مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی امکان کاهش جرم سازه یک میکروماهواره مکعبی با جایگزینی سازه از ایزوگرید به ساندویچی با استفاده از تحلیل اجزاءمحدود

نویسندگان
1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد
2 استادیار دانشگاه تهران
چکیده
در این پژوهش، امکان کاهش جرم سازه یک میکروماهواره مکعبی دو طبقه با سازه قاب و پوسته بررسی شده است. با جایگزینی سازه ایزوگرید با ساندویچی، فرکانس‌ طبیعی و توزیع جرم موثر مودهای سازه تغییر می‌یابد. جرم موثر مودال، یک خصوصیت دینامیک سازه و وابسته به فرکانس طبیعی، شکل مودها، جرم‌های عام و بردارهای ویژه است. جرم موثر مودال کمیتی است که میزان اهمیت یک مود ارتعاشی را هنگامی که سازه ماهواره تحت تاثیر شتابهای منتقله از طریق صفحه پایه قرار می‌گیرد، نشان می‌دهد. جرم موثر بالا نشان دهنده عکس‌العمل بالا به ازای فرکانس متناظر با مود ارتعاشی مربوطه در صفحه پایه است. همچنین بارهای دینامیک اعمالی تحت تاثیر نحوه توزیع مودهای ارتعاشی در محدوده فرکانسی است. جمع اثر مودهای مختلف باعث ایجاد نیروی عکس‌العمل قابل ملاحظه‌ای در سازه می‌گردد. از این رو با تغییر سازه بررسی تغییرات فرکانس و جرم موثر مودهای سازه ضروری به نظر می‌رسد. در این مقاله ابتدا دو سازه هم جرم ایزوگرید و ساندویچی مقایسه شده‌اند. سپس جرم سازه ساندویچی به گونه‌ای کاهش یافته است که فرکانس‌های طبیعی سازه ساندویچی سبک به فرکانس‌های طبیعی سازه ایزوگرید نزدیک شود. با فرض هم جرم بودن دو سازه فرکانس‌های طبیعی سازه ساندویچی دو برابر سازه ایزوگرید به دست آمد اما توزیع جرم‌های موثر در جهت پرتاب در سازه ایزوگرید مناسب‌تر است. با تغییر طراحی سازه از ایزوگرید به سازه ساندویچی و بهینه کردن خواص سازه جدید، کاهش قابل توجه در جرم و بهبود خواص مودال سازه حاصل خواهد شد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Study of mass reduction possibility of a cubic microsatellite by replacing isogrid structure with sandwich panel structure using finite element analysis

نویسندگان English

Mohammad Reza Roosta 1
Majid Safarabadi 2
چکیده English

In this research the possibility of mass reduction in a two-module cubic microsatellite with skin – frame structure is studied. Natural frequencies and effective mass distribution change by replacing isogrid structure with sandwich panel (honeycomb). Modal effective mass is a dynamic characteristic of structure and depends on natural frequencies, mode shapes, general masses and eigenvectors. Modal effective mass is a quantity that shows the importance of a mode when satellite is under acceleration loads through the baseplate. High modal effective mass shows high reaction loads on baseplate in corresponding frequency. Also acting dynamic loads are affected by distribution of modes in frequency range. The sum of effects of different modes creates significant reaction loads. Hence, study of frequency and effective mass changes by converting the structure design from isogrid to sandwich structure is necessary. In this paper, first two isogrid and sandwich structures with equal masses are compared. Then mass of sandwich structure is decreased such a way that natural frequencies of light sandwich structure approach natural frequencies of isogrid structure. In equal masses case, natural frequencies of sandwich structure are twice the natural frequencies of isogrid structure but effective mass distribution of isogrid structure is better along the launch direction. By changing the isogrid structure design to sandwich panel structure and optimization of the new structure characteristics a noticeable reduction in mass and improvement in modal behavior could be obtained.

کلیدواژه‌ها English

Microsatellite
Isogrid
Sandwich panel
Finite element