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随着现代工程技术的发展,超薄反射镜面在很多领域发挥着重要的作用。其中在空间侦察相机、太空望远镜、微波天线、空间望远镜、能量聚集器、照相系统等光学工程技术方面的应用更为广泛。 在超薄光学反射镜的结构中,镜面的变形会直接影响到反射镜的工作效率。影响镜面变形的因素除了镜面的加工误差,以及镜面的支撑系统产生附加的镜面误差外,镜面与支撑系统的连接工艺同样是造成镜面误差的一大因素。由于传统的焊接、螺接的固定连接工艺操作复杂,且对组件本身破环程度大,并不适合光学器件的连接,所以在光学系统结构中广泛采用操作方便、成本低的粘接工艺。 本文研究了光学反射镜结构中因粘接工艺而产生的粘接应力,以及粘接连接对镜面面形的影响。具体研究内容如下: (1)首先介绍了粘接结构的发展和应用,以及粘接结构中的相关技术。介绍了有限元分析法的理论基础及有限元法在应力分析中的应用。 (2)理论分析了超薄镜面的粘接应力产生机理,研究了粘接应力的分布规律以及对镜面面形的影响。其中,粘接热应力是由于铟钢、环氧胶和镜面的热膨胀系数不匹配而产生的。研究表明粘接热应力主要集中在粘接区域的边缘位置,环氧树脂胶层可以通过适当的位移释放。有限元模型的仿真分析可知:选择弹性模量较小的环氧胶能有效降低粘接热应力,对于尺寸大小为8mm*8mm的镜面,控制环氧胶层粘接半径在1.5ram左右,粘接层厚度尽量低于0.1ram时,能使得粘接应力最低。通过添加2mm高的凸出石英小柱来改进镜面结构,也能有效转移粘接应力,降低对镜面的破环程度。 (3)理论分析和实验测试了环氧胶固化过程中的内应力。环氧胶层在其固化过程中的内应力是粘接应力的重要组成部分。在理论分析环氧胶固化过程的基础上,本文采用电测法研究了环氧胶固化中的应变随时间变化规律,实验表明环氧胶层的内应力主要是在固化后期形成的;影响环氧胶固化过程的参数之一是玻璃化转变温度,本文采用差示扫描量熟法测量了不同配比的环氧胶的玻璃化转变温度,结果表明当环氧树脂与固化剂的比例为1.5∶1时玻璃化转变温度为65.7℃,2:1时为80.4℃,2.5∶1时为79.1℃,由此可知通过有效的控制固化剂的用量可以降低胶层的玻璃化转变温度,从而降低胶层的内应力。同时测量了环氧胶不同固化阶段的反应热,结果表明环氧胶样品在室温下的固化非常缓慢,需要进行一定的温度处理,缩短环氧胶的固化时间,增大环氧胶固化过程中的热量释放,降低环氧胶在固化过程中的内应力。