新聞動態(tài)

News Center

光學系統(tǒng) | 使用Ansys Mechanical生成有限元分析結(jié)果(3)

發(fā)布日期:
2024-01-10

瀏覽次數(shù):


在航空航天行業(yè)中,立方體衛(wèi)星已成為一種適用于太空光學系統(tǒng)的低成本、易于制造的解決方案。本系列博客介紹了如何使用Ansys Zemax軟件將立方體衛(wèi)星從最初的光學設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈾C封裝,以便進行結(jié)構(gòu)-熱-光學性能(STOP)分析。


對于光機有效載荷,必須考慮其將在軌道上?受到的?應(yīng)力和熱影響。?利用Ansys Mechanical,用戶可以?通過有限元分析(FEA)來分析這些影響。?在FEA?階段之前,可使用Mechanical對光機模型進行網(wǎng)格劃分,并為分析定義邊界條件。完成FEA后,Mechanical中的“Export to STAR”擴展提供了一個簡化的流程,用于準備與Ansys OpticStudio STAR模塊一起使用的數(shù)據(jù)。


如?希望了解整個工作流程,可從本系列博客的第?一部分開始:使用Ansys Zemax開發(fā)立方體衛(wèi)星系統(tǒng)。

?

準備FEA設(shè)計

?

在本系列博客的第?二部分中,使用OpticsBuilder在PTC Creo中完成了光機設(shè)計。接下來,將完成的設(shè)計導出為STEP文件。在Mechanical中,打開STEP文件并為FEA做好準備。在本示例中,為設(shè)計定義了以下材料?選項:

  • 兩個反射鏡均由低熱膨脹系數(shù)(CTE)鋁基板制成(Al-MS40Si)2。

  • 主框架由碳纖維增強聚合物制成。

  • 計量桿由殷瓦合金制成。

  • 假定圖像傳感器由印刷電路板(PCB)層壓材料制成。



光學系統(tǒng) | 使用Ansys Mechanical生成有限元分析結(jié)果(3)

材料定義

?

將材料?選項?賦予模型后,對其進行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格由包含節(jié)點(表示幾何結(jié)構(gòu)形狀)的單元組成。對于網(wǎng)格,需要注意的是,兩個鏡面的單元尺寸已進行調(diào)整,使每個鏡面至少包含10,000個節(jié)點。將FEA數(shù)據(jù)?導入OpticStudio STAR模塊以供將來分析?時,大量節(jié)點可確保良好的擬合?精度。下圖顯示了用于光機模型的最終網(wǎng)格。


光學系統(tǒng) | 使用Ansys Mechanical生成有限元分析結(jié)果(3)

在Ansys Mechanical中定義的網(wǎng)格

?

定義邊界條件

?

在本示例中,考慮的唯一載荷是熱條件,該條件?會使所有組件根據(jù)其熱膨脹系數(shù)(CTE)進行膨脹。假定立方體衛(wèi)星的輻射控制系統(tǒng)將使光學元件免受溫度大幅波動的影響。選擇12°C、15°C和18°C的離散溫度來代表立方體衛(wèi)星在近地軌道(LEO)上的工作溫度范圍。


OpticStudio中的標稱設(shè)計假定是在21°C的室溫環(huán)境中構(gòu)建的,這是定義幾何結(jié)構(gòu)時的參考溫度。


Mechanical中實施的溫度如下所示:

光學系統(tǒng) | 使用Ansys Mechanical生成有限元分析結(jié)果(3)

?

FEA結(jié)果

?

在對光機械模型進行網(wǎng)格劃分并確定熱載荷后,在Mechanical中進行FEA。下圖展示了最低工作溫度(12°C)下的結(jié)構(gòu)變形影響。


光學系統(tǒng) | 使用Ansys Mechanical生成有限元分析結(jié)果(3)

結(jié)構(gòu)變形結(jié)果

?

由于此有效載荷由兩個反射鏡組成,因此只求解了結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)。如果將任何折射組件集成到系統(tǒng)中,則有必要求解整個光學系統(tǒng)的?受熱引起的折射率變化。結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)和?折射率數(shù)據(jù)都可以導出到OpticStudio STAR模塊,用于分析它們對系統(tǒng)級性能的影響。


完成FEA后,下一步是將兩個反射鏡的結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)導入OpticStudio STAR模塊。?利用Mechanical Export to STAR ACT擴展,?就可以輕松地將結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)導出為STAR使用的文本文件格式。


相關(guān)閱讀

光學系統(tǒng) | 借助Ansys Zemax從概念到立方體衛(wèi)星設(shè)計(1)

光學系統(tǒng) | 借助Ansys Zemax從概念到立方體衛(wèi)星光機械設(shè)計(2)

光學 | 最新Ansys Zemax助力高科技應(yīng)用創(chuàng)建高保真度設(shè)計

光學 | Ansys Speos新版本助力提升仿真精度和速度

Zemax 用于數(shù)字投影光學中均勻照明的蠅眼陣列


光學系統(tǒng) | 使用Ansys Mechanical生成有限元分析結(jié)果(3)


相關(guān)推薦

【Lumerical系列】無源器件-復(fù)用器件(3)丨模式(解)復(fù)用器
本期是Lumerical系列中無源器件專題-復(fù)用器件的第三期,涉及的器件...
Ansys 2024 R2-Ansys 光學與光子學仿真新功能介紹——Speos
1. 光學設(shè)計交換增強功能1.1 在2024 R1版本中引入的光學設(shè)計交...
Ansys 2024 R2-Ansys 光學與光子學仿真新功能介紹——Zemax
1. 離軸孔徑和RSI的公差操作數(shù)OpticStudio 將添加Zern...
Ansys 2024 R2-Ansys 光學與光子學仿真新功能介紹——Lumerical
Lumerical 新功能介紹1. CMOS圖像傳感光子逆向設(shè)計的改進1...