摘要光学仪器有时需要工作于低温真空环境中，因此，该环境下大镜支撑机构的形变研究具有重要的科学意义和应用价值。本文主要利用有限元分析软件ANSYS来仿真100K低温真空环境下大镜支撑机构的变形。78773

本文选取了5052铝合金和16Mn钢两种低温常用材料，作为大镜支撑机构材料。建立了这两种材料的简单平板模型，用ANSYS仿真其低温形变，对比发现，16Mn钢平板的形变更小，更适用于工作在100K低温环境下。在此基础上，选取16Mn钢，建立圆形镜框模型，镜框口径分别为100 mm和1000 mm，用ANSYS仿真得出，在100K低温环境下，100 mm口径圆形镜框的变形在0。01mm量级，1000 mm口径圆形镜框的变形在0。1m m量级；建立600 mm口径吊带机构模型，用ANSYS仿真得出其在100K低温真空环境下的变形在0。1mm量级。

毕业论文关键词  16Mn钢   大镜结构   低温   有限元分析

毕业设计说明书外文摘要

Title  Computational simulation of large-aperture mirror support mechanism deformation in low temperature                               

Abstract Now optical instruments are sometimes used in cryogenic and vacuum environment，therefore，the study of the deformation of the large-aperture mirror support mechanism has important scientific significance and application value 。In this paper，we emulate the deformation of large-aperture mirror support mechanism in the cryogenic and vacuum environment by using ANSYS which is a finite element analysis software。

Emulated two plate models in the cryogenic and vacuum environment to select a suitable material for low temperature environment，one plate is made of 5052 aluminum alloy and the other is made of 16Mn steel，because theses two materials are usually used in optical instruments。Find that 16Mn steel is more suitable for low temperature。Based on this,build two circular frame models whose shapes are similar but with the aperture of 100mm and 1000mm respectively, then emulate the two modals in the cryogenic and vacuum environment by using ANSYS to compare the results，at the same time we find the deformation order of the circular frame model with the aperture of 1000mm is 0。1mm。As well,build a sling structure modal with the aperture of 600mm，then emulate the modal in the cryogenic and vacuum environment by using ANSY to achieve it,s deformation results ,we find the deformation order is 0。1mm。

Keywords  16Mn steel   mirror frame   low temperature  finite element analysis 

目   次

1引言1

1。1 课题背景以及研究的目的和意义 1

1。2 国内外相关研究现状 1

1。3 本文主要研究内容和研究方法 4

2  5052铝合金和16Mn钢材料力学性能的对比 5

2。1 5052铝合金材料的研究 5

2。2 16Mn钢材料的研究 9

2。3 本章小结13

3  16Mn钢材料圆形镜框的有限元分析 14

3。1圆形镜框的选取 14

3。2 100mm口径圆形镜框在低温真空环境下的变形分析 14

3。3 1000mm口径圆形镜框在低温真空环境下的变形分析19

3。4本章小结 23

4  16Mn钢材料吊带模型的有限元分析 24

4。1吊带结构的选取 24

4。2 600mm口径U型吊带在低温真空环境下的变形分析 24

4。3 600 mm口径U型吊带加载荷在低温真空环境下的变形分析29

4。4本章小结 31

结论32

致谢33

参考文献34

1  引言

1。1 课题背景以及研究的目的和意义

随着近现代工业的发展，人类的活动范围越来越广泛，已经扩展到一些极寒冷区域，包括地球上的寒冷地带或者太空，由于处于低温环境中,大量野外作业机械装备和工程结构常常会发生材料变形事故，严重的甚至会发生低温脆性断裂事故。对于光学仪器来说，在这些极端环境中，光学系统支撑材料的力学性能也会随着环境温度的变化而发生改变，因此，在不同环境温度下运行的仪器设备必须要考虑材料和机构的适应性。低温是金属材料常常需要面临的极端环境条件[1]，完全在低温环境下工作的光学仪器的支撑机构将会发生热胀冷缩效应，轻者支撑机构产生形变影响光学仪器的正常使用，严重的情况下金属将会脆化从而发生断裂。这些情况都对光学仪器的使用十分不利。