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技术

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。

Opto mechanical integrated analysis method for pre-processing interface program and mirror surface shape optimization method

The invention discloses a mirror and a machine integrated analysis method of pretreatment of interface shape optimization method, including: the establishment of mirror finite element model; the number of mirrors in the finite element model of all finite element mesh nodes according to the node number from the nodes of the finite element mesh node coordinate information; mirror area weighted factor calculation node Co. element, based on mirror area weighted factor and node coordinate information to Zernike Zernike polynomial as basis function fitting fitting, get surface displacements and the displacement of the Zernike mirror of Zernike polynomials and finite element mesh node linear relation; the linear relationship between processing machine interface before the generation of finite element analysis the file, and the finite element analysis of pretreatment into finite element model of mechanical system dynamic file Mechanical integration analysis and mirror surface shape optimization. It solves the problem of large amount of calculation and fitting failure caused by large amount of fitting data in the post-processing of Opto mechanical program.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及光机热集成分析
，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。
技术介绍
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。专利
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术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，本专利技术提供如下技术方案：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wi，i为有限元网格节点编号。优选的，在上述方法中，所述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，具体包括：计算所述节点编号为i的有限元网格节点的残余误差值：Ei＝ui-zi其中，ui为节点编号为i的有限元网格节点的变形值，Zi为节点编号为i的有限元网格节点的刚体位移或环域Zernike多项式拟合量，cj为拟合系数，代表节点标号为i的有限元网格节点刚体位移量或环域Zernike多项式；依据所述节点面积加权因子wi以及所述编号为i的有限元网格节点的残余误差值Ei计算所述所有镜面有限元网格节点的总残余误差值：采用最小二乘法求得所述刚体位移量或所述环域Zernike多项式的拟合系数ck的最小总残余误差E，其中，k＝1～m，将所述最小总残余误差E拟合得到所述镜面刚体位移量和环域Zernike多项式系数ck与所述元网格节点的位移量的线性关系式：其中，A为系数矩阵，为镜面节点的位移量向量，为刚体位移和Zernike变形的拟合系数向量。优选的，在上述方法中，所述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镜面面形优化处理，具体包括：将镜面面形的目标函数作为所述有限元分析前处理文件，计算镜面面形的目标函数镜面面形均方根值RMS与峰谷值PV：镜面面形均方根值RMS与峰谷值PV为：建立所述RMS值和所述PV值与镜面所有节点残余像差位移值的非线性关系式，从而建立所述均方根值RMS与所述峰谷值PV与镜面所有节点的位置量的非线性关系式。优选的，在上述方法中，将所述有限元分析前处理文件通过多点约束方式导入所述有限元模型中进行光机集成分析。从上述技术方案可以看出，本专利技术所提供的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。本专利技术计算所述有限元网格节点的镜面节点面积加权因子，镜面节点面积加权因子表征了镜面有限元节点参与面形拟合的权重，网格密的节点权重因子小，网格疏的节点权重因子大，对网格疏密程度不一的镜面节点在镜面拟合过程中进行权重因子分配，解决了由于镜面有限元网格不均匀造成的拟合精度下降的问题，同时采用的光机接口程序前处理的方式，有效的解决了后处理方式在光机系统动力学分析时，带来的拟合数据量大或拟合失效的问题，采用光机接口程序前处理方式，有效的简化了镜面面形优化过程。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的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流程示意图。图2是本专利技术实施例提供的镜面有限元网格图；图3是本专利技术实施例提供的镜面节点面积加权因子等高线图；图4是本专利技术实施例提供的镜面在非稳态风载作用下，拟合得到的前11阶环域Zernike多项式系数的随机响应功率密度谱图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1和2，图1为本专利技术实施例提供的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流程示意图，图2是本专利技术实施例提供的镜面有限元网格图。在一种具体的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于，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。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，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wi，i为有限元网格节点编号。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述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，具体包括：计算所述节点编号为i的有限元网格节点的残余误差值：Ei＝ui-zi其中，ui为节点编号为i的有限元网格节点的变形值，Zi为节点编号...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小霞，兰斌，杨洪波，刘祥意，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22