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結構力學、熱學和光學 的分析
點擊次數:2023 發布時間:2012-10-19

結構力學、熱學和光學 的分析
 
STOP和Go

當光具座上鏡頭、鏡片和支撐件的輕微溫度變化都對圖像質量造成負面影響時,還能讓光電傳感器怎樣地準確對焦呢?在太空環境中這一問題會更加嚴重,那里有極端的熱環境,而且一旦設計出現缺陷,無法做zui后校準。

解決方案是STOP:結構(S)/熱(T)/光(OP)的集成設計分析。事實上,與其說是解決方案到不如說是有待實現的目標,因為到真正的集成設計評估還有很多障礙。

為實現這一目標已做了許多嘗試。較早的方法是創建一個能做初步光學分析、結構力學分析和熱力學分析的單一設計工具。“初步”意味著為創建一體化工具特定于每一工程領域的問題都被忽略了,而這些問題在每一學科的CTOS(商業現成的)工具中都是zui基本的。因此,盡管一體化方法對系統工程師的概要設計有用,它在后續的設計階段卻無法沿用,那里每一學科的技術都須深入利用,而不能過度簡化。

20世紀90年代末,C&R公司領導了NASA SBIR開拓計劃("OptiOpt™"),以期能夠克服結構、熱和光學領域之間模型轉換的困難,同時兼顧每一工程專業的特殊人才和熱門工具。除C&R的Thermal Desktop®外,Sigmadyne的Sigfit®和ORA的Code V®也參與了軟件設計。計劃取得了重大成功,包括zui早的運用CTOS軟件的自動STOP優化(參看出版物:Integrated Analysis of Thermal/Structural/Optical Systems 和 Automated Multidisciplinary Optimization of a Space-based escope)。現在Thermal Desktop的一些非常通用的特性,比如向獨立生成的結構模型的自動映射以及外部命令行參數化操作,都是由該計劃的一部分發展而來。

然而,OptiOpt計劃假設各學科均由相同的CAD模型出發建立各自獨立的模型(該模型的數據之后必須與其它模型交換)。模型構建的集中管理并不存在,且未嘗試獲取每一學科的知識和經驗以供設計團隊中的其他人共享。這意味著除了光具座設計上的局部尺寸改動外,任何信息都必須在設計團隊中人工傳遞,且互通設計數據的工作也需要隨每一次改動人工重新驗證。

由Aerospace Corporation和Comet Solutionszui近完成的一項計劃在集成STOP分析的理念上取得了重要進展。在兼顧每一學科專門技術和軟件(值得注意的是,這些軟件同樣用于OptiOpi計劃:Thermal Desktop, Sigfit和Code V)的同時,Comet軟件*地起用了早先“一體化”建模環境的理念:集中式模型開發。

Comet允許各學科參與到共同的CAD環境中,恰如所需地標記一中心繪圖以引導熱、結構和光模型的生成。富于經驗的工程師的獨特技巧和工具不致陷入一成不變的求解方案,將各學科方法融入核心計劃反而意味著設計方案的改動更易于采納。團隊級的多學科設計活動不單被允許,且更受鼓勵:各學科均能容易地獲得其子系統改動(如材料選擇、加熱器位置、支桿尺寸)對關鍵任務目標—圖形質量所造成的效果。

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