NASA kooperiert mit AnalySwift und University of South Florida zur Entwicklung von Thin-Ply-Composites

AnalySwift (West Jordan, Utah, USA), ein Purdue-Universitäts-affiliiertes Softwareunternehmen, das effiziente High-Fidelity-Modellierungssoftware für Composites bereitstellt, hat in Zusammenarbeit mit der University of South Florida als primärer Forschungseinrichtung einen NASA Small Business Technology Transfer-Vertrag erhalten, um das Design von Composites zu verbessern, einschließlich Thin-Ply-Composites, wie sie für Raumfahrzeuge und NASA-Missionen benötigt werden.

Thin-Ply-Composites, benannt nach ihren ausgehärteten Lagendicken von weniger als 0,0025 Zoll (63,5 µm), bestehen aus gewebten Fasermaterialien wie Carbonfaser, Graphen und anderen Polymeren. Die Festigkeit resultiert aus leichten Kurven entlang der Lagenkanten, die es ihnen erlauben, Gewicht zu tragen, statt sich rückwärts zu biegen. Dieses Merkmal macht sie angeblich stark genug, um Satellitenlasten wie Solarsegel für solarbetriebene Raumfahrt zu tragen oder als Stützen für große Raumfahrzeuge zu dienen. Zudem können Thin-Ply-Composite-Strukturen aufgerollt, komprimiert und über lange Zeiträume gelagert werden, bis sie für den Einsatz benötigt werden.

„Thin-Ply-Composites bieten signifikante Leistungsgewinne gegenüber traditionellen metallischen Materialien für den Bau ausklappbarer Raumfahrtstrukturen“, sagt Kawai Kwok, Assistenzprofessor an UCFs Department of Mechanical and Aerospace Engineering, der die Forschung leitet. „Die extreme Dünne und der hohe Versagensdehnungsgrenzwert von Thin-Ply-Composites resultieren in Faltkrümmungen, die die aktuellen Fähigkeiten weit übertreffen. Sie sind sowohl volumen- als auch masseffizient und können zu niedrigen Kosten mit leicht verfügbaren Materialien und kommerziellen Prozessen gefertigt werden.“

Kwok und sein Structures and Materials Design Lab werden experimentelle und computergestützte Methoden, die sie entwickelt haben, nutzen, um die Performance von Thin-Ply-Composites und Polymeren, die für Weltraumumgebungen unter wiederholter Nutzung und langen, komprimierten Lagerzeiträumen konzipiert sind, zu charakterisieren und zu modellieren.

Kwok sagt, die experimentellen Daten, Theorien und Begleitsoftware, die aus dieser Forschung hervorgehen, könnten auf Ausleger, Segel, Paneele, Reflektoren und mehr für Satelliten angewendet werden, sowie auf Leichtbaustrukturen für Lander, Rover und Solaranlagen für NASA-Missionen und zukünftige Flugzeuge mit kompakten und senkrechten Startfähigkeiten.

AnalySwift entschied sich für die Zusammenarbeit mit UCF wegen Kwoks umfangreicher Erfahrung in der Erforschung von Thin-Ply-Composite-Materialien, einschließlich für NASA, sagt Allan Wood, Präsident und CEO von AnalySwift. „Professor Kawai Kwok kollaboriert bereits mit NASA an diesem Problem, und AnalySwift freut sich, mit UCF als Forschungseinrichtung an diesem Projekt zu partnern“, so Wood.

AnalySwift und UCF partnern auch mit der Purdue University (West Lafayette, Indiana, USA), die die Forschungscode-Entwicklung leitet sowie Simulationen für Modellverifikation und -validierung unter der Leitung von Wenbin Yu, Professor an Purdues School of Aeronautics and Astronautics, durchführt.

„Derzeit gibt es keine validierten und zuverlässigen Charakterisierungs- und Modellierungsmethoden und -tools für diese Art von Arbeit, die solche extremen Bedingungen und vergangene Belastungshistorien berücksichtigen“, sagt Yu. „Ohne zuverlässige Vorhersage- und Charakterisierungsfähigkeiten sind oft zusätzliche Tests nötig, um Unsicherheiten in der Performance des finalen Designs zu umgehen, was die Technologieentwicklung und -bereitstellung verlangsamt.“

Für weitere Informationen kontaktieren Sie Robert H. Wells, Office of Research, robert.wells@ucf.edu