以高速铁路道岔数控龙门铣床为研究对象。首先运用SolidWorks软件建立了机床的三维实体模型,然后运用Hy?perMesh软件建立机床的有限元模型,通过灵敏度分析找到机床结构的关键尺寸,并使用OptiStruct模块对其进行以柔度和固有频率为目标函数的尺寸优化,计算出了机床的最小柔度为5928.78J,最大1阶固有频率为34.87Hz。最后利用折衷规划法将柔度和固有频率组合成新的函数,并对其进行了多目标优化,优化后机床1阶固有频率提高了18.4%,2阶固有频率提高了17.1%,柔度降低了27.2%,质量降低了4.0%,优化效果良好。该优化方法可以为机床的优化提供参考。

采用球铰支撑可以极大地提高大孔径反射镜工作的可靠性,但必须对这种支撑方式进行合理的稳定性分析.球铰支撑方式的有限元分析必须围绕其支撑方式所具有的严格而又明显的接触特性、顶丝预紧力作用、具有相对滑动趋势而产生的摩擦这三大基本特征展开.应用传统的线性有限元分析手段对大孔径反射镜球铰方式支撑的尺寸稳定性分析具有较大的局限性.为提高分析精度,采用了非线性分析方法,最大程度地模拟实际结构,并将罚函数的摩擦形式引进到了摩擦接触对中,并对其进行了实际模型的解算,使得分析结果更加精确,并依据分析结果,对预紧力进行了合理地选取,使反射镜在一定的工作环境下能够稳定地工作,满足系统成像的需要.

大孔径反射镜的柔性支撑在随机振动试验中应力响应较大,可能产生残余应变进而导致空间光学遥感器成像质量下降,因此,对大孔径反射镜组件进行随机振动响应分析尤为必要。阐述了随机振动分析的基本原理及其有限元实现。建立了反射镜组件的有限元模型,对其进行了随机振动响应分析,得出了反射镜的加速度均方根响应和柔性支撑的均值应力响应。分析结果表明：反射镜加速度响应均方根为16.3 Grms;柔性支撑的均值应力响应为34.9 MPa。随后进行了随机振动试验验证,结果表明：反射镜组件均方根加速度响应为16.0 Grms;均值应力响应为30.3 MPa。均方根加速度响应分析误差为1.8%,均值应力分析误差为13.2%,满足精度要求,验证了该方法的正确性。

长焦距空间遥感器次镜热控实施难度大、发射动态响应大，因此，必须具有较宽的温度适应范围和较高的动态刚度。文中阐明了次镜支撑方式的基本原则，并从材料选择、消热设计等角度出发，设计了一种柔性支撑结构；对该支撑的3个柔性环节进行了灵敏度分析，得到了各自对次镜面形精度影响的程度；通过优化设计确定了该支撑的尺寸参数，并对次镜组件进行了有限元分析；最后进行了组件的动力学试验和热试验。分析表明，15℃均匀温升工况下，次镜面形RMS为9．8nm，组件一阶固有频率为153Hz；试验表明，15℃均匀温升工况下，次镜面形精度满足成像要求，组件一阶固有频率为150Hz，各项静态指标满足设计要求。

为了使大孔径长条形空间反射镜支撑结构同时满足高刚度、高强度和良好的热尺寸稳定性要求,建立了反射镜支撑系统的模态解析数学模型,并对该模型所描述的反射镜沿各轴向的平动和转动模态特性进行了研究。根据模态解析解得出3个支撑点确保质量分布相对均匀时,系统的动-静态刚度最大的结论,并结合有限元分析技术确定了反射镜的支撑位置。此外,在支撑结构中设置了柔性环节,改善了反射镜在各工况下所受的应力环境以确保其光学性能。通过优化柔性铰链最薄处的厚度和圆弧半径两个参数来调节反射镜的面形精度,使面形精度满足设计要求。分析及试验结果表明：柔性铰链最薄处厚度为4 mm,圆弧半径为2 mm时,反射镜在重力和4℃均匀温升工况下的面形精度RMS值均优于12.3 nm;组件实际一阶固有频率为146 Hz,与有限元分析结果的误差小于5%;柔性支撑结构...

为了研究调焦镜组件中环形胶层对系统的影响，分析了胶层的建模方法即详细模型和等效刚度模型。采用等效刚度模型对调焦镜组件进行均匀温度变化分析，把计算的面形误差和实际检测结果对比。综合考虑结构粘合剂泊松比、粘结位置、胶层宽度和胶层厚度等因素对面形误差的影响，提出改进的优化设计方案，并对调焦镜组件进行尺寸稳定性分析，同时考察粘结安装过程中可能出现的偏心现象对系统的影响。计算结果表明：对胶层使用等效刚度模型可以准确反映结构粘合剂的材料属性，优化的粘结方案不仅满足设计要求而且有效防止了偏心粘结造成的胶层分布不均匀对系统的影响。

为实现大口径望远镜的高精度成像,加工过程中需对主镜进行轴向支撑以及侧向支撑,而液压多点支撑作为一种轴向支撑方式,其优势在于可很好地卸载反射镜的重力及磨头带来的加工压力的同时,也方便调整反射镜的姿态。设计了一种万向球铰式液压支撑单元,通过理论推导,得出滚动膜片的结构参数和工作介质液体特性是影响轴向刚度的主要因素。进一步通过搭建液压支撑单元的轴向刚度测试平台,对液压支撑单元的密封性、刚度和刚度分散性进行了测试。结果显示在一定时间内,液压回路的压强变化很小,并在20 min后压强趋于稳定。并从初始压强、气泡含量以及下压速度3个方面测试了影响液压支撑单元轴向刚度及分散性的实验,测试结果显示初始压强提高可提高支撑单元的轴向刚度并降低轴向刚度分散性;当下压速度为0.4 mm/min时,轴向刚度最高,其分散性最...

为了兼顾龙门加工中心立柱结构具有更高的静动态刚度和更轻的重量的要求,基于SIMP变密度法拓扑优化理论,结合平均频率公式对各优化目标进行折衷化处理,并利用层次分析法选定子目标权重,建立了以立柱结构的相对密度为设计变量,同时考虑最小柔度和最大频率的多目标函数,并将结构体积的百分数作为约束函数对其进行优化得到新的立柱结构方案。结果表明：改进后的立柱质量减少8.96%,最大变形降低38.63%,一阶固有频率提高6.87%,满足设计指标要求。

基于HyperMesh平台,采用密度拓扑优化方法,以应变能最小为目标,以体积分数、位移为响应建立结构拓扑优化模型,运用该模型完成GMCU2060龙门加工中心横梁横截面的拓扑优化设计,然后利用尺寸优化方法得到横梁的最优尺寸,建立横梁的三维模型,并对其进行动静态分析.分析结果表明：在最大位移几乎不变的情况下,改进后的横梁质量减少了7.5％,一阶固有频率由104 Hz提高到120Hz,满足设计指标要求.

针对龙门导轨磨床立柱的结构特点,构建了龙门导轨磨床立柱的有限元模型,并利用基于6Sigma原则和目标驱动技术的有限元优化分析方法对立柱进行多目标尺寸优化设计。首先利用基于6Sigma原则的分析方法对立柱模型进行参数灵敏度分析,获得对立柱性能影响较大的参数,将参数作为优化设计的变量;然后利用基于目标驱动技术的多目标优化方法对立柱进行以质量、最大变形量,一阶固有频率为目标函数的多目标优化,在保证立柱最大等效应力不大于初值的前提下,最大变形量减小45.1%,质量减小3.79%,龙门导轨磨床立柱一阶固有频率提高14.6%。结果表明,该方法具有较强的工程实用性。