其次，随着空间用的光学系统镜片口径的增大，光学系统的自重将会急剧增加，由自重变化和温度载荷引起的应力和变形也将迅速增大，这将严重影响光学系统的成像质量。光学技术制造、安装的精度和公差比其他一般技术领域都要高,如果普通车工必须保证十分之几或百分之几毫米的精度,那么光学设计人员在生产中必须保证镜架变形的公差仅仅为十分之几微米，甚至要达到百分之几微米[2],这是由于光学公差是和光的波动本质相联系的。所以必须设计出合理的大镜支撑方式和结构，并对其进行详细设计，以使其镜面变形符合精度要求。

光学仪器的精密程度对成像质量有着十分重要的作用。航天载荷中的大口径光学仪器大都需要工作在真空低温环境下，例如100 k，10-3 pa的环境，所以我们需要考虑大镜支撑机构中的机械结构材料在低温真空环境中的热胀冷缩效应。支撑材料（铝合金、钢、铸铝等）在热胀冷缩的作用下必然会产生一定范围内的形变，这种形变将会使得支撑材料与镜子之间产生挤压或收缩的作用，对成像造成影响，导致畸变、像散等像差。论文网

为了研究这种热胀冷缩效应，避免此类像差的产生，本课题将对比支撑大镜的机械结构的选材、结构形式等方面，研究不同支撑材料与不同支撑机构的热胀冷缩状态，提出安全有效的措施隔离镜面收缩与支撑结构收缩之间的相互干扰与挤压。本课题将利用现有的工具分析软件，仿真分析这一工程技术问题，保证多数大镜支撑机构在低温真空环境下的安全使用。

1。2 国内外相关研究现状

低温下大镜支撑机构变形仿真的研究主要涉及两个方面：一个是研究不同的支撑机构常用材料在真空低温环境中的力学性能，另一个是研究不同支撑方式下同一材料在相同环境中的变形。针对这两个方面，国内外学者做了很多研究以找到最适合在低温真空环境中使用的支撑材料和支撑结构，实现大口径光学镜子在低温真空环境中的正常使用。

1。2。1 有限元法概述

 有限元法数值分析就是将无限维空间转化为有限维空间，将连续系统转化成离散形结构，利用场函数分片多项式逼近模式实现离散化过程。所以有限元法中分析的结构不是原有的物体或结构，而是同样的材料由众多单元以一定的方式连接成的离散物体。这样用有限元分析计算所获得的结果只是近似的。如果划分的单元数目足够多并且合理，那么所获得的结果就与实际情况想符合。

有限元法的基本思想如下[3]：

 (l)将一个连续系统划分为有限个单元，单元结构之间只在数目有限的指定点处相互连接，组成一个单元合成体来替换原有的连续系统。在系统中引入等效载荷，替换实际作用在系统上的外部载荷。

 (2)对分析对象的每个单元，按照一定的规则建立未知量求解与节点之间的相互作用关系，包括力-位移、热量-温度和电压-电流等。 

(3)将全部单元的此种关系按一定的准则(变形协调条件、连续条件以及变分原理及能量原理)综合起来，引入边界条件，组成一组以节点变量(位移、温度和电压等)为未知量的方程组，将其求解从而得到节点处的变量。

目前，国际上的比较专业的有限单元分析软件公司有很多，其中较为常用的有限单元分析软件有MSC/Nastran，ANSYS，abaqus等，这些软件的分析功能相对强大。在本文的分析过程中将会用到有限元分析软件ANSYS15。0。

1。2。2 ANSYS软件介绍

ANSYS软件是由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS公司开发的，可以进行包括结构、流体、电场、磁场以及声场等领域的研究，应用非常广泛。ANSYS软件主要包括前处理模块、分析计算模块和后处理模块三个模块[4]。用ANSYS软件进行有限元分析主要包含3个步骤[5]：