Тепловой и термоупругий анализ рефлектора с использованием Ansys и пользовательских расширений cadfem Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Системы управления, космическая навигация и связь

УДК 629.78 + 681.536.55

ТЕПЛОВОЙ И ТЕРМОУПРУГИЙ АНАЛИЗ РЕФЛЕКТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ANSYS И ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ РАСШИРЕНИЙ CADFEM

Д. О. Шендалев1, Д. А. Елизаров, Д. П. Нехаев2

2ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс» Филиал в Приволжском федеральном округе Российская Федерация, 443069, Самара, ул. Авроры, 110, корпус 1, офис 406 E-mail: 2Denis.Nekhaev@cadfem-cis.ru :ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: 2Shendalev_d@iss-reshetnev.ru

Рассматриваются задачи построения системы многодисциплинарных анализов крупногабаритных космических рефлекторов на базе ПО AnsysWorkbench. Приводится пример разработки двух пользовательских расширений для среды AnsysWorkbench. Первое расширение позволяет автоматизировать перенос данных из ПО Thermica в Ansys. Во втором расширении рассматриваются варианты термостатирования с использованием управляющих элементов в Ansys.

Ключевые слова: ACT расширения, Ansys, Workbench, Thermica, пользовательское программирование.

TEMPERATURE AND THERMAL STRESS ANALYSIS OF REFLECTOR IN ANSYS WITH CUSTOM EXTENSION MADE BY CADFEM

D. O. Shendalev, D. A. Elizarov, D. P. Nekhaev

CADFEM-CIS Branch in Volga Federal district 110, office 406, Avrora Str., Samara, 443069, Russian Federation E-mail: Denis.Nekhaev@cadfem-cis.ru JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: 2Shendalev_d@iss-reshetnev.ru

The problems of construction of multi-disciplinary analysis of large space reflectors with Ansys Workbench are considered. An example of the development of two customer extensions to the Ansys Workbench environment is provided. The first extension makes possible to automate the transfer of data from Thermica to Ansys. The variants of thermo-static control usage in Ansys with control type finite elements are shown in the second extension.

Keywords: ACT extension, Thermica, Ansys, Workbench, program user, program integration.

Задача сокращения сроков проектирования трансформируемых рефлекторов КА является важной и актуальной. Для ускорения процессов проектирования нами был предложен путь построения единой системы моделирования крупногабаритных рефлекторов с использованием современных подходов и начата его реализация.

Ключевая задача, которую предстояло решить, -выбор среды, которая позволит объединить все программы участвующих в процессе моделирования изделий на различных этапах. Для обеспечения стыковки различной CAE информации в процессе расчетов выгодно иметь единую среду, в которой бы создавался и рассчитывался трансформируемый рефлектор. Такой средой был выбран AnsysWorkbench [1], так как он имеет надежные инструменты для связки модулей различных физик и гибкую среду пользовательского программирования, позволяющую создать дополнительный функционал, необходимый для пользователей.

В данную среду нам необходимо интегрировать систему для моделирования поведения КА и навесного оборудования на орбите и получения соответствующих результатов, систему прочностного расчета и среду для получения радиотехнических характеристик и диаграммы направленности отражающей поверхности рефлектора.

Ключевыми и основными расчётами в процессе проектирования рефлекторов являются расчеты на прочность и оптимизация преднапряженного состояния рефлектора. Также для учёта всех деформаций рефлектора и получения объективной картины напряженно-деформированного состояния математической модели необходимо получить тепловые потоков и тепловые деформации в процессе эксплуатации КА на орбите. Для получения внешних тепловых потоков, поглощаемых внешними частями конструкции, в единую среду моделирования было интегрированоПО ЕАБ8ТЬегтка [2].

Однако полноценной автоматизированной связи между АшуБ и ТИегтка не предусмотрено. Ручная

Решетнеескцие чтения. 2015

адаптация расчетных данных Thermica для использования в ANSYS трудоемка и неэффективна. В свою очередь, Thermica не обладает возможностями для работы с сетками в отличных от собственного форматах [1; 2]. Тепловые потоки передаются в пакет ANSYS Mechanical, предоставляющий широкий инструментарий моделирования. Для решения вопроса взаимодействия ПО разработано ANSYS-расши-рение [3-5]. Использование Thermica является приемлемым решением для выполнения этих операций. Вместе с тем выполнение непосредственно тепловых расчетов в Thermica нецелесообразно ввиду упрощенного метода моделирования (тепловые сети), дающего существенную погрешность расчета, и отсутствия целого ряда возможностей моделирования. По этой причине для проведения теплового расчета необходимо использовать ANSYS Mechanical, основанный на методе конечных элементов и позволяющий достигать высокой точности расчетов, а также предоставляющий широкие возможности многодисциплинарного анализа. Также было создано ANSYS-расширение, позволяющее использовать управляющие элементы ANSYS для термостатирования, необходимого при расчете плат и агрегатов КА.

Также были разработаны методы контроля температуры по заданным параметрам. Расширение обеспечивает выбор геометрии, через которую будет подводиться нагрев в модель и геометрию в местах контроля температуры. Настройки меню расширения зависят

от выбранного вида термостатирования для решаемой задачи. В данной версии расширения рассматриваются три вида термостатирования: ПИД-регулятор, позволяющий системе самой подбирать подводимую мощность для выхода на заданную температуру [3-5]; термостатирование по имеющейся мощности, регулируемое временными интервалами; в третьем варианте рассмотрен метод адаптации имеющегося уравнения подвода мощности через параметр скважности.

Библиографические ссылки

1. Ansys 16.2 reference guide, 2015.

2. EADS Systems Thermica reference guide, 2014.

3. ANSYSWorkbenchACTDevelopersGuideR15, 2013.

4. ANSYSWorkbenchACTReferenceGuide-R 15, 2013.

5. Лутц М. Изучаем Python : пер. с англ. 4-е изд. СПб. : Символ-Плюс, 2011. 1280 с.

References

1. Ansys 16.2 reference guide, 2015.

2. EADS Systems Thermica reference guide, 2014.

3. ANSYSWorkbenchACTDevelopersGuideR15, 2013.

4. ANSYSWorkbenchACTReferenceGuide-R15, 2013.

5. Lutz M., Learning Python, 4th Edition. Spb., 2011.

© Шендалев Д. О., Елизаров Д. А., Нехаев Д. П., 2015