基于拓扑优化的4m望远镜底座结构设计

摘要：

为满足4m望远镜底座结构高刚度和轻量化的需求，研究了考虑结构变形和模态约束下的拓扑优化问题。首先，基于连续体结构拓扑优化的思想，以单元虚拟密度为设计变量，以位移变形和一阶频率及质量为优化约束，应变能最小为优化目标，建立了底座设计的拓扑优化数学模型，并详细推导目标函数及约束条件的灵敏度；然后，对底座结构应用拓扑优化设计，并以所得的理想概念构型为基础，进行底座结构的详细设计；最后，采用有限元法对优化模型进行静刚度和动刚度的分析与校核。设计结果表明，底座质量从27.66 t减至22.15 t；最大变形量由0.0377 mm减小为0.014 mm；一阶频率从217.1 Hz提高至247.45 Hz；在减小质量的同时，有效提高了底座结构的静刚度和动刚度，验证了拓扑优化方法的有效性。该方法将对4m望远镜跟踪架的其他部件设计提供帮助。

关键词：轻量化、拓扑优化、望远镜底座、有限元分析、刚度

分类号：TH751(仪器、仪表)

在线出版日期：2015-09-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：2441-2447