Experimental Dynamic Load Simulation by Means of Modal Force Vectors - Final Report - ESA-Contract No. 7509/87/NL/PP Rider 1

Abstract

Moderne Raumfahrtsysteme erfordern auf Grund der steigenden Tendenz zum Leichtbau sowie wachsende Groesse neue Verfahren zur strukturdynamischen Qualifikation. Strukturdynamische Qualifikation beinhaltet die experimentelle Ueberpruefung der dynamischen Auslegung der Konstruktion. Strukturdynamische Qualifikation von Raumfahrtsystemen wird auch gegenwaertig noch ueberwiegend in Form einachsiger Gleitsinustests durchgefuehrt. In den letzten zehn Jahren wurden als Alternative Testverfahren zur Simulation der mehrachsigen Belastungen entwickelt. Mit sogenannten Mehrachsenvibrationssimulatoren werden die dynamischen Lasten wie im realen Betrieb direkt als mehrachsige transiente Fusspunktzerregung auf die Teststruktur gegeben. Dabei werden jedoch erhebliche Kraefte benoetigt, um den gesamten Vibrationstisch mitsamtder Teststruktur zu beschleunigen. In einer Studie der Europaeischen Raumfahrtagentur ESA wurde ein neues Verfahren entwickelt, bei dem die dynamischen Lasten, die durch Fusspunktbeschleunigung entstehen, durch Kombination modaler Erregerkraefte simuliert werden. Bei der Modalkraftsimulation werden die Lasten durch an der Struktur angreifende Einzelkraefte erzeugt. Diese ersetzen die Traegheitskraefte, welche durch mehrachsige zeitabhaengige Beschleunigungen an den durch Modularisierung entstehenden Koppel- oder Schnittstellen - z. B. zwischen Traegersystemen und Nutzlast bei Raumfahrtsystemen - entstehen. Die Kraftverlaufe werden dabei durch Kombination modaler Einzelkraftgruppen, das sind Kraftverteilungen zur gezielten Anregung von Eigenschwingungsformen, berechnet. Sie sollen in der Struktur die gleichen Antworten erzeugen, wie sie durch reale dynamische Belastung infolge Fusspunkterregung entstehen wuerden. Dabei laesst sich die Berechnung und damit auch die Simulationin zwei grundsaetzlich