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耐用航天器部件设计的工程仿真:以 Astrobotic Technology, Inc. 为例

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技术
  • 分析与建模 - 数字孪生/模拟
  • 传感器 - 温度传感器
适用行业
  • 设备与机械
  • 生命科学
适用功能
  • 产品研发
  • 质量保证
用例
  • 数字孪生
  • 虚拟现实
服务
  • 测试与认证
关于客户
Astrobotic Technology, Inc. 是月球前沿的一家先驱公司,通过不断扩大范围和能力的任务提供商业有效载荷输送和机器人服务。他们的初始任务 Tranquility Trek™ 旨在通过 SpaceX Falcon 9 运载火箭将机器人发射到月球,赢得 Google Lunar X PRIZE,并传回高清 3D 视频和图像。该公司致力于设计和改进轻质铝和复合材料航天器,以承受发射时的静态加速度和动态随机振动载荷,同时保持可接受的安全水平。
挑战
Astrobotic Technology, Inc. 在设计 Tranquility Trek 航天器的结构部件时面临着重大挑战。这些部件由铝和轻质复合材料组成,其中碳纤维与铝蜂窝粘合在一起,形成高强度但轻质的夹层材料。夹层结构的分层结构和各向异性特性需要专门的预处理工具来准确表示每层碳的纤维方向。此外,需要专门的后处理工具来预测夹层失效。该公司还必须考虑发射过程中的随机负载。 Astrobotic 需要在发射条件下测试多种航天器配置,以经济高效的方式选择和完善最佳设计。
解决方案
Astrobotic Technology, Inc. 利用 ANSYS® Mechanical™、ANSYS DesignModeler™ 和 ANSYS Workbench™ 来解决其设计挑战。工程师使用直接界面将 CAD 几何图形导入 ANSYS 环境。 ANSYS DesignModeler 工具对模型进行预处理,为仿真做好准备。 ANSYS 网格划分提供了几何形状的自动离散化,同时允许用户定义感兴趣区域的细化。为了定义层压板和夹层板的分层元素,工程师在 ANSYS Workbench 环境中使用 ANSYS Mechanical 软件的 ANSYS 参数化设计语言 (APDL)。该团队在 Workbench 中使用 ANSYS Mechanical 软件来定义多种分析类型(自由振动、静态加速度和随机振动),这些分析类型都共享相同的几何形状、材料属性和连接。使用 ANSYS Workbench 中的 ANSYS Mechanical APDL 功能,工程师将结果与失效标准进行比较,以考虑材料的分层结构并识别潜在失效区域。
运营影响
  • The use of ANSYS tools provided Astrobotic with a streamlined and efficient design process. The ANSYS Workbench environment facilitated automated communications between the CAD software, pre-processor, solver, and post-processor, enabling quick and easy updates to solutions after changing design parameters. This automation significantly reduced the time and effort required to test different configurations of material layup definition. Furthermore, engineers could tweak and reshape components without the need to redefine mesh controls or loading. Although physical testing will still be conducted to validate spacecraft design, the use of simulation helped to reduce the number of costly prototypes and physical tests required.
数量效益
  • Astrobotic was able to quickly design and refine a lightweight aluminum and composite spacecraft.
  • The ANSYS Workbench environment provided automated communications between the CAD software, pre-processor, solver and post-processor that allowed solutions to be updated quickly and easily after changing design parameters.
  • Astrobotic gained the ability to test different configurations of material layup definition with minimal effort.

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