 |
آنالیز STOP لنز پتزوال با هیپرالاستیسیته
معرفی
بسیاری از سیستم‌های نوری باید در محیط‌های شدید، جایی که تغییرات دما قابل توجه است، کار کنند. این امر همواره باعث ایجاد تغییر شکل در هندسه نوری می شود. به منظور شبیه سازی اثرات تغییر شکل ساختاری و حرارتی بر عملکرد نوری یک لنز، باید آنالیز عملکرد ساختاری- حرارتی- نوری (STOP) انجام شود. در این آموزش یک تحلیل STOP یکپارچه نشان داده شده است.
آموزش آنالیز Lens STOP Petzval به عنوان پایه این مدل استفاده می شود. در آن مدل، یک عدسی پتزوال با یک هندسه بشکه ساده مدل‌سازی می‌شود ( شکل 1 را ببینید ) و در معرض دمای یکنواخت 25- درجه سانتیگراد قرار می‌گیرد . در این مدل‌ها، RTV سیلیکونی برای پشتیبانی از عناصر لنز در داخل بشکه استفاده می‌شود. از آنجایی که این ماده اسماً یک ماده فوق الاستیک است، استفاده از مدل مواد غیر خطی برای محاسبه تغییر شکل این تکیه گاه ها دقیق تر است. چنین مدلی می‌تواند همراه با تابش سطح به سطح برای انجام یک جارو پارامتریک بر روی طیف وسیعی از مواد و/یا خواص دیگر (مثلاً دما) استفاده شود. به تجزیه و تحلیل STOP لنز پتزوال با تابش سطح به سطح وPetzval Lens STOP Analysis Isothermal Sweep برای نمونه مدل ها.
شکل 1: مروری بر هندسه آنالیز Lens STOP Petzval. لنزها به رنگ آبی نشان داده شده اند، پایه های لنز قرمز رنگ هستند و مجموعه آشکارساز خاکستری تیره است. یک مجموعه بشکه ساده این عناصر را به هم متصل می کند.
تعریف مدل
جزئیات عدسی شبیه‌سازی شده در این آموزش را می‌توانید در آموزش لنز پتزوال پیدا کنید (رجوع کنید به شماره 1 ، ص 191). برای این مدل یک هندسه بشکه ساده و مجموعه آشکارساز اضافه شده است. دستورالعمل ایجاد هندسه مورد استفاده در این مدل را می توان در ضمیمه تجزیه و تحلیل STOP لنز پتزوال مشاهده کرد .
شکل 2: دنباله هندسه آنالیز توقف لنز پتزوال.
مدل پیش‌فرض مواد Neo-Hookean در رابط Hyperelastic Material استفاده می‌شود، جایی که فرض می‌شود مواد تراکم‌ناپذیر هستند. یک پارامتر Lamé μ = 40 مگاپاسکال میانگینی از داده های Ref است. 4 . خواص مواد و سایر جزئیات شبیه سازی بدون تغییر باقی می مانند.
نتایج و بحث
همانطور که در Petzval Lens STOP Analysis ، یک ردیابی پرتو با استفاده از سه طول موج ( 475 نانومتر، 550 نانومتر و 625 نانومتر) در سه زاویه میدان ( 0 درجه، 3.5 درجه و 7.0 درجه) انجام می‌شود. دما، جابجایی و میدان های تنش فون میزس حاصل در شکل 3 و شکل 4 نشان داده شده است .
کیفیت تصویر در صفحات تصویر اسمی و “بهترین فوکوس” در شکل 5 و شکل 6 نشان داده شده است . هنگامی که با مدلی که از جلوه های هایپرالاستیک استفاده نمی کند (یعنی آنالیز STOP لنز پتزوال ) مقایسه می شود، می توان دید که صفحات تصویر به ترتیب 3 میکرومتر و 2 میکرومتر در هنگام مقایسه صفحات تصویر اسمی و بهترین فوکوس جابجا می شوند. این نشان می دهد که خواص مواد فوق الاستیک تأثیر کوچک، اما نه ناچیز بر مدل دارد.
شکل 3: یک رد پرتو همراه با نمای 3/4 از مجموعه عدسی پتزوال نشان داده شده است. میدان استرس فون میزس روی مقاطع است.
شکل 4: در این ردیابی پرتو، میدان جابجایی همراه با تنش فون میزس نشان داده شده است.
شکل 5: کیفیت تصویر روی سطح اسمی تصویر. این سطح آشکارساز پس از قرار گرفتن در معرض انبساط حرارتی است.
شکل 6: کیفیت تصویر در بهترین سطح فوکوس. یعنی این سطحی است که حداقل اندازه نقطه RMS را روی محور می دهد.
منابع
1. MJ Kidger، طراحی بنیادی نوری، Bellingham WA، ایالات متحده: SPIE Press، 2001.
2. https://www.us.schott.com .
3. http://www.oharacorp.com/catalog.html .
4. MA Salama، WM Rowe، و RK Yasui، “تحلیل ترموالاستیک آرایه های سلول خورشیدی و خواص مواد آنها”، یادداشت فنی 33-626 ، ناسا، 1973.
5. TM Mower، “رفتار ترمومکانیکی RTV درجه هوافضا (چسب سیلیکون)،” Int. J. Adhes. چسب ها. ، جلد 87، صفحات 64-72، 2018.
6. PR Yoder, Jr., Opto-Mechanical Systems Design , Bellingham WA, USA: SPIE Press, 2006.
مسیر کتابخانه برنامه: Ray_Optics_Module/Structural_Thermal_Optical_Performance_Analysis/petzval_lens_stop_analysis_with_hyperelasticity
دستورالعمل های مدل سازی
کتابخانه های کاربردی
1 | از منوی File ، Application Libraries را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Application Libraries ، Ray Optics Module>Structural Thermal Optical Performance Analysis>petzval_lens_stop_analysis را در درخت انتخاب کنید . |
3 |  روی Open کلیک کنید . |
جزء 1 (COMP1)
دستورالعمل ایجاد هندسه در ضمیمه آموزش تحلیل STOP لنز پتزوال. نما را جهت مطابقت با شکل 2 قرار دهید .
رابط Hyperelastic Material را اضافه کنید و پشتیبانی از لنزها را انتخاب کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1) را گسترش دهید . |
مکانیک جامدات (جامدات)
مواد فوق الاستیک 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)> Solid Mechanics (solid) را گسترش دهید . |
2 | روی Solid Mechanics (solid) کلیک راست کرده و Material Models>Hyperelastic Material را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای مواد Hyperelastic ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، پشتیبانی را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Hyperelastic Material را پیدا کنید . از لیست تراکم پذیری ، مواد تراکم ناپذیر را انتخاب کنید . |
6 | از لیست μ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 40[MPa] را تایپ کنید . |
انبساط حرارتی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Thermal Expansion را انتخاب کنید . |
2 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
مسیرهای پرتو (gop)
نمودار مسیرهای پرتو و نمودارهای استرس (نگاه کنید به زیر) به طور پیش فرض با ترکیبی از مراحل فیزیک و مطالعه ایجاد می شوند.
استرس (جامد)
درجه حرارت
روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . نتیجه باید با شکل 3 مطابقت داشته باشد .جابه جایی
روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . نتیجه باید مانند شکل 4 باشد .نمودار نقطه ای، اسمی
روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . نمودار نقطه اسمی سطح تصویر باید مانند شکل 5 باشد .نمودار نقطه ای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Spot Diagram، بهترین فوکوس روی Spot Diagram 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار نقطه ، قسمت فیلترها را بیابید . |
3 | تیک گزینه Filter by release را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش Focal Plane Orientation کلیک کنید . روی Recompute Focal Plane Dataset کلیک کنید . |
5 | قسمت فیلترها را پیدا کنید . کادر بررسی فهرست ویژگی فیلتر بر اساس انتشار را پاک کنید . |
6 | در نوار ابزار Spot Diagram، Best Focus ، روی  Plot کلیک کنید . |
7 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . بهترین نمودار نقطه فوکوس باید مانند شکل 6 باشد . |
