Dissertação

{en_GB=Design optimization for Additive Manufacturing of a 1U CubeSat’s Mechanical System} {} EVALUATED

{pt=A fabricação aditiva (FA) é um processo de manufatura emergente que está a transformar a indústria aeroespacial, criando componentes mais leves e mais complexos, que são difíceis ou impossíveis de fabricar através de métodos tradicionais. O desenvolvimento de ferramentas de otimização de design que estimam a distribuição ideal de material para um determinado problema, como a otimização topológica, promoveu a produção de peças por FA. A combinação da FA com a otimização topológica é benéfica para a indústria aeroespacial, pois apresenta uma oportunidade para redução de peso e custo, além de aproveitar ao máximo as duas tecnologias. O objetivo desta dissertação de mestrado é desenvolver e otimizar um subsistema mecânico do CubeSat para posterior produção por FA. Neste trabalho, foi desenvolvido um subsistema que garante a integridade estrutural do CubeSat durante lançamento. O procedimento adotado para o design do CubeSat começou com a determinação dos requisitos do projeto, baseado nas especificações de design do CubeSat, no contentor P-POD e no lançador Vega. A estrutura foi otimizada e uma análise de elementos finitos foi realizada para verificar se o CubeSat consegue sustentar as cargas aplicadas durante o lançamento. Após a produção do componente, foram realizados ensaios experimentais para validar o projeto e a análise computacional. A estrutura otimizada apresenta uma considerável redução de peso, bem como uma diminuição no número de componentes. Os ensaios experimentais revelaram uma pequena alteração nas propriedades mecânicas, mas uma análise de tensão estática comprovou que esta discrepância não trazia consequências para a integridade do CubeSat. , en=Additive manufacturing (AM) is an emerging manufacturing process that is transforming the aerospace industry by creating lighter, stronger and more complex components which were difficult or impossible to fabricate by traditional methods. Continuous development of design optimization tools which estimate the optimal material distribution for a given problem, such as topology optimization (TO), has fostered the production of parts by AM. The combination of AM with TO is beneficial for the aerospace industry as it presents an opportunity for weight and cost saving, while taking full advantage of both technologies. The purpose of this master’s dissertation is to develop and optimize a 1U CubeSat Mechanical Subsystem for further production by AM. In this work, a Mechanical Subsystem that guarantees the structural integrity of the CubeSat during launch was developed. The procedure adopted for the design of CubeSat began with the determination of project requirements, based on the CubeSat Design Specifications, the P-POD container and the Vega launcher. The structure was optimized and a finite element analysis was carried out to verify if the CubeSat is able to sustain the linear static loads during launch. Following the production of the optimized component, experimental tests were performed to validate the design and computer analysis. The optimized structure presents considerable weight reduction as well as a decrease in the number of components required. The mechanical tests revealed a small change in mechanical properties but a static stress analysis proved this discrepancy posed no consequences for the integrity of the CubeSat. }
{pt=CubeSat, Fabricação Aditiva, Otimização Topológica, Método dos Elementos Finitos, Indústria Aeroespacial., en=CubeSat, Additive Manufacturing, Topology Optimization, Finite Element Method, Aerospace Industry.}

Novembro 29, 2019, 18:0

Orientação

ORIENTADOR

Manuel Pedro Casal Martins de Oliveira

CEIIA

Engenheiro

ORIENTADOR

Joana Serra da Luz Mendonça

Departamento de Engenharia e Gestão (DEG)

Professor Auxiliar