Steifigkeitsanalyse zur Prüfung der Zuverlässigkeit von optischen Instrumenten
Branche: Maschinen- und AnlagenbauFachgebiet: StrukturmechanikDas Adaptive-Optik-Modul GALACSI, das von Ingenieuren der ESO am Hauptsitz in Garching gebaut wurde, ist Teil des Very Large Telescope (VLT) auf dem Cerro Paranal in Chile. Vor seinem Einsatz ist die Steifigkeit der Optik mit Simulationstools von Ansys und Know-how aus dem Hause CADFEM geprüft worden.
Zusammenfassung
Aufgabe
An einem Riesenteleskop (VLT) können Biegespannungen am optischen System (Spiegel/Linsen) aufgrund von Umweltbedingungen (Schwerkraft, Erdbeben, Temperaturschwankungen) auftreten. Diese würden die Leistung des Systems erheblich beeinträchtigen.
Lösung
Um die Zuverlässigkeit der empfindlichen Strukturen zu gewährleisten, wurde das Steifigkeitsverhalten des GALACSI-Moduls mit ANSYS® Workbench™ bestimmt.
Kundennutzen
Durch die Einführung der erforderlichen optischen Koordinatensysteme in die FE-Umgebung gelang ein effizientes Postprocessing des Systemverhaltens.
GALACSI ist ein adaptives optisches Modul, das mehrere Wellenfrontsensorkameras, Relaisoptik, Elektronik sowie die erforderlichen mechanischen Systeme enthält. Die gesamte Struktur ist an einem der VLT-Teleskope des Paranal-Observatoriums in Chile montiert. An einem solchen Riesenteleskop können Biegespannungen am optischen System (Spiegel/Linsen) aufgrund von Umweltbedingungen (Schwerkraft, Erdbeben, Temperaturschwankungen) auftreten. Diese würden die Leistung des Systems erheblich beeinträchtigen. Es galt die Zuverlässigkeit der empfindlichen Strukturen im Vorfeld zu prüfen.
Um die Zuverlässigkeit der empfindlichen Struktur zu gewährleisten, wurde das Steifigkeitsverhalten von GALACSI mit ANSYS® Workbench™ bestimmt. Dazu ist ein Finite-Elemente-Modell der Tragstruktur auf der Grundlage von Volumenelementen erstellt worden. Optische Komponenten oder Subsysteme wurden an der Position ihrer optischen Punkte mit Punktmassen idealisiert, die an den jeweiligen Befestigungspunkten angebracht wurden. Komponenten von Drittanbietern (z.B. Antriebe) wurden mit den Steifigkeitswerten aus deren Datenblättern vereinfacht. Biegespannungen und Frequenzen wurden für verschiedene mögliche Konfigurationen berechnet. Die Verschiebungen und Verdrehungen der optischen Punkte wurden in Bezug auf die Ausrichtung der optischen Pfade exportiert.
