Dissertação

Thermal and structural optimization of a small satellite using composite materials APPROVED

O desenvolvimento de CubeSats equipados com novos materiais estruturais mais leve e capazes de fornecer o desempenho estrutural e térmico requerido, durante a vida útil do satélite, viria possibilitar o aumento de carga útil. Esta tese descreve a análise de materiais compósitos laminados viáveis para serem usados como alternativa ao alumínio tradicional nos painéis laterais da estrutura de um CubeSat 3U do CEiiA. Dezoito laminados são criados com diferentes esquemas de empilhamento, feitos de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) ou fibra de vidro (GFRP) combinados com lâminas de alumínio, grafite pirolítica ou malha de cobre. Uma matriz de decisão é criada onde os compósitos mais leves, com boas propriedades mecânicas e alta condutividade térmica são preferíveis. São selecionados três laminados, formados por CFRP com um núcleo de alumínio, CFRP com núcleo de grafite pirolítica e GFRP com núcleo de grafite pirolítica. Para avaliar o comportamento estrutural e térmico do satélite com os painéis laterais de laminado, análises FEM estruturais estáticas, modais e térmicas foram executadas. Se o comportamento do satélite não igualar o comportamento do mesmo com os painéis de alumínio, procede-se a um ciclo de otimização. A investigação demonstrou que os laminados híbridos conseguem providenciar o desempenho estrutural e térmico requerido com uma massa menor do que a de alumínio. Uma redução de massa de 58.1% é atingida para cada painel com o compósito laminado final otimizado, formado por uma lâmina de CFRP com um núcleo de grafite pirolítica de 0.4mm e uma espessura total de 1.6mm.
CubeSats, materiais compósitos laminados, laminados híbridos, análise estrutural de elementos finitos, análise térmica de elementos finitos, ambiente espacial
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Orientação

ORIENTADOR

Miguel Sousa Machado

CEiiA

Structural Analysis Engineer/Engenheiro de Cálculo Estrutural

ORIENTADOR

Filipa Andreia De Matos Moleiro

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar