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公司:

美国国家航空航天局(JWST-ISIM)

产品:

MSC Nastran
Patran

行业:

航空航天

概述:

詹姆斯·韦伯太空望远镜是一种高度敏感的仪器,使用精密光学计量支撑结构进行定位。这种支撑结构由复合材料制成,在减轻重量的同时减少热膨胀效应。仪器和结构要承受从发射时的环境温度到在轨道上的低温温度的各种温度。动态和静态负载分别在发射和运行中遇到。

挑战:

支撑结构必须满足与变形、动、静载荷事件相关的严格的结构要求。试验必须辅以分析,以验证和改进数量有限的物理试验。必须开发出通过概率方法来探索设计的方法,并在2西格玛不确定性范围内满足性能要求。

解决方案:

采用MSC Nastran高保真度模型(1.5 M节点,~5M自由度)在全球水平上检查了受热和重力载荷影响的ISIM结构的完整性(SOL 101)和简化的Craig-Bampton动力分析模型(SOL 103)。采用了全球和全球局部(详细的应力模型)方法和测试方法,作为开发和验证复合材料接头设计的方法和可允许性的基础。

通过装配试验验证了MSC Nastran的高保真动态模型,并将其用于确定仪器的最优布置、激励载荷点和目标模式。高保真度MSC Nastran模型还用于预测从环境温度到低温温度的热变形、低温热稳定性和1g载荷下的物理变形。

与标称分析相比,该模型还用于量化由于材料、制造和空间变化而产生的误差边界和不确定性。同样的模型也被用来通过半经验方法确定和验证允许的强度。这些允许条件包括复合材料层间破坏、复合材料n面破坏和金属在室温和低温下的极限和屈服破坏条件。此外,采用全局-局部方法验证了在低温下胶粘剂最大主应力的允许破坏。

结果验证:

直接应用MSC Nastran求解器得到了与动态测试结果一致的有效设计,频率匹配范围在5%以内。低温试验验证了热变形预测的有效性,并建立了与标称预测相关的误差界。经MSC Nastran模型验证的允准值在预测环境和低温下复合材料关节的破坏时是保守的。

好处:
  • 准确预测发射和在轨复合材料结构的动态、变形和强度性能
  • 与测试结果非常一致
  • 能够精确地复制太空中的极端环境

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