1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
随着地基光学望远镜口径的不断增大，风扰动已成为影响望远镜成像质量最为关键的因素之一。为了深入研究风扰动对望远镜系统性能的影响规律及作用机理，从时域角度对望远镜在风扰动作用下的响应进行时程模拟以及系统性能预测。首先，简要介绍了望远镜结构组成并采用有限元方法建立了结构动力学模型，通过模态变换方法将动力学模型转换到模态坐标系下，从而降低了模型维数、提高了计算效率。然后，提出了一种基于二维随机场的风速时程模拟方法，将望远镜圆顶内的风速场表达为随时间和空间位置变化的二维随机场，通过引入波数谱，克服了谱表达方法中各个离散采样点处互功率谱矩阵Cholesky分解出现数值不稳定的问题，从而可以表达空间和时间频率范围内几乎连续的随机场，并且在数值计算中引入了快速傅里叶变换FFT算法，进一步提高了模拟效率。最后，以2 m口径望远镜为例，对风速环境进行了时程模拟，并对外界平均风速为10 m/s及15 m/s的风扰动作用下，望远镜的性能进行了预测。仿真分析结果表明：作用在望远镜主镜上的风扰动分别造成主镜最大接近45 nm和70 nm的面形误差；作用在次镜及桁架上，主要造成低频的主次镜相对位置和角度偏差。
地基望远镜 随机场 风扰动 时程模拟 动力学模型 ground-based telescope stochastic fields wind disturbance time-history simulation dynamic structural model
苏州科技大学 土木工程学院, 江苏 苏州215011
传统的动态位移测量方法属于接触式测量, 常用应变式位移计直接测量结构变形, 其测量精度往往取决于位移计安装情况, 且测量的电信号容易受到试验环境的影响。随着光学测量技术的不断发展, 基于双目立体视觉和数字图像处理技术的光学测量方法已开始应用于位移测量。为了解决传统动态位移测量的精度问题和环境对信号的干扰问题, 将双目立体视觉技术应用到三层钢框架结构的振动台试验中, 对结构在地震作用下的位移进行测量。研究结果表明: 从位移时程和位移偏差率两方面同传统测量方法进行对比分析, 光学测量方法减少了2.0 s~3.5 s的相对滞后时间, 增强数据可靠性; 位移偏差率最大为7.03%, 最小为0.02%, 均在测量误差允许范围之内, 验证了光学测量位移方法在结构抗震试验中的可行性及优越性。
光学测量 位移时程 双目立体视觉技术 数字图像处理 optical measurement displacement time history binocular stereo vision technology digital image processing
1 四川大学原子与分子物理研究所, 四川 成都 610065
2 四川大学化学工程学院, 四川 成都 610065
采用三组单色仪探测系统, 测量了甲基环己烷在高温反射激波作用下瞬态燃烧反应过程中三种激发态自由基OH*, CH*和C*2的特征光辐射, 得到了激发态自由基时间历程和光辐射相对强度随温度的变化规律。 反射激波温度1 200～1 700 K, 激波压力1.5 atm, 甲基环己烷摩尔分数0.1%, 当量比1.0。 在点火燃烧初始阶段三种自由基几乎同时产生, 自由基持续时间随着温度的升高而变短。 相同温度下CH*和OH*自由基持续时间大于C*2自由基, 在1 400 K以下C*2自由基发光消失。 OH*和CH*自由基发光强度在T<1 400 K时对温度变化不敏感, 而在T>1 400 K时CH*自由基峰值随温度快速增长, C*2和OH*峰值随温度增大比较平缓。 将实验结果和化学反应机理模拟结果进行了对比, 实验获得的OH*自由基时间历程在低温时和机理预测结果吻合较好, 但在高温时有一定差异。 CH*自由基时间历程在高温与机理结果吻合较好, 在低温时机理预测结果CH*自由基持续时间要长于实验结果。 实验测得的结果为含激发态物种化学反应动力学机理的验证和优化提供了依据。
甲基环己烷 发射光谱 激发态自由基 时间历程 Methylcyclohexane Emission spectrum Excited-state radical Time-history
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了完成30 m光学红外望远镜(TMT)三镜支撑系统(M3CA)抗震性能分析，编制了地震波拟合软件，拟合出符合设计要求的地震时间历程，并基于时程分析方法进行了结构的地震有限元仿真。基于具有随机相位的三角级数理论编制了拟合地震波的软件，针对拟合精度低的问题引入幅值校正方法，使拟合的地震波谱与设计响应谱的平均偏差在4%以内；基于该系统的设计响应谱，拟合了返回周期为200年的地震时间历程；利用时程分析方法对结构进行了有限元仿真。仿真结果表明，三镜相对于三镜室最大位移为1.881 mm；三镜上的最大应力为0.27 MPa，发生在镜子的侧支撑位置处；支撑结构的最大应力为310.54 MPa，发生在侧支撑杆上。根据材料性能，三镜及侧支撑杆的最大应力均在材料的极限应力之内，故在返回周期为200年的地震发生时可保证系统的安全性。编制的程序拟合精度高，充分考虑了各种因素，结合有限元时程分析，为大型光电设备的地震分析积累了经验。
光学器件 望远镜 地震 时程分析 拟合 有限元法 光学学报
2013, 33(11): 1112002
1 西南石油大学 机电工程学院,成都 610500
2 中国工程物理研究院 计算机应用研究所,四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院 流体物理研究所,四川 绵阳 621900
以大型直线感应加速器为例,采用时程分析法对大型加速器在强烈振动环境下的结构响应进行了数值计算;同时对加速器关键点位置的偏移量进行了测量。数值计算结果表明在加速器中段存在2 mm左右的变形,在此段的实测结果为对中偏移量0.6 mm左右,位移2 mm左右。在对数值计算数据和测量数据分析的基础上,利用校正设备实现了加速器机械轴的对中,使机械轴的直线性偏差在±0.2 mm以内。分析表明,数值计算结果对于测量点布置、现场检测及测量数据分析具有预测和参考作用。
直线感应加速器 强振动 时程分析法 结构响应 对中 linear induction accelerator strong vibration time-history analysis method structure response alignment
