أدى الخلل الأخير في آلية نشر درع حراري قابل للطي أثناء إعادة الدخول إلى الغلاف الجوي إلى تسليط الضوء على مشكلة حرجة في الهندسة الفضائية: انغلاق المفاصل بسبب التمدد الحراري التفاضلي. كشفت هذه الحادثة، التي تمت محاكاتها باستخدام الديناميكا متعددة الأجسام في برنامج MSC Adams والنمذجة باستخدام التصميم بمساعدة الحاسوب في Autodesk Inventor، عن كيفية توليد الاختلافات الشديدة في درجات الحرارة لضغوط تتجاوز حدود إجهاد المادة، مما يعرض سلامة النظام للخطر.
محاكاة الانغلاق بسبب التمدد الحراري التفاضلي في المفاصل 🔥
بدأ التحليل بإعادة البناء بالليزر للنموذج الأولي الفاشل باستخدام ReCap Pro، مما أدى إلى توليد سحابة نقطية دقيقة لنموذج CAD في Inventor. في برنامج MSC Adams، تم تعريف نقاط التلامس بين أجزاء الدرع وتم تطبيق أحمال حرارية تحاكي ملف إعادة الدخول. أظهرت النتائج أن معامل التمدد الحراري لمواد المفصل، على الرغم من تشابهه في البرد، قد تباعد عند تجاوز 800 درجة مئوية، مما أدى إلى انحشار تدريجي. حددت محاكاة الإجهاد أن دورة التمدد والانضغاط المتكررة في 120 ثانية فقط من إعادة الدخول تجاوزت حد المرونة، مما تسبب في تشوه لدن أدى إلى انغلاق الآلية قبل النشر الكامل.
دروس لتصميم مفاصل تتحمل درجات الحرارة العالية 🛠️
يكمن مفتاح تجنب هذا الخلل في المحاكاة التنبؤية للإجهاد الحراري. أتاح النموذج متعدد الأجسام في Adams إجراء تكرارات على هندسات المفاصل بخلوصات محكومة ومواد منخفضة التمدد، مثل مركبات الكربون-كربون. من خلال دمج نتائج الإجهاد الدوري في إعادة التصميم باستخدام CAD في Inventor، تم تحقيق مفصل يحافظ على خلوصه الوظيفي حتى تحت التدرج الحراري الشديد. تثبت هذه الحالة أن محاكاة الإجهاد ليست مجرد مكمل، بل هي الركيزة الأساسية للتحقق من صحة الآليات الفضائية المعرضة للإجهاد الميكانيكي الحراري.
ما تقنيات المحاكاة متعددة الفيزياء في Adams و Inventor التي توصون بها لنمذجة تأثير الدورات الحرارية الشديدة على الإجهاد في مفاصل الدرع القابل للطي أثناء إعادة الدخول إلى الغلاف الجوي؟
(ملاحظة: إجهاد المواد يشبه إجهادك بعد 10 ساعات من المحاكاة.)