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同步辐射聚集镜压弯机构的设计与模拟

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摘要

第1章 绪论

1.1 同步辐射介绍

1.1.1 同步辐射特性

1.1.2 同步辐射装置

1.1.3 同步辐射的发展

1.2 X射线聚焦技术

1.3 压弯机构研究现状

1.4 主要研究内容

1.5 本章小结

第2章 压弯机构设计

2.1 压弯机构设计理论

2.1.1 几何关系

2.1.2 弯曲原理

2.1.3 压弯理论

2.2 压弯机构参数计算

2.2.1 压弯机构设计指标

2.2.2 有效长度计算

2.2.3 最大力矩计算

2.2.4 理论面型计算

2.3 压弯机构结构设计

2.4 压弯机构设计校核

2.4.1 solidworks simulation简介

2.4.2 有限元分析模型的建模

2.4.3 有限元分析模型的约束与载荷

2.4.4 有限元分析模型的网格划分

2.4.5 压弯机构有限元分析结果

2.5 小结

第3章 压弯镜面型误差分析

3.1 压弯镜面型误差

3.1.1 理论面型误差

3.1.2 工艺面型误差

3.1.3 压弯机构导致的面型误差

3.1.4 热变形导致的面型误差

3.1.5 重力导致的面型误差

3.2 压弯镜理论面型

3.3 压弯镜有限元分析

3.4 理论面型误差的有限元分析

3.4.1 压弯半径对面型误差的影响

3.4.2 镜子宽度对面型误差的影响

3.4.3 镜子高度对面型误差的影响

3.4.4 横截面剪力对面型误差的影响

3.5 本章小结

第4章 压弯镜重力补偿

4.1 压弯镜自重导致的面型误差

4.1.1 自重导致面型误差的理论分析

4.1.2 自重导致面型误差的有限元分析

4.2 压弯镜重力补偿方法

4.2.1 力矩补偿重力

4.2.2 力矩加一点力补偿重力

4.2.3 力矩加两点力补偿重力

4.2.4 力矩加三点力补偿重力

4.2.5 力矩加四点力补偿重力

4.3 不同重力补偿方法的对比

4.3.1 力矩加多点力补偿方法的对比

4.3.2 多点力与力矩加多点力补偿方法的对比

4.4 压弯机构垂直聚焦的有限元分析

4.4.1 压弯力矩拟合

4.4.2 垂直聚焦

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 课题展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

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摘要

随着同步辐射光学的迅速发展,为纳米级的高空间分辨实验提供了可能,这对同步辐射光束线聚焦技术提出了更高的要求。同步辐射中使用的辐射光主要位于X射线波段,目前国内外多使用压弯镜以掠入射的方式进行X射线的聚焦。本文围绕同步辐射聚焦镜压弯机构的设计,介绍了压弯机构设计理论,完成了压弯机构的设计和校核,分析了理论面型误差对压弯镜面型精度的影响,提出了力矩加多点力的重力补偿方法。具体内容为:
  1.根据压弯机构设计理论,计算了压弯镜的有效长度、最大力矩和理论面型,完成了压弯机构的设计和校核。压弯机构垂直聚焦的有限元分析表明,在使用力矩加一点力进行重力补偿后,压弯镜面型斜率误差减小到0.102μrad。
  2.推导了压弯镜理论面型的计算过程,通过压弯镜面型理论值与有限元模拟值的对比,分析了压弯半径、镜子宽度、镜子高度和横截面剪力对面型误差的影响。压弯镜面型理论值与有限元模拟值的对比表明,压弯半径越大斜率误差越大;横截面剪力越大斜率误差越大;当镜子宽长比或高长比较大时,压弯镜不满足长直梁的假设,面型误差迅速增大。
  3.推导了压弯镜自重导致面型误差的理论计算过程,提出了力矩加多点力的重力补偿方法。压弯镜自重导致的斜率均方根误差为4.693μrad,采用力矩加一点力、力矩加两点力、力矩加三点力和力矩加四点力进行重力补偿后,自重导致的斜率误差分别为0.085μrad、0.028μrad、0.012μrad、0.007μrad。力矩加多点力与多点力补偿方法的对比表明,在镜子两端使用力矩进行重力补偿后,所需补偿力大小相应降低,面型斜率误差明显减小,力矩加一点力、力矩加两点力、力矩加三点力和力矩加四点力补偿后的斜率误差分别为没有力矩补偿时的36%、52%、61%、68%。力矩加多点力补偿重力的方法明显优于多点力补偿重力的方法。

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