Estimation of handling stresses in a 4 m Zerodur blank with the finite element method

Abstract

During handling of large Zerodur blanks for astronomical applications, the risk of a break due to an improper procedure is rather high. Using the example of a 4 m Zerodur blank produced by spincasting, this paper demonstrates that the finite element method can be used to estimate the handling stresses in advance. In this way, critical situations can be avoided. Two typical situations are investigated: the position of the blank on 4 or 2 support points, and the moment where the blank is standing vertically during a turning movement. Only static stresses produced by gravity are computed (no further accelerations). The results show the magnitude and distribution of the resulting first principal stresses.

Beim Handling von großen Zerodur-Scheiben, wie sie etwa für astronomische Anwendungen produziert werden, können bei unsachgemäßer Handhabung leicht Spannungen entstehen, die zum Bruch führen. Die Arbeit zeigt am Beispiel einer nach dem Schleuderverfahren hergestellten gewölbten 4-m-Scheibe, wie die Spannungen beim Handling mit der Finite-Elemente-Methode abgeschätzt und damit kritische Situationen vermieden werden können. Es werden zwei typische Zustände untersucht, und zwar die Lagerung der Scheibe auf vier bzw. zwei Unterstützungspunkten (mit verschiedenen Anordnungen) sowie eine Situation, in der die Scheibe während eines Drehvorganges senkrecht steht. Es werden nur Spannungen berechnet, die sich statisch durch das Eigengewicht einstellen (keine Beschleunigungseffekte). Die Ergebnisse zeigen die Größe und Verteilung der resultierenden Spannungen.