, 得到了三种不同材料反射镜的温度场、热应力、模态、等效应力和应变情况。分析结果表明, 铸铁HT300的温度响应更小, 耐振性更好, 在光学系统的工程实践中有较大的应用空间。
反射镜 有限元 热力耦合 随机振动 reflector finite element thermo mechanical coupling random vibration
中国电子科技集团公司光电研究院, 天津 300308
将设备定频正弦加随机振动谱线等效转化成有限元分析软件可接收的边界条件, 以有限元模态分析结果为基础, 完成设备的等效随机振动分析, 得到设备在振动环境下的位移和应力响应, 利用安全系数法对设备结构强度进行校核。利用该方法进行设备振动仿真分析, 分析结果表明, 该设备强度满足使用要求。最后通过试验, 验证了该振动谱线等效转化方法的正确性。
混合振动谱线 等效转化 模态分析 随机振动分析 mixed vibration spectrum equivalent transformation modal analysis random vibration analysis
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
2 北京空间飞行器总体设计部, 北京 100094
设计并搭建了一台基于碳纳米管锁模的全保偏掺铒光纤激光器,输出功率为2.141 mW,重复频率为61.6924 MHz,光谱中心波长位于1563.94 nm处,半峰全宽为7.031 nm,研究了该激光器在振动方面的环境稳定性。将激光器置于振动台上,分别进行X、Y和Z方向符合卫星发射标准的加速度达到12g的鉴定级正弦振动实验和均方根加速度达到12.81grms的鉴定级随机振动实验。每次实验后测量激光器的锁模阈值、输出功率、锁模信号的信噪比、重复频率、中心波长以及谱宽。实验中发现振动后激光器仍然可以稳定锁模,光学性能也几乎没有发生变化。该研究为锁模光纤激光器的航天工程化提供了重要依据。
激光器 锁模激光器 保偏光纤 正弦振动 随机振动
强激光与粒子束
2020, 32(1): 011021
