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Steifigkeitsanalyse für ein Riesenteleskop (VLT)
Das ESO hat für das Riesenteleskop (VLT) in Chile das Adaptive-Optik-Modul GALACSI entwickelt. Bei CADFEM wurde die Steifigkeit mittels Simulation überprüft.

Steifigkeitsanalyse zur Prüfung der Zuverlässigkeit von optischen Instrumenten

Branche: Maschinen- und AnlagenbauFachgebiet: Strukturmechanik

Das 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.

Projekt Details

Aufgabenstellung

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.


Nutzen für den Kunden

Anhand dieser Ergebnisse und der vorgelegten Sensitivitätsmatrix konnte ESO die Bildstabilität des Systems untersuchen und bewerten. Durch die Einführung der erforderlichen optischen Koordinatensysteme in die FE-Umgebung gelang ein effizientes Postprocessing des Systemverhaltens.


Lösung

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.

Bilder: © ESO (European Southern Observatory)


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