1、创建有限元模型

（1）创建或读入有限元几何模型。

（2）定义材料属性。

（3）划分网格（节点及单元）。

2、施加载荷并求解

（1）施加载荷及载荷选项、设定约束条件。

（2）求解。

3、查看结果

（1）查看分析结果。

（2）检验结果。

1。2。3 大镜支撑结构的研究现状

1。2。4 大镜支撑结构材料的研究现状

1。3 本文主要研究内容和研究方法

1、研究内容

（1）研究各种大镜支撑机构常用的支撑材料，翻看文献查找这些支撑材料的线膨胀系数等力学性能参数，用有限元分析的方法，分析这些材料在低温环境下由于热胀冷缩效应产生的形变。

（2）查找现有的较为优化的大镜支撑机构，建立几个有效的大镜支撑模型，分析在低温真空环境中，这几种支撑方式的变形量级以及使用的安全情况。

2、研究方法

    由于现有的大镜支撑材料和大镜支撑结构比较繁多，本课题无法一一进行对比和建模，因此本课题将只选取几种常用的有效的支撑机构材料和支撑机构进行建模和分析：

（1）建立一个普通平板模型，用ANSYS软件分别分析16Mn钢和5052铝合金两种材料热胀冷缩的状态，分析平板形变结果，选出较优的低温常用材料。 

（2）选择两个结构相同口径一大一小的两个圆形镜框建模，采用第一步中选出的较优材料，分析比较它们在100 k的真空环境下的镜框变形量级以及使用安全情况。

（3）选择一个吊带结构建模，采用第一步中选出的较优材料，分析其在100 k的真空环境下的钢带变形量级以及使用安全情况。

2  5052铝合金和16Mn钢材料力学性能的对比

在常温下使用的光学仪器中，5052铝合金和16Mn钢材料常作为大镜支撑机构的材料出现，而且根据查阅资料文献发现，这两种材料在低温下与其他同类材料相比，可以保持相对较好的力学性能和机械性能，这两种材料的价格也相对便宜，所以本章将对这两种材料进行研究，并且选出这两者中更适用于低温环境中工作的材料。

大镜支撑机构在低温真空环境下的形变状态比较复杂，与支撑机构的设计方法、材料种类、大镜的重量分配以及力学方案等诸多因素有关，为了分离这些因素，使仿真问题简单化，本章选择较为简单的平板建模，材料分别为5052铝合金和16Mn钢材料，展开有限元分析，为了方便网格的划分和有限元模型的建立，本课题采用长300 mm，宽100 mm，高200 mm的长方体模型。

采用热-结构耦合的有限元分析方法，对两个不同材料的平板进行低温变形仿真。文献综述

2。1 5052铝合金材料的研究

5052铝合金是5XXX系合金中的典型合金，镁金属含量在2。2%-2。8%之间，属于低、热处理不可强化的铝合金，它具有中等强度和良好的耐烛性，有易于加工成形的特点。该合金中镁金属是唯一的强化元素，有一定的固溶强化作用，合金的加工硬化率因此而提高，有较明显的应变强化[17]。

5052铝合金具有良好的抗蚀性、疲劳强度、可焊性和成型性能，在常温下性能优良，有很大的市场需求，在光学领域中，它常常用于干涉仪等光学仪器中作为光学玻璃支撑机构的材料，但是低温下的5052铝合金材料由于材料性能的变化可能会发生蠕变或者脆断的事故，因此需要对其进行研究。

2。1。1 5052铝合金力学性能和机械性能的分析

 在力学性能方面，5052铝合金的抗拉强度为173 MPa～244 MPa，条件屈服强度≥70 MPa。由于5052铝合金整板的性能与材料的前处理方式有关，所以以经过48 h深冷处理的整板5052铝合金为例，在-100 ℃的环境下，铝合金板的强度为184。91 MPa，延伸率为21。38%，断面收缩率为23。4%；在-150℃的环境下，铝合金板的强度为212。82 MPa，延伸率为20。34%，断面收缩率为20。92%[18],该铝合金板力学性能与温度的关系如图2。1所示。在机械性能方面，线膨胀系数和弹性模量是研究热力学问题的重要参数，材料的机械性能与环境温度有关系，本文按照国际标准的5052铝合金规定，设定弹性模量为7e10 Pa，泊松比为0。33，线膨胀系数为2。38e-5，热导率为137 W/m·℃，这些参数都将应用于ANSYS软件的有限元分析之中。