dinámico del microsatélite SATEX 1, utilizando ANSYS. Colaboración

Transcripción

1 Cálculo estructural dinámico del microsatélite SATEX 1, utilizando ANSYS. Por Héctor Díaz García, Felipe Barriga Ramírez, IPN - ESIME Ticomán. Av. Ticoman 600, Col. San José Ticomán, México D.F.

2 ANTECEDENTES: El Proyecto SATEX involucra el diseño, construcción, pruebas y operación de un microsatélite experimental que se lleva acabo en y entre instituciones mexicanas de educación superior e investigación.

3 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS GEOMETRÍA: Cubo de 450 mm de lado por 435 de alto Peso máximo en tierra 50 kilogramos ÓRBITA Altura 780 Kilómetros Heliosincrónica DIVISIÓN FUNCIONAL DEL MICROSATÉLITE. Plataforma Cargaútil.

4 TAREAS DE LA ESIME TICOMAN Construcción y operación del cuarto limpio donde se integrará el satélite., cálculo, construcción, y validación de la estructura del microsatélite de los manuales de pruebas ambientales.

5 CARACTERISTICAS DE LA ESTRUCTURA LA ESTRUCTURA SE COMPONE DE: Tres placas horizontales maquinadas con nervaduras Unidas a su vez por un cilindro central Cuatro tableros verticales que son las caras laterales (paneles solares) Fabricación en aluminio 7075-T73 El adaptador de lanzamiento es atornillado a la placa inferior.

6 METODOLOGIA DEL ANÁLISIS I- ANÁLISIS ESTÁTICO Aceleración máxima alcanzada por lanzador ARIANE IV (Factor de carga) Calculo analítico ( a mano ) II.- ANÁLISIS DINÁMICO Modal Respuesta en frecuencia

7 ANÁLISIS MODAL Determinación de: Frecuencias naturales de vibración y Modos de vibración asociados a ellas. Parámetros cuantificados para la estructura únicamente. sin equipos (sin masa adicional)

8 CONDICIONES DE ARIANE ESPACE PARA CALIFICAR EL MODELO DE VUELO ANTE ARIANE ESPACE SE REQUIERE QUE LAS FRECUENCIAS NATURALES DE VIBRACION SEAN: En el modo longitudinal (eje z) sea igual o mayor a 100 Hercios. En los modos laterales (x, y) sean igual o mayor a 50 Hercios.

9 CONSIDERACIONES DEL ANÁLISIS La estructura esta unida (Considerada como una sola pieza pegada ) Lo anterior se considera así debido a los tipos de uniones (pernos con un par de apriete determinado) Estructura encastrada en la base con forma de anillo, Dicha forma de anillo está dada por el adaptador con el lanzador ARIANE IV

10 ESTRUCTURA SIN MUROS LATERALES Estructura sin malla

11 CONSIDERACIONES BÁSICAS. Frecuencia natural de un resorte está en función de su rigidez y de la masa. Validación de número y tipo de elementos en función de resultados reales marcados por Leissa 1. Modelo Masa Resorte. 1. LEISSA ARTUR W. NASA SP-160 VIBRATION OF PLATES, WASHINTONG D.C. 1969

12 ESTRUCTURA CON MALLA

13 ESTRUCTURA CON MUROS LATERALES Estructura mallada y con condiciones de apoyo.

14 RESULTADOS OBTENIDOS CONFIGURACIÓN ANALIZADA Estructura sin muros laterales, unicamente las tres placas unidas por el cilindro central. I.- Satélite empotrado en su base unicamente (simulando la unión de éste al lanzador por medio del adaptador) o No. Elementos: 51,122 o No de Nodos: 16,161 Elemento brick-8 LOS CINCO VALORES MAS BAJOS DE FRECUENCIA NATURAL DE VIBRACIÓN OBTENIDOS SON: F1 (Hz) F2 (Hz) F3 (Hz) F4 (Hz) F5 (Hz) II.- Satélite Completo con muros laterales de espesor de 0.4 mm y empotrado en la base, simulando el adaptador de lanzamiento. o No. De elementos: 111,414 o No. De Nodos: 29,988 Elemento Brick (lateral en eje X) 159 (lateral en eje Y) 489 (longi tudina l en eje Z) 697 Torsion en plano XZ 898 (longi tudina l en eje Z, 2º modo) 918 (flexotorsión).

15 INTERPRETACION DE RESULTADOS Se tiene que el valor calculado de la frecuencia natural de vibración asociado al modo en cuestión, debe cumplir la siguiente regla: Valor calculado >2.23(Valor de restricción) Ejemplo: Valor obtenido. 489 > 2.23 (100 hercios) para el modo longitudinal (eje z). Valor obtenido 153> 2.23 (50 hercios) para el modo lateral (ejes x, y). Por tanto el análisis se considera favorable.

16 CONCLUSIONES SATEX.1 El ANSYS fue de gran ayuda para verificar, junto con el calculo a mano la validación del diseño de la estructura y proceder así a la construcción de la misma. Al obtener valores por encima de los estimados en la primera consideración se deduce que el diseño de la estructura es valido y cumple con los requisitos considerados como mínimos para el lanzamiento.

17 ESTRUCTURA CONSTRUIDA.

18 CONCLUSIONES ANSYS El ANSYS presenta una gran cantidad de opciones y menús de ayuda para los trabajos que se deseen realizar, sin embargo es necesario una asesoría constante. Desventajas, como la falta de compatibilidad en la transferencia de archivos (modelos) de otros paquetes. Como paquete de modelado es deficiente, mas no como paquete de calculo (solver) Seria recomendable que ANSYS fuera mas amigable con el usuario.