Die Untersuchung eines strukturellen Versagens einer Raumkapsel nach dem Wiedereintritt in die Atmosphäre stellt eine forensische Herausforderung höchsten Niveaus dar. Der analysierte Fall beinhaltete die Bestimmung, ob der Schaden an den Hitzeschutzkacheln durch einen Einschlag von Weltraumschrott oder durch chemischen Abbau während des Aufstiegs verursacht wurde. Der Schlüssel zur Lösung lag in einem Arbeitsablauf, der fortgeschrittene 3D-Digitalisierung, Analyse interner Defekte und Computersimulation kombinierte.
Technischer Arbeitsablauf: Vom beschädigten Bauteil zur Diagnose 🔍
Der Prozess begann mit der präzisen Digitalisierung des beschädigten Bauteils. Mittels eines industriellen GOM ATOS-Scanners wurde die verformte äußere Geometrie erfasst. Anschließend ermöglichte eine Analyse mit Mikro-CT, verarbeitet in Volume Graphics VGSTUDIO MAX, die Quantifizierung der inneren Porosität, der Mikrorisse und der Struktur des Verbundwerkstoffs, ohne es zu zerstören. Diese Informationen wurden zur Erstellung eines getreuen digitalen Modells genutzt. Danach wurde in Ansys Discovery die thermische Umgebung und die Fluidströmung beim Wiedereintritt simuliert und auf das Modell mit und ohne die identifizierten Defekte angewendet. Der Vergleich der Simulationsergebnisse mit dem tatsächlichen Schadensmuster war entscheidend für die endgültige Diagnose.
Die Simulation als entscheidendes Werkzeug in der forensischen Ingenieurwissenschaft ⚖️
Dieser Fall unterstreicht, wie die Simulation über die Entwurfsphase hinausgeht. Bei der Untersuchung von Versagen ermöglichen Werkzeuge wie Ansys die kontrollierte und sichere Nachbildung extremer Bedingungen, wobei kritische Variablen isoliert werden. Die Möglichkeit, ein 'ideales' Modell mit einem 'fehlerhaften' aus der realen Welt zu vergleichen, schließt den Kreislauf der Ingenieurwissenschaft und verwandelt einen Vorfall in validiertes Wissen, um künftige Ausfälle zu verhindern.
Wie kann die Simulation multiaxialer und thermomechanischer Ermüdung genutzt werden, um zu bestimmen, ob das katastrophale Versagen eines Hitzeschildes auf einen Fertigungsfehler, einen Konstruktionsfehler in der Befestigung oder eine Lastfolge außerhalb der Spezifikation während des Wiedereintritts zurückzuführen ist?
(PS: Die Materialermüdung ist wie deine nach 10 Stunden Simulation.)