[发明专利]前处理接口程序的光机集成分析方法及镜面面形优化方法

说明书

本申请公开了一种前处理接口程序的光机集成分析方法及镜面面形优化方法，包括：建立镜面有限元模型；对镜面有限元模型中所有有限元网格节点进行编号，根据节点编号提取有限元网格节点的坐标信息；计算有限元网格节点的镜面节点面积加权因子，依据镜面节点面积加权因子以及坐标信息，以Zernike泽尼克多项式作为拟合基底函数进行拟合，得到镜面刚体位移量以及Zernike泽尼克多项式与镜面有限元网格节点的位移量的线性关系式；将线性关系式进行光机接口前处理，生成有限元分析前处理文件，并将有限元分析前处理文件导入有限元模型中进行光机系统动力学集成分析和镜面面形优化处理。解决了光机程序后处理方式中大量拟合数据量导致的计算量大以及拟合失效的问题。

技术领域

本发明涉及光机热集成分析技术领域，更具体地说，涉及一种前处理接口程序的光机集成分析方法及镜面面形优化方法。

背景技术

高精度光学成像系统在使用过程中难免会受到各种各样的动力扰动，例如空间光学遥感器会受到反作用飞轮的微振动，而地基望远镜会受到风载地震等动态扰动。光机系统在受到动力扰动后，各光学元件自身发生变形的同时，各光学元件之间的相对距离也发生变化，由于动力扰动引起的光学成像系统视轴抖动是造成系统成像质量下降主要因素之一。

在进行光机系统静力学集成分析时，通常采用的方式是对结构变形文件进行后处理，分离出镜面的刚体位移和具有物理意义的Zernike多项式系数，然后通过格式转换导入到光学分析软件中进行力学和温度载荷对光学系统的影响分析。

然而若采用这种光机接口程序后处理的方式去处理光机系统动力学分析，如瞬时分析时，需要在每个步长间隔计算后导出镜面节点变形量，然后进行光机接口处理，使得计算数据量明显增大；在进行光机系统的随机响应分析时，由于随机响应分析过程在有限元分析软件内部进行，后处理程序无法介入，导致光机接口处理失效，因此常规的光机接口后处理的方式无法有效的满足光机系统动力学分析的要求。由于后处理方式中光机接口处理过程发生在有限元求解之后，镜面面形优化的过程无法在有限元分析软件中独立完成，需要如Matlab或者Isight等其他软件提供集成优化环境，增大了镜面面形优化设计的复杂度。

因此，如何降低由于光机程序后处理方式中大量拟合数据量导致的计算量大以及拟合失效的问题，是本领域技术人员急需要解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于前处理接口程序的光机集成分析方法，解决了降低由于光机程序后处理方式中大量拟合数据量导致的计算量大以及拟合失效的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种前处理接口程序的光机集成分析方法及镜面面形优化方法，包括：

建立镜面有限元模型；

对所述镜面有限元模型中所有有限元网格节点进行编号，根据节点编号提取所述有限元网格节点的坐标信息；

计算所述有限元网格节点的镜面节点面积加权因子，依据所述镜面节点面积加权因子以及所述坐标信息，以Zernike泽尼克多项式作为拟合基底函数进行拟合，得到镜面刚体位移量以及所述Zernike泽尼克多项式与镜面有限元网格节点的位移量的线性关系式；

将所述线性关系式进行光机接口前处理，生成有限元分析前处理文件，并将所述有限元分析前处理文件导入所述有限元模型中进行光机系统动力学集成分析和镜面面形优化处理。

优选的，在上述方法中，所述计算有限元网格节点的节点面积加权因子，具体为：

沿光轴方向于镜面处施加均匀压强场，同时约束所述镜面上有限元网格节点的平移自由度；

将所述均匀压强场和所述平移自由度作为边界条件进行有限元分析，得到所述有限元网格节点沿所述光轴方向的支反力，将所述支反力作为所述节点面积加权因子w_i，i为有限元网格节点编号。