Logiciel GrandMiroir
Thierry BERTHE © Copyright 2016 astro.berthe@free.fr
Premier démarrage du logiciel :
- Installer GRANDMIROIR, NETGEN, ELMER et PARAVIEW.
- Configurer le logiciel GRANDMIROIR.
1ère Etape : Calcul du mesh par le logiciel NETGEN
http://sourceforge.net/u/joachimschoberl/
Calcul de la géométrie du miroir et des supports-pressions (création du fichier .mir)
MIROIR
- Miroir de type classique c’est-à-dire dos plat ou bien de type ménisque
- Miroir percé ou non
Remarque : la masse indiquée est approximative à cette étape (calculée avec une densité de 2230 kg.m-3)
SUPPORTS VERTICAUX
- Pression (pression uniforme)
- Supports-pressions dont la position est calculée automatiquement.
- Supports-pressions dont la position est issue d'un fichier .txt créé par l'utilisateur. Dans ce fichier, il est possible d'introduire un coeficient permettant d'augmenter ou de diminuer la force exercée par chacun des supports-pression.
- Supports-pressions calculés à partir de paramètres PLOP (nombre de supports et rayons)
ANNEAUX LATERAUX
- Anneaux déformables en périphérie du miroir et éventuellement en périphérie intérieure si le miroir est percé.
- Ces anneaux ne jouent aucun rôle lorsque le miroir est à l'horizontale.
- Je considère toujours que la périphérie extérieures du ou des anneaux est fixe, c'est à dire indéformable. Cette hypothèse me semble très réaliste à partir du moment où la matière composant ces anneaux est très "flexible"
- Je ne fais pas intervenir la masse de ces anneaux dans le calcul de déformations du miroir mais il serait aisement possible de le faire si nécessaire.
- le F/D doit être supérieur à 1.
- les tests ont été fait avec une épaisseur de 5mm minimum pour les miroirs ménisques.
2ème Etape : Calcul des déformations du miroir par ELMER (création du fichier .cal)
MIROIR SUPPORTE PAR UNE PRESSION UNIFORME :
- Lire le fichier .mir issu du calcul de la geométrie du miroir (1ère étape)
- Changer la matière du miroir
- Changer la matière du ou des anneaux
- Changer l'hypothèse de calcul si l'on veut une surpression ou une sous-pression. La pression indiquée est celle pour un miroir à 90°. Le fait de changer cette valeur entrainera des forces sur le pourtour du miroir au niveau de l'anneau. A mon avis, à déconseiller dans la pratique.
- Entrer la valeur de l'inclinaison du miroir
MIROIR SUPPORTE PAR DES SUPPORTS-PRESSIONS :
- Lire le fichier .mir issu du calcul de la geométrie du miroir (1ère étape)
- Changer la matière du miroir
- Changer la matière du ou des anneaux
- Changer l'hypothèse de calcul si l'on veut modifier les forces exercées par les supports-pressions.
- Entrer la valeur de l'inclinaison du miroir
MATIERE DU VERRE :
- Divers choix possibles : pyrex, BK7, Quartz, Zerodur, Astrositall, Autre. (densité, young, poisson)
MATIERE DES ANNEAUX :
- Silicone ou autre. (densité, young, poisson)
PRESSION DE CALCUL :
- Intensité en Pascal
- Dans le cas d'une pression uniforme, il est toujours possible de l'augmenter ou de la diminuer. La valeur introduite doit être la pression pour une inclinaison de 90°.
- Dans le cas de supports-pressions, la somme totale des forces exercées par les supports sur le miroir est toujours égale au poids de celui-ci.
- Il est également possible de faire varier ces forces par un coefficient multiplicateur.
ANGLE D'INCLINAISON DU MIROIR :
- Angle de l’axe du miroir par rapport à l’horizontale en degré.
3ème Etape : Analyse et visualisation des déformations par PARAVIEW. Visualisation des déformations de la tâche d'AIRY au foyer. (création du fichier .res)
DONNEES CALCULEES :
- Calcul du déplacement général du miroir en x, y et z.
- Calcul de la variation de la focale théorique
- Calcul du déplacement du point focal par rapport à une parabole optimisée.
- Calcul du P-V de la surface du miroir
- Calcul du rms de la surface du miroir
- Visualisation des déformations du miroir dans les axes x, y, z, et xyz.
- Visualisation de ces même déformations après optimisation de la focale.
- Visualisation de la tâche d’Airy théorique normalisée en absence de déformations. (le quadrillage vert à la taille de 5µm x 5µm. Le cercle rouge correspond à la taille de la tâche d'AIRY)
- Visualisation de la tâche d’Airy théorique non normalisée en absence de déformations : il y a une différence avec la précédente uniquement dans le cas d’un miroir percé.
- Convergence de la lumière au point focale : image très intéressante car on visualise les lieux d’intersection entre tous les rayons lumineux provenant de l’infini au foyer du miroir. Cette convergence est calculée en modélisant, pour chacun des points du meshing du miroir, la surface de celui-ci par un polynôme (je limite le calcul à un système d’ordre 25). Pour calculer le rayon réfléchi, j’utilise le vecteur gradient de la surface.
- Calcul (approximatif) de l'allure de la tâche d'AIRY au foyer.
- Visualisation de la qualité du miroir : Sur cette image, on visualise les zones du miroir qui travaillent correctement. Les points qui apparaissent en bleu sont des points dont la distance entre l’axe et le point de convergence est supérieur au rayon de la tâche d’Airy théorique. En superposant l’image des déformations en x avant optimisation et l’image qualité du miroir, on peut remarquer qu’une forte déformation n’engendre pas forcément une mauvaise réflexion. En effet, ce qui compte, c’est la variation angulaire que va subir la normale à la surface lors des déformations.
- Rayon proche du foyer dans le plan X-Y
- Rayon proche du foyer dans le plan X-Z
- Rapport html : résumé de l’analyse.
- Le programme créé un fichier miroir.res qui permet de revisualiser les résultats sans avoir à refaire les calculs d’analyses.
CALCULS COMPLEMENTAIRES POSSIBLES :
- Calcul de la tâche d'AIRY lorsque les rayons lumineux incidents forment un angle par rapport à l'axe optique.
Sur ce point, il est intéressant et surprenant d'observer que lorsqu'un miroir mince est supporté par une pression uniforme, le calcul montre comme une translation du champ. Ce n'est qu'un calcul mais intéressant tout de même.
- il est également possible de déplacer le calcul du foyer (moyennement intéressant).