آنالیز و طراحی سازه کامپوزیتی یک ماهواره کوچک
چکیده
در این پایان نامه سازه فلزی یک ماهواره واقعی بعد از مدلسازی, تحلیل کامل و مقایسه با نتایج تست ماهواره به سازه کامپوزیتی تبدیل میشود. سازه ماهواره اولیه تمام فلزی و بطور عمده از جنس آلومینیوم است. ماهواره در رده میکروماهواره با وزن تقریبی 75 کیلوگرم دارای شکل مکعبی و سلولهای خورشیدی متصل به بدنه است. هدف از این تحلیل اجرای رویه کامل بارگذاری یک میکروماهواره بر اساس استانداردهای اروپا, طراحی سازه کامپوزیتی معادل سازه فلزی اولیه و همچنین اجرای روشهای جدید در مدلسازی بمنظور تسریع اجرای تغییرات است. نرم افزار استفاده شده برای تحلیل md.patran & msc.nastran نسخه 2007 است. از مواد کامپوزیت کربن و شیشه برای طراحی سازه بدنه میکروماهواره فوق استفاده شده است. الیاف بکار رفته بصورت پارچه و تک جهته می باشند که در دو مدول پایین و بالای ماهواره لایه گذاری شده است. از اطلاعات مواد بر اساس استاندارد mil استفاده شده است. روشهایی برای افزایش سرعت اجرای تغییرات طراحی اجرا شده است. از قابلیتهای نرم افزار برای مدلسازی قطعات در فایلهای جداگانه و مونتاژ آنها در یک فایل واحد, شماره گذاری مجزا هر قطعه و بهینه سازی ترتیب گره ها برای کاهش زمان تحلیل استفاده شد. اتصالات mpc بمنظور تسریع جابجایی قطعات برای تغییرات مورد نیاز, در موقعیت پیچ ها بکار رفته است. از مدلسازی حجمی برای قطعات غیر سازه ای موثر در تحلیل استفاده شد. ابتدا سازه فلزی ماهواره با جزئیات وزنی و ابعادی ماهواره واقعی مدلسازی شده است. پس از تکمیل مدلسازی, با روش مقدار انرژی کرنشی و 10 فرکانس اولیه آزاد ارتعاشی صحت اتصالات و المان محدود چک شد. بعد از تایید کامل, 1500 مد اول فرکانسی با پوشش جرم موثر بیش از 90% بمنظور استخراج بارگذاری شبه استاتیک استخراج شده است. فرکانسهای اولیه ماهواره باید بزرگتر از 50 هرتز باشند. بارگذاری های موجود بصورت طیف فرکانسی پرتابگر با فرکانس بالا و پایین, ارتعاشات اتفاقی و همچنین بارگذاری شوک است که باید به شتاب های معادل تبدیل شود. معادل سازی شتابها از طریق فرکانسها و جرمهای موثر با روش مایلز انجام شده است. بعد از تکمیل تحلیل ماهواره فلزی, مقایسه و تایید با نتایج ماهواره واقعی, بدون تغییر در معماری ظاهری و دریچه های دسترسی, طراحی و تبدیل سازه دو مدول اصلی پایین و بالای ماهواره به کامپوزیت اجرا شد. تعدادی از قطعات اتصالی واسطه حذف شدند. بعلت شباهت ظاهری دو مدول تغییر یافته از ساختار لایه چینی مشابهی برای طراحی کامپوزیتی استفاد شده است. رویه کامل تایید مدل, استخراج 1500 مد اول ارتعاشی, شتابهای معادل و بارگذاری شبه استاتیک اجرا گردید. بعد از سعی و خطای زیاد بمنظور ارضاء شرایط از لحاظ فرکانس اول بزرگتر از 50 هرتز, معیار شکست tsai-wu در مواد مرکب و معیار تسلیم قطعات فلزی, طراحی کامپوزیتی ماهواره به اتمام رسید. نتایج نشان میدهد که وزن بخش تغییر یافته سازه بیش از 50% کاهش یافته است