Halbkugelförmige Metallmenbrane werden in den Hydrazin-Antriebssystemen der Raumfahrt eingesetzt. Die vorgestellten Berechnungen sind ein anspruchsvolles Beispiel für die Kombination von extremem nicht-linearen Materialverhalten, Instabilitätsberechnung und Beulvorhersage. Möglich wird diese Kombination durch die Anwendung der automatischen Last- und Schrittsteuerung. Mit Hilfe von axialsymmetrischen Berechnungen wurde die untersuchte Struktur optimiert. Dabei wurde das Interesse auf ein optimiertes Verformungsverhalten und eine homogene Druck-Durchstellcharakteristik konzentriert. Unter anderem konnte damit der maximal benötigte Durchstelldruck bestimmt und durch Veränderungen der Geometrie minimiert werden. In einem nächsten Schritt wurde eine 3-D-Berechnung durchgeführt, um den Einfluß von Wandstärkenverteilungen zu studieren. Als besonders kritisch wurde dabei mögliches Beulverhalten der Membran eingestuft. Dieses Beulverhalten stellt sich bei ungünstiger Kombination von Material, Geometrie und Wandstärke ein. Die durch MARC vorhergesagte Beulcharakteristik wurde in Durchstellversuchen bestätigt, ebenso wie das unsymmetrische Durchstellen aufgrund von Umfangsvariationen der Wandstärke. Abschließend wurde das 3-D-Mesh zusätzlich mit Flüssigkeitselementen vernetzt, um den Effekt einer 10 g Querbeschleunigung zu simulieren. Die Flüssigkeit wurde mit 3-D Elementen simuliert. Eine Uberprüfung der Ergebnisse mit Hilfe von analytischen Abschätzungen zeigte gute Übereinstimmung. Es ist also möglich, Flüssigkeitsverhalten dieser Art mit vereinfachten Mitteln zu simulieren. Eine ausführliche Berechnung mit Flüssigkeitselementen wird durchgeführt, sobald MARC K 7 verfügbar ist. Die automatische Last- und Schrittsteuerung ermöglicht die Berechnung von Kombinationen komplexer Problemstellungen zu. Allerdings ist eine Einarbeitung in die Funktionsweise der Arc Length Methode dabei unbedingt nötig. Dies ergibt sich automatisch aus den Parametern, die dazu einzustellen sind. Um die Rechnung zur Konvergenz zu bringen bzw. die Rechenzeit ebenso zu optimieren, ist die Wirkungsweise dieser Parameter wichtig.
Numerische Simulation des Durchstellverhaltens einer halbkugelförmigen Metallmembran für einen Treibstofftank
MARC Benutzertreffen, 1997 ; 1-25
1997
25 Seiten, 21 Bilder, 4 Tabellen
Conference paper
German