تحلیل عددی تنش، مودال و حرارتی ساختار زیرسیستم سازه ماهواره مکعبی مدل 1U

نوع مقاله : مقاله مکانیک

نویسندگان

1 گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مکانیک، گرایش جامدات، دانشگاه صنعتی قوچان

10.22075/jme.2021.21920.2001

چکیده

امروزه به دلیل استفاده از ماهواره‌های مکعبی چند واحدی که از استاندارد مشخصی در طراحی آن‌ها استفاده می‌شود، ارائه تحقیقاتی که منجر به افزایش کارایی آن‌ها شود دارای اهمیت است. در این مقاله یکی از ساختارهای متداول این نوع ماهواره‌ها که با نام U1 شناخته می‌شود مورد بررسی قرار می‌گیرد. این بررسی با تمرکز بر زیرسیستم سازه است و به سبب ارتباط مستقیمی که با سایر زیرسیستم‌ها خواهد داشت اهمیت بالایی دارد. در این تحقیق بعد از کسب اطلاعات لازم از شرایط وارد بر ساختار ماهواره و همچنین استفاده از روابط حاکم بر دینامیک حرکتی آن، تحلیل‌های حرارتی، مودال و استاتیکی با کمک روش عددی FEM در چند بخش مجزا انجام می‌شود. تحلیل‌ها جهت دقت بالاتر با توجه به استانداردها و الزامات طراحی برای این نوع ماهواره‌ها صورت می‌گیرد. با بررسی نتایج حاصل از تحلیل‌ها مشخص شد که محدوده تغییرات دمایی ساختار بیرونی ماهواره تحت تاثیر تشعشعات بین -79/19 درجه سانتی‌گراد تا 85/18 درجه سانتی‌گراد متغییر است همچنین بیشترین مقدار تنش وارد بر ساختار ماهواره 42/45 مگاپاسکال بدست آمد که مقاومت ساختار در برابر تنش‌های وارده را نشان می دهد. فرکانس اول تشدید ساختار ماهواره نیز برابر 647/467 هرتز است. با بررسی مقادیر تنش‌ها در ساختار، مقدار ضریب اطمینان محاسبه شد و درنهایت با جمع‌بندی نتایج به‌دست‌آمده از تحلیل‌ها، مشاهده شد که ساختار، مقاومت لازم در برابر تنش‌های وارده را دارد. همچنین اطلاعات خروجی این مقاله برخی از پیش‌نیازهای لازم برای طراحی بهینه‌ زیرسیستم سازه و برخی از زیرسیستم‌های دیگر را فراهم خواهد ساخت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Stress, Modal and Thermal Analysis of 1U Cubesat Structural Subsystem

نویسندگان [English]

  • danial ghahremani-moghadam 1
  • javad pezeshki 2
1 mechanical engineering department, faculty of engineering, Quchan University of Technology, Quchan, Iran
2 Msc student, mechanical engineering department, Quchan University of Technology
چکیده [English]

The use of multi-unit cubic satellite (CubeSats), designed nowadays, in accordance with a certain standard, have made any research aimed towards their optimization, quite significant. In the present paper, studies one such common satellite design structure known as “1U”. Our study is carried out with a focus on the structure subsystem, which is of high consequence, due to the direct relationship, it would establish with other subsystems. Informed by the conditions, such satellite structure is exposed to, the present paper, defines the dynamic equations governing its motion, as well as relevant heat, modal and static equations, and utilizes the finite element method (FEM), in several separate portions to solve them. To attain a higher accuracy, our study takes into account, the standards and design specifications for such satellites. Analysis indicate temperature variations on the outer structure of the satellite is in a range from −19.79°C up to 18.85. Moreover, the highest stress value taken by the satellite structure is 45.42 MPa, demonstrating structural resilience versus stress excreted. The first mode of satellite structural resonance is 467.647 Hz. reliability factor was obtained as well, from an investigation of stress values inside the structure. Put together, the results from the analyses have allowed us to conclude that the structure, is in fact resilient, against the excreted stress. Supplementary output from the present study is also valuable, in provision of various prerequisites to an optimal design of the structure subsystem, as well as several other subsystems.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CubeSats
  • Structural Subsystem
  • Thermal Analysis
  • Modal Analysis
  • Static analysis