基于NiTi合金丝的反射镜柔性支撑结构的应力补偿.pdf

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1、第2O卷第1O期光学精密工程V01．2ONO．102012年1O月OpticsandPrecisionEngineering0ct．2O12文章编号1004～924X(2012)10—2161-09基于NiTi合金丝的反射镜柔性支撑结构的应力补偿曹乃亮，徐宏，辛宏伟，袁野，李志来，杨会生(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033)摘要：针对大E1径反射镜柔性支撑结构中柔性槽根部的应力集中问题，提出将NiTi记忆合金丝复合于柔性槽周边的结构方案，借助其预应变产生的拉应力来降低柔性槽根部的应

2、力并保证支撑结构柔性。首先，建立了柔性槽根部的应力分布方程，得出了柔性槽危险截面位置。然后，建立了NiTi合金丝的一维本构方程，设计了桥型和u型两种复合方案，并对其进行了有限元分析。结果表明，采用U型复合的柔性支撑结构的应力改善明显优于桥型复合结构，且对结构柔性影响较小。以NiTi合金丝的拉力F为设计变量，以支撑结构的最大应力P及变形量为优化目标，对u型复合结构进行了参数优化设计。优化结果表明，在F为200N时有最优解，P由76MPa降到37．9MPa，由0．031mm微降到0．028mm，并且最大应力位置

3、偏离柔性槽根部危险区域。对所提出的u型复合方案进行了随机振动试验，试验结果表明，该应力补偿设计有效降低了柔性支撑结构的最大应力。关键词：大口径反射镜；柔性支撑；应力集中；记忆合金；应力补偿中图分类号：TH751；TH703文献标识码：Adoi：10．3788／OPE．20122010．2161StresscompensationofflexiblesupportingstructuresformirrorsusingNiTishapememoryalloyCAONai—liang，XUHong，XINHon

4、g—wei，YUANYe，LIZhi—lai，YANGHui—sheng(ChangchunInstituteofOptics，FineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences，Changchun130033，China)*C0r】s0gauthor，E-mail：caonailiang@hotmail．cornAbstract：Forthestressconcentrationregularlyoccuredintheflexiblesupportingst

5、ructuresforlarge—aperturemirrors，anewmethodthatcomposedtheNiTiShapeMemoryAlloy(SMA)aroundtheflexibleslotsofthesupportingstructureswasproposed，bywhichthetensilestresscausedbypre—strainoftheSMAcanreducethestressconcentrationgreatlywithoutdecreasingtheflexibi

6、lityofthestructure．Firstly，thestressdistributionequationfortheflexiblesupportingstructurewasestab一1ished，andthedangerouscross—sectionswereanalyzed．Then，theone-dimensiona1constitutiveequa—tionoftheNiTialloywireswasderived，andtwocompositionschemes，cross-type

7、layoutandU—typelayout，weredesignedaccordingly．ThefiniteelementanalysiswasappliedtothetWOschemes，andtheresultsshowthattheU——typecompositionissuperiortothecross，。typeoneinbothpeakstressandstructuralflexibility．AparameterizedoptimizationwasappliedtotheU—typel

8、ayoutbytakingtheten一收稿日期：2012—05—10；修订日期：2012—06—15．基金项目：国家863高技术研究发展计划资助项目(No．2009AA7020107)光学精密工程第2O卷sionFofNiTialloywiresasdesignvariableandthemaximumstresspandthedistortion8asoptimi—zationobectives．Theres