叶径_hyperworks在空间相机结构设计中的应用

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1、Altair2013技术大会论文集HyperWorks在空间相机结构设计中的应用HyperworksApplicationonTheDesignofMechanicalStructureofSpaceCamera叶径胡斌成鹏飞（中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119）摘要：本文基于某空间相机SolidWorks三维模型，利用Altair公司的前处理软件HyperMesh建立有限元模型。有效的简化了原三维模型，采用以六面体为主的实体单元对镜头、焦面盒以及电路板支架进行网格划分，并运用OptiStruct对有限元模型进行静力分析和模态分析。在分析基础上，对初步的三维概念模型进行优化

2、设计，并和原有结果进行分析比较。结果表明，经过优化设计之后，模型的最大静力变形减小了42.4%，基频提高了12.1%，并成功解决了电路板组件的摆动问题，满足了应用要求。关键词：结构设计空间相机优化设计HyperMeshOptiStructAbstract:ThefiniteelementmodelisestablishedusingAltair'sHyperMeshsoftwarebasedontheSolidWorksmodelofaspacecamera.Theoriginalmodelhasbeensimplifiedsignificantly,inwhichthelens,the

3、focalplanebox,andthecircuitplatebracketaremeshedwithhexahedralsolidelements.Thestaticanalysisandmodalanalysishavebeenappliedtothefiniteelementmodel.Accordingtotheanalysisresult,thepreliminaryconceptualmodelhasbeenoptimized.Comparedwiththeoriginal,themaximumstaticdeformationhasbeenreducedby42.4per

4、cent,thefundamentalfrequencyby12.1%,andthecircuitboardassemblyswingproblemhasbeensolvedsuccessfully.Theresultsfulfilledtheapplicationrequirements.Keywords:StructureDesign,SpaceCamera,OptimalDesign,HyperMesh,OptiStruct1引言相机主体由镜头与焦面盒组成，其中镜头内有光学等敏感元件，而焦面盒组件集光、机、电、热于一体，为相机关键组件之一。在设计初期阶段，为了验证所设计结构的合理性

5、，需对其进行静[1]力学分析以及固有振动分析。本文在SolidWorks提供三维模型基础上，利用HyperMesh对装配体建立有限元模型，对其进行了静力分析和模态分析。验证了结构设计的合理性，并为后续空间力学环境试验提供参考。2空间相机结构某空间相机结构如图1所示，包括镜头、焦面盒以及电路板组件。整体外包络尺寸为191X110X143(mm)。-1-Altair2013技术大会论文集图1某空间相机结构图3有限元模型建立3.1几何清理此相机结构模型采用SolidWorks建立，采用HyperWorks对其进行有限元分析之前，需将原装配体格式转换为IGES格式，再导入至HyperMesh。原

6、模型含有很多细节特征，如倒圆、小孔，以及电路板上的很多小插件。如果要准确模拟这些特征，需要用到很多小单元，导致求解时间延长。而对于设计初始阶段，有限元分析只需要简化的几何模型，因此需要对这些细节信息进行简化，以便于网格划分和分析。此外，模型的一些几何信息在导入时可能会出错，如导入曲面数据时可能会[2]存在缝隙、重叠、边界错位等缺陷，导致单元质量不高，求解精度差。清理后的模型如图2所示。图2几何清理后的模型3.2网格划分由于该结构模型比较规则，尺寸不大，相机各部件均采用正六面体为主的实体单元建模。为了简化，镜头与焦面盒之间的联接采用重节点方式。镜头内部结构的变形不是我们关注重点，采用PMA

7、SS质点单元代替内部结构，并用RIGID单元使质点单元与镜头成为一个整体。有限元模型如图3，信息如表1。表1相机有限元模型节点信息零部件名称节点数单元数镜头70725139箱体125666882电路板支架57063027电路板70404218-2-Altair2013技术大会论文集镜头箱体侧视图电路板组件图3相机各零部件有限元模型3.3材料和属性相机结构中各零部件所用材料及属性如表2表2材料及属性列表3零部件材料名称弹性模量E（Pa