Thermische Analyse einer Großantenne
Branche: Maschinen- und AnlagenbauFachgebiet: StrukturmechanikDie CPI VERTEX Antennentechnik GmbH ist Hersteller eines ALMA (Atacama Large Millimeter Array) Teleskops mit einem Antennendurchmesser von 12 m. Für diese Anlage wird eine thermische Analyse benötigt, die CADFEM mit Ansys Simulationstools erstellte.
Zusammenfassung
Aufgabe
Aufgrund der vorgegebenen Spezifikationen musste die Antenne unter Berücksichtigung der Sonneneinstrahlung, der Abstrahlung und natürlich der konvektiven Wärmeübertragung an die Umgebung analysiert werden.
Lösung
Unter Berücksichtigung der Wärmeübertragungseffekte Wärmeleitung, Wärmekonvektion und Wärmestrahlung war es CADFEM möglich, das Temperaturfeld der Antenne in Ansys zu bestimmen. Als besondere Herausforderung wurde die thermische Analyse des konvektiven Wärmeübertragungsanteils an die Umgebung mit einer CFD-Analyse kombiniert. Daher wurde auch der Windeinfluss auf das Temperaturfeld der Antenne berechnet.
Kundennutzen
Die VERTEX Antennentechnik GmbH erhielt eine komplexe thermische Analyse der Antennenanlage durch das Team von CADFEM-Consulting.
Stellen Sie sich den Sonnenaufgang an den Ausläufern der chilenischen Anden vor. Der Wind weht langsam durch die trockene Atacama-Wüste... Dieses Szenario entspringt nicht der Fantasie eines einsamen Abenteurers, sondern ist der gegebene thermische Lastfall für die Konstruktion eines der Teleskope des ALMA (Atacama Large Millimeter Array) Projektes. Die VERTEX Antennentechnik GmbH benötigte eine umfassende thermische Analyse als Simulationsmodell in Ansys.
Um zu überprüfen, ob die Kamera den hohen Anforderungen entsprechen kann, wurde ein Fall aus zwei Metern Höhe mit der Software ANSYS LS-DYNA simuliert (drop test). Die mit der expliziten Simulation ermittelte Belastung im Gehäuse während des Aufprallzeitraumes wurde für fünf verschiedene Fallpositionen analysiert. Die Modellierung des komplexen Innenlebens der Kamera erfolgte mit Starrkörpern, und zwar unter Berücksichtigung der realen Schwerpunkte, Massenträgheiten und den möglichen Kontaktsituationen. Für die Gummi-Ummantelung ist ein hyperelastisches Materialmodell zur Abbildung großer Deformationen zum Einsatz gekommen. Das Kunststoffgehäuse wurde mit Tetraedern mit Rotationsfreiheitsgraden vernetzt, die für eine gute Approximation der Steifigkeit sorgen und gleichzeitig die Vernetzung von aufwändigen Spritzguss-Bauteilen ermöglichen.
Bilder: © VERTEX antenna technology
