Topologieoptimierung einer Roverradstruktur für passive Landelasten

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit ist für den Rover, der bei der Martian Moons eXploration (MMX) Mission eingesetzt wird, mittels der Topologieoptimierung eine neue Rad- bzw. Speichenstruktur zu konstruieren, welche bessere Ergebnisse als der vorhandene Prototyp liefert und darüber hinaus die Anforderung erfüllt. Dazu wurde mit der Topologieoptimierung in ANSYS für die Speichenstruktur eine beanspruchungsgerechte Form ermittelt und auf Basis des gefundenen Designvorschlags eine Radstruktur modelliert. Sodann wurde sowohl das neue Modell als auch der Prototyp numerisch untersucht. Hierbei wurden statisch-mechanische Analysen durchgeführt bei der die Spannung, die Verformung sowie die plastisch verformten und gebrochenen Elementvolumen von den Roverrädern ermittelt wurden. Um feststellen zu können welches Modell für die MMX-Mission die bessere Radstruktur bereitstellt, wurden zuletzt die beiden Modelle gegeneinander abgewogen und überprüft, ob sie die Anforderungen erfüllen. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Topologieoptimierung die Radstruktur des Prototyps verbessert werden konnte. Demzufolge wird die neue Radstruktur bei einer Belastung weniger plastisch verformt oder gebrochen und weist zudem geringere Spannungs- sowie Verformungswerte auf. Des Weiteren erfüllen beide Modelle die Anforderungen und besitzen sowohl eine kleinere Masse als 180 g als auch eine größere Eigenfrequenz als 100 Hz.