Zur analytischen Beschreibung der Stoßantwort einfacher kontinuierlicher Strukturen mit Anwendung auf Pyroschocksimulationen

In den ersten Jahrzehnten der bemannten und unbemannten Raumfahrt kam es vermehrt zu teils katastrophalen Unfällen, die auf den unvermeidbaren Einsatz von Sprengmitteln beispielsweise für die Stufentrennung oder das Aufklappen von Sonnensegeln zurückzuführen waren. Durch deren Zündung erleiden die beteiligten Strukturen Pyroshocks, die zum Ausfall von zumeist elektronischen Systemkomponenten führen und damit zur Gefahr für Besatzung und Ausrüstung werden können. Pyroshocktests mit strengen Vorschriften durch Regierungen und Raumfahrtorganisationen gehören daher heutzutage vor einer Mission zu den Standardanforderungen. Dabei werden Raumfahrtkomponenten u. a. durch gezielte mechanische Stöße erregt, welche die transienten pyrotechnischen Anregungen simulieren. Die Bestimmung der für die Erfüllung der Vorgaben notwendigen Testkonfiguration zählt zu den größten Herausforderungen des oftmals empirisch arbeitenden Testingenieurs. Die vorliegende Arbeit widmet sich der mechanischen Modellierung eines gängigen Pyroshockteststands und der analytischen Vorhersage der Testergebnisse. Das Problem lässt sich auf mechanische Stöße gegen einfache, mit diskreten Massen behaftete, freie Strukturen beschreiben, wobei die HERTZsche Kontakttheorie und modale Näherungsverfahren der Kontinuumsmechanik zur Beschreibung der Stoßkraft und der resultierenden Wellenausbreitung verwendet werden. Die anschließende Implementierung des entwickelten Algorithmus in eine Evolutionsstrategie führt zur schnellen Optimierung und liefert damit die Grundlage für die Reduktion von Testzeiten und -kosten bei der Durchführung von Pyroshocktests.