Development of the shock simulation methodology for spacecraft components

Abstract

Spacecraft components encounter mechanical shock from a variety of sources. Components must withstand a series of flight shock pulses and must be designed and tested accordingly to ensure reliability. This paper presents a ''Design for Shock'' methodology to accurately analyze the response to shock for components under the short duration dynamic loading to assess component structural integrity and demonstrate design robustness. This methodology uses a more realistic simulation of the response of the component to shock loading using a wave propagation solution based on explicit time integration of the transient shock event rather than a stationary random and (or) quasi-static approach which has been traditionally used for this analysis. This approach was applied to a sensitive scientific instrument to demonstrate its effectiveness. The method is shown to provide a more accurate simulation of the shock event thereby reducing the unknown conservatism of the stationary random and (or) quasi-static approach while providing accurate simulation of the transient dynamic response of the structure.Résumé. Les composants d'engins spatiaux subissent des chocs mécaniques de diverses sources. Les composants doivent résister à une série d'impulsions de choc en cours de vol et doivent ainsi être conçus et testés pour assurer leur fiabilité. Dans cet article, on présente une méthodologie « Design for Shock » pour analyser de façon précise la réponse au choc des composants sous l'influence d'une charge dynamique de courte durée afin d'évaluer l'intégrité structurale des composants et de démontrer la robustesse du design. Cette méthodologie utilise une simulation plus réaliste de la réponse du composant à la charge de choc en adoptant une solution de type propagation des ondes basée sur l'intégration temporelle explicite de l'évènement transitoire de choc plutô t qu'une approche aléatoire stationnaire et/ou quasi statique utilisée traditionnellement pour ce type d'analyse. Cette approche a été appliquée à un instrument scientifique sensible pour démontrer son efficacité. On démontre que la méthode procure une simulation plus précise de l'évènement de choc, réduisant ainsi le conservatisme inconnu de l'approche aléatoire stationnaire et (ou) quasi statique, tout en fournissant une simulation précise de la réponse dynamique transitoire de la structure. [Traduit par la Rédaction]