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空间光学轻量化设计与刚度平衡

📚 共计 30 章节

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空间光学系统概论

空间光学任务需求、轻量化设计的意义、刚度平衡的基本概念。

材料科学基础

航天常用材料（铝合金、钛合金、碳纤维、铍、SiC）、材料性能对比、选材原则。

轻量化设计原理

结构效率、比刚度、轻量化系数、拓扑优化基础。

静刚度、动刚度、刚度矩阵、刚度与固有频率的关系。

理论动力学

有限元分析基础

网格划分、边界条件、载荷施加、求解器设置、结果解读。

主镜轻量化设计

背部开口形式（三角形、六边形、扇形）、轻量化率计算、镜面变形控制。

主镜轻量化

主镜支撑方案

背部支撑、侧面支撑、whiffletree支撑、柔性支撑设计。

次镜及桁架设计

次镜轻量化、桁架结构拓扑、杆件截面优化。

遮光罩与 baffle 设计

薄壁结构轻量化、刚度加强筋布局、热稳定性。

遮光罩热控

结构-热-光集成分析

热变形对光学性能的影响、多场耦合分析方法。

多场耦合热光学

尺寸优化、形状优化、拓扑优化（SIMP、ESO）、多目标优化。

灵敏度分析

设计变量对目标函数的影响、梯度计算、重要度排序。

灵敏度梯度

复合材料结构设计

碳纤维铺层设计、层合板刚度预测、各向异性影响。

复合材料铺层

蜂窝夹层结构

蜂窝芯子选型、面板厚度设计、等效刚度计算。

增材制造（3D打印）在光学结构中的应用

点阵结构、仿生设计、工艺约束。

精密装配与连接技术

螺栓连接、胶接、柔性铰链、无应力装配。

振动与动力学环境

正弦振动、随机振动、冲击响应、微振动抑制。

振动动力学

模态分析与试验

模态振型、固有频率测试、模态置信准则（MAC）。

静力试验与刚度测试

三点弯曲、四点弯曲、刚度测量方法。

静力刚度测试

热真空环境适应性

热循环、真空放气、材料冷焊、热控涂层。

热真空环境

空间辐射效应

总剂量效应、位移损伤、单粒子效应、屏蔽设计。

光学系统装调

波像差检测、干涉测量、光轴对准、像质评价。

微振动抑制技术

隔振器设计、阻尼材料、主动振动控制。

微振动隔振

轻量化设计案例1

某型空间望远镜主镜轻量化设计全过程。

轻量化设计案例2

某型高光谱成像仪结构轻量化与刚度平衡。

案例高光谱

轻量化设计案例3

立方星光学载荷的极致轻量化设计。

案例立方星

多学科设计优化（MDO）

协同优化、并行子空间设计、响应面法。

可靠性设计

概率设计、安全系数、疲劳寿命、冗余设计。

可靠性冗余

制造工艺约束

铸造、锻造、机加工、线切割、电火花、表面处理。

智能结构、变刚度结构、自修复材料、在轨制造。