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鍵設備。低溫轉(zhuǎn)臺與常溫轉(zhuǎn)臺相比,在設計方法、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力。單獨的靜力學分析已不能滿足要求,應該考慮冷艙環(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)臺設計方案,

2、包括整體結(jié)構(gòu)方案、材料選擇和低溫設計方法;闡述了轉(zhuǎn)臺關鍵元件在低溫環(huán)境下的性能特點、選擇原則、設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、熱應力及其分布,繪制了轉(zhuǎn)臺的最大變形曲線和最大應力曲線,分析了初始工作時刻的變形分布圖和應力分布圖及變形與轉(zhuǎn)臺精度之間的關系,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、熱變形和熱應力等,通過對比分析,闡述了增大發(fā)