1 常州大学 机械工程学院， 江苏 常州 213164
2 安徽工程大学 机械与汽车工程学院， 安徽 芜湖 241000
光机系统中支撑结构与光学元件的接触位置、接触面积、接触应力及支撑结构的柔度是光学系统成像质量的重要影响因素，为了降低因垂直方向支撑引起的几何像差，以像差指数PV值为优化目标，对单个透镜接触支撑结构进行了拓扑优化设计。首先建立接触拓扑优化模型，以采用Signorini接触条件建立的刚性支撑单向接触中的线弹性结构为例，验证了接触拓扑优化模型的正确性。用透镜变形函数来描述透镜的像差指数PV值，将其作为拓扑模型的优化目标。采用SIMP方法描述拓扑优化设计变量，采用扩展后的拉格朗日算子求解接触条件。采用MMA优化算法求解拓扑优化模型的最优解。通过拓扑优化设计变量的最优解，定义了满足几何畸变要求的支撑结构的最优拓扑结构。结果表明，该方法可使透镜PV值降低14%，面形RMS值降低13.8%。同时搭建实验平台，对透镜PV值和RMS值进行测试，得到的最佳接触支撑结构的支持试验结果表明，平面反射镜表面PV值分别降低了60.4%和42.9%，面形RMS值分别降低了74.3%和38.9%，优化后的接触支撑结构有效地提高了高精度单透镜支架的精度，具有很大的实际应用潜力。
拓扑优化 光力耦合 面型分析 光机结构 topology optimization optomechanics mirrors analysis optical machanical structure
