チェレンコフ放射を検出するために設計されたLST望遠鏡は、その適応鏡の支持構造が崩壊した後、重大な位置ずれを生じました。故障の原因は炭素繊維の継手部分に特定され、そこで繰り返し疲労が微細な亀裂と永久変形を引き起こしました。この現象を理解するために、3Dスキャン、CADモデリング、有限要素シミュレーションを組み合わせたデジタルフォレンジック分析が実施されました。
フォレンジックワークフロー：RealityCaptureからMSC Nastranへ 🔧
最初のステップは、RealityCaptureでの写真測量法を用いて、崩壊した支持部の実際の形状を記録することでした。この点群モデルはSiemens NXにインポートされ、元のCAD設計を再構築し、変形した部品と比較するために使用されました。形状を整えた後、アセンブリはMSC Nastranにエクスポートされ、多軸疲労解析が行われました。炭素繊維継手には、望遠鏡の典型的な動作荷重（可変重力、風、熱振動）が適用されました。SOL 101ソルバーにより接合部の残留応力が特定され、一方、疲労モジュール（SOL 111）は、期待された10年を大幅に下回る、わずか2.3年の寿命を予測しました。
複合材料構造設計への教訓 💡
この事例は、炭素繊維は軽量で剛性が高いものの、層間劣化をモデル化しなければ継手部分で脆弱であることを示しています。Nastranでのシミュレーションにより、故障は過負荷によるものではなく、低振幅サイクル下でのエポキシマトリックスの損傷蓄積によるものであることが明らかになりました。将来の改良に向けては、金属インサートを用いて接合部を再設計し、実際の疲労試験でモデルを検証することが推奨されます。RealityCapture、Siemens NX、Nastranの組み合わせは、同様の崩壊を防ぐための完全なワークフローを提供します。
LST鏡支持部の崩壊に関連して、熱的および重力による繰り返し荷重によって引き起こされる位置ずれを予測するために、Nastranを用いた炭素繊維継手の疲労シミュレーションにおいて重要なパラメータは何ですか？
(追伸：材料の疲労は、10時間シミュレーションを実行した後のあなたの疲労のようなものです。)