粘结连接在望远镜主镜支撑中应力分散作用研究

　　在反射式光学望远镜中，主反射镜是其关键部件，主镜的面形直接影响望远镜的成像质量[1]。影响主镜面形的因素除了镜面的加工误差外，镜面的重力和支撑系统也将产生附加的镜面误差。而支撑安装技术对主镜最终的面形影响也很大。支撑和主镜的常用连接方式有机械连接和使用粘结剂连接，相比机械紧固方式，粘结剂连接具有重量轻、成本低、易于装配等优点，常被用来作为支撑和主镜的连接方式。而且相对于机械连接方式，粘结连接在对于轻量化主镜时更有优势。由于大型望远镜的重量和制作成本很大程度上都是由主镜决定的，研究表明主镜的重量是主镜重量的二次方，而制作成本是主镜质量的四次方[2，3]，现代大型望远镜制作中在要求主反射镜满足口径要求之外，一般要求降低主镜的质量，因此很多大型反射镜的主镜都进行了轻量化设计。轻量化后的主镜质量大幅下降，但主镜的刚度也在下降，微小的作用力都有可能引起主镜较大的变形，这就为主镜支撑特别是支撑和主镜的连接提出了更高的要求。而且传统的机械连接方式极易引起应力集中，特别是对于主镜轻量化的薄壁结构，由于强度较低，在机械连接时可能造成主镜破坏。而采用粘结连接时，主镜和支撑之间是一层模量较低的橡胶层，这层粘结层可以使支撑应力分布更为均匀，不至于出现应力集中的现象。

　　国外6米的Mutilply mirrors telescope(MMT)的主镜支撑就使用了2mm厚的硅橡胶粘结层作为支撑和主镜的连接。MMT 的支撑采用主动支撑技术，使用104个力促动器输出主动力，力促动器通过三脚架结构(load spreder)将主动力传递给主镜，三脚架结构三个顶点处分别连接三个支撑块(puck)，支撑块的形状像一个倒扣的碗，大口部分通过2mm厚的粘结层和主镜链接，小口部分通过一个柔性机构和三脚架连接，具体的结构在图1中给出[4]。MMT的主镜支撑中使用2mm厚粘结层一是起到连接作用，二是在安装和实际使用中主镜支撑可能会受到意外的力和力矩，例如由于热膨胀系数不同，支撑块和主镜的膨胀不同，它们之间会产生热应力;当主镜支撑安装或实际使用中产生变形，或安装偏心时也会使主镜受到额外的力。当出现这些意外情况时，2mm厚的粘结层可以起到缓冲和分散力的作用，使主镜不至于受力过大而导致破坏。

　　国内对于使用粘结连接的研究主要集中在如何保证粘结强度方面，而对于粘结连接在应力分散等方面的研究较少。本文针对粘结层的应力分散进行了仿真研究。借鉴了MMT的分析方法，通过计算粘结层和主镜的接触层的应力，找出最大应力和平均应力之比PCF，用PCF来评价粘结层的应力分散情况。还计算了使用不同参数时粘结层的 PCF值。本文首先给出分析模型，然后依次分析不同模量和厚度粘结层对PCF的影响，并同MMT计算结果进行了对比和讨论。