Courtesy Airbus Defense & Space: Hình minh họa Bartolomeo platform được thiết kế để mở rộng việc sử dụng ISS

Tất cả các cấu trúc đều có tần số tự nhiên, đây thường là đặc điểm quan trọng nhất của cấu trúc, đặc biệt là khi nói đến phản ứng động. Thông thường, các rung động phải được khảo sát để định lượng phản ứng của cấu trúc và đánh giá ảnh hưởng của nó đối với các yếu tố như hiệu suất và độ mỏi.

Modal testing là một kỹ thuật rất hữu ích và được sử dụng rộng rãi để xác minh và kiểm tra trạng thái này bao gồm các tần số tự nhiên, mode shape và giảm chấn của một kết cấu, giúp các kỹ sư hiểu được cách một thiết kế sẽ phản ứng với các tải động khác nhau.

Trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, kỹ thuật này còn được gọi là modal survey testing nhằm hiệu chỉnh và tăng độ chính xác của mô hình động lực học cấu trúc phần tử hữu hạn (FE) của spacecraft và space launcher. Trong tất cả các yếu tố, mô hình đã được xác thực đóng vai trò quan trọng đối với việc dự đoán các đặc tính dao động của launcher, độ ổn định khí đàn hồi và các môi trường động mà trọng tải và thiết bị trên tàu được đưa vào trong quá trình phóng.

Hình ảnh từ NASA: Thử nghiệm modal survey testing trên tên lửa Ares (trái), Tàu con thoi Challenger (giữa) và siêu tên lửa SLS (phải)

Một thử nghiệm modal survey testing bao gồm các lực bơm, sử dụng electrodynamic shaker hoặc trong một số trường hợp, cũng có thể sử dụng modal impact hammer tại một số đầu vào được lựa chọn cẩn thận. Trong trường hợp shaker excitation, phương pháp burst random excitation thường được sử dụng vì nó nhanh và hiệu quả. Khi yêu cầu mức kích thích cao hơn, hoặc để đánh giá các đặc tính phi tuyến, chúng tôi sẽ sử dụng kỹ thuật kích điện sin. Các lực được đo trong quá trình thử nghiệm, cùng với các gia tốc phản ứng tại nhiều vị trí trong toàn bộ cấu trúc. Trong quá trình thử nghiệm này, tàu vũ trụ được gắn trong các điều kiện biên đã biết, có kẹp cố định hoặc free-free hoặc kết hợp cả hai. Trong quá trình kích thích, FRF sẽ được đo.

Sau khi thử nghiệm, công nghệ modal curve-fitting được áp dụng để trích xuất thông tin modal: tần số cộng hưởng, hệ số giảm chấn và mode shape. Kết quả thử nghiệm được sử dụng cho mục đích xác nhận toàn bộ mô hình FE và các tần số tương quan, modal shape và các giả định về giảm chấn. Các mode shape và tần số quan trọng là những yếu tố chính đóng góp vào tải giao diện launcher/ spacecraft và các tải bên trong.

Quá trình này được minh họa bằng sơ đồ bên dưới. Nó biểu diễn cách các mô hình FE ban đầu của tàu vũ trụ có thể được sử dụng trong Simcenter 3D Structural Dynamics để thực hiện phân tích trước thử nghiệm và thiết kế tối ưu chiến dịch thử nghiệm. Sau đó, Simcenter TestlabSimcenter SCADAS được sử dụng để đo lường hiệu quả và độ tin cậy của các FRF và xác định chính xác mô hình thực nghiệm tốt nhất. Cuối cùng, kết quả thực nghiệm tiếp tục được khai thác để tạo mối tương quan giữa mô hình sơ bộ với kết quả thực nghiệm và cập nhật mô hình FE để phản ánh thực tế tốt hơn.

Các giai đoạn khác nhau của quy trình khảo sát modal survey test: từ chuẩn bị thử nghiệm, đến thực hiện thử nghiệm, phân tích và báo cáo

Một ví dụ điển hình về modal survey test là dự án Bartolomeo từ Airbus Defense & Space, được thực hiện bởi Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Phần cứng Simcenter SCADAS Mobile đã được sử dụng làm thiết bị đo lường quan trọng cho thử nghiệm modal survey test nhằm cập nhật mô hình mô phỏng FE của nền tảng Bartolomeo. Điều này cho phép nhóm mô phỏng và dự đoán các khía cạnh chỉ có thể được thực hiện bằng mô phỏng và phân tích, chẳng hạn như cách nền tảng kết hợp với trình khởi chạy.

Một ví dụ điển hình về chương trình modal survey test là dự án Bartolomeo từ Airbus Defense & Space, do Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) thực hiện. Thiết bị Simcenter SCADAS Mobile đã được sử dụng làm thiết bị đo lường quan trọng cho thử nghiệm modal survey test nhằm cập nhật mô hình mô phỏng FE trên nền tảng Bartolomeo. Điều này cho phép nhóm mô phỏng và dự đoán các khía cạnh chỉ có thể được thực hiện bằng cách sử dụng mô phỏng và phân tích, chẳng hạn như cách nền tảng kết hợp với launcher.

Nguồn: Siemens

Leave a Reply

Your email address will not be published.