Topology optimisation and structural analysis of a deployable antenna of umbrella type rib for 3D-printing

In the first chapter of this master thesis, I will present a few basic information on satellites and how they are categorized. Afterwards, I will get into more detail about deployable structures, and more specifically the deployable reflector antenna. I will categorize the reflector antenna ba...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Κάνε, Τζοάνα
Άλλοι συγγραφείς: Kane, Tzoana
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2022
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/15832
id nemertes-10889-15832
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Deployable antennas
Topology optimisation
Additive manufacturing
Antenna rib
Fused filament fabrication
Βελτιστοποίηση τοπολογίας
Τρισδιάστατη εκτύπωση
Πτυσσόμενες κεραίες
Πολυαιθεριμίδιο
Δομικό στοιχείο κεραίας
spellingShingle Deployable antennas
Topology optimisation
Additive manufacturing
Antenna rib
Fused filament fabrication
Βελτιστοποίηση τοπολογίας
Τρισδιάστατη εκτύπωση
Πτυσσόμενες κεραίες
Πολυαιθεριμίδιο
Δομικό στοιχείο κεραίας
Κάνε, Τζοάνα
Topology optimisation and structural analysis of a deployable antenna of umbrella type rib for 3D-printing
description In the first chapter of this master thesis, I will present a few basic information on satellites and how they are categorized. Afterwards, I will get into more detail about deployable structures, and more specifically the deployable reflector antenna. I will categorize the reflector antenna based on three aspects: the reflective surface type, the deployment mechanism and the antenna feed type. The advantages and uses of these categories are going to be analysed. Later, information will be given on the antenna gain, which is a vital quality as it indicates how well the conversion of radio waves to electric signals is executed, and the accuracy of the reflector. Finally, examples of materials that can be used for the reflective surface will be presented, as they need to be highly reflective to be suitable for this role. Also, materials that can be used for the deployment structure will be shown, asthey must combine great behaviour in space conditions, lightweight and strength. In the second chapter, I will be focusing on the design of a rib of an umbrella type deployable antenna. First, I will present information on the topology optimisation method, and additive manufacturing in the aerospace field. Afterwards, I will present the material that will be used, its mechanical properties and how the manufacturing process affects them. Next, I will be performing static structural and modal analysis, utilising FEM, on an original design and, based on those, the rib will be topologically optimised. The objectives of the TO process will be to reduce the total rib mass and to maximise the first natural frequency. The resulting design will be validated and compared with the original one and I will be analysing how this process ends up being beneficial for the component design. At the end of the thesis, I will be giving some suggestions about possible following projects that would help in optimising the material properties and validate its structural integrity by conducting experiments on the manufactured part.
author2 Kane, Tzoana
author_facet Kane, Tzoana
Κάνε, Τζοάνα
author Κάνε, Τζοάνα
author_sort Κάνε, Τζοάνα
title Topology optimisation and structural analysis of a deployable antenna of umbrella type rib for 3D-printing
title_short Topology optimisation and structural analysis of a deployable antenna of umbrella type rib for 3D-printing
title_full Topology optimisation and structural analysis of a deployable antenna of umbrella type rib for 3D-printing
title_fullStr Topology optimisation and structural analysis of a deployable antenna of umbrella type rib for 3D-printing
title_full_unstemmed Topology optimisation and structural analysis of a deployable antenna of umbrella type rib for 3D-printing
title_sort topology optimisation and structural analysis of a deployable antenna of umbrella type rib for 3d-printing
publishDate 2022
url http://hdl.handle.net/10889/15832
work_keys_str_mv AT kanetzoana topologyoptimisationandstructuralanalysisofadeployableantennaofumbrellatyperibfor3dprinting
AT kanetzoana topologikēbeltistopoiēsēkaidomikēanalysēstoicheiouptyssomenēskeraiastypouomprelasgia3dektypōsē
_version_ 1771297283175874560
spelling nemertes-10889-158322022-09-05T20:34:28Z Topology optimisation and structural analysis of a deployable antenna of umbrella type rib for 3D-printing Τοπολογική βελτιστοποίηση και δομική ανάλυση στοιχείου πτυσσόμενης κεραίας τύπου ομπρέλας για 3D-εκτύπωση Κάνε, Τζοάνα Kane, Tzoana Deployable antennas Topology optimisation Additive manufacturing Antenna rib Fused filament fabrication Βελτιστοποίηση τοπολογίας Τρισδιάστατη εκτύπωση Πτυσσόμενες κεραίες Πολυαιθεριμίδιο Δομικό στοιχείο κεραίας In the first chapter of this master thesis, I will present a few basic information on satellites and how they are categorized. Afterwards, I will get into more detail about deployable structures, and more specifically the deployable reflector antenna. I will categorize the reflector antenna based on three aspects: the reflective surface type, the deployment mechanism and the antenna feed type. The advantages and uses of these categories are going to be analysed. Later, information will be given on the antenna gain, which is a vital quality as it indicates how well the conversion of radio waves to electric signals is executed, and the accuracy of the reflector. Finally, examples of materials that can be used for the reflective surface will be presented, as they need to be highly reflective to be suitable for this role. Also, materials that can be used for the deployment structure will be shown, asthey must combine great behaviour in space conditions, lightweight and strength. In the second chapter, I will be focusing on the design of a rib of an umbrella type deployable antenna. First, I will present information on the topology optimisation method, and additive manufacturing in the aerospace field. Afterwards, I will present the material that will be used, its mechanical properties and how the manufacturing process affects them. Next, I will be performing static structural and modal analysis, utilising FEM, on an original design and, based on those, the rib will be topologically optimised. The objectives of the TO process will be to reduce the total rib mass and to maximise the first natural frequency. The resulting design will be validated and compared with the original one and I will be analysing how this process ends up being beneficial for the component design. At the end of the thesis, I will be giving some suggestions about possible following projects that would help in optimising the material properties and validate its structural integrity by conducting experiments on the manufactured part. Στο πρώτο κεφάλαιο αυτής της διπλωματικής εργασίας θα υπάρξει μία στοιχειώδης ενημέρωση σχετικά με τους δορυφόρους και πως μπορούν αυτοί να κατηγοριοποιηθούν. Στην πορεία θα παραθέσω περεταίρω πληροφορίες σχετικά με τις πτυσσόμενες διατάξεις, και πιο συγκεκριμένα θα αναφερθώ στις κεραίες. Θα κατηγοριοποιήσουμε τις κεραίες με βάση τρία χαρακτηριστικά τους:την ανακλαστική επιφάνεια, τον μηχανισμό αναδίπλωσης και τον τρόπο τροφοδοσίας της κεραίας, καθώς μπορεί να έχει είτε έκκεντρη είτε κεντρική τροφοδοσία, και μπορεί η κεραία να διαθέτη έναν ή δύο ανακλαστήρες. Θα αναλυθούν πλεονεκτήματα και χρήσεις σε αυτές τις κατηγορίες. Στην συνέχεια παραθέσω πληροφορίες για την απολαβή μίας κεραίας και την σημασία της ακρίβειας μιας ανακλαστικής κεραίας. Τέλος θα παρουσιαστούν παραδείγματα διαφόρων υλικών που χρησιμοποιούνται για την ανακλαστική επιφάνεια και δομικά μέρη της κεραίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο της εργασίας θα επικεντρωθώ στον σχεδιασμό ενός δομικού στοιχείου μιας πτυσσόμενης κεραίας τύπου ομπρέλας. Πρώτα θα παραθέσω πληροφορίες σχετικά με το τι είναι η μέθοδος της βελτιστοποίησης τοπολογίας αλλά και για την μέθοδο προσθετικής κατασκευής ή αλλιώς τρισδιάστατη εκτύπωση στον τομέα της αεροδιαστημικής. Έπειτα θα παρουσιάσω το υλικό που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί, τις μηχανικές του ιδιότητες και πως τις επηρεάζει η κατασκευαστική μέθοδος. Στην πορεία θα πραγματοποιήσω στατική δομική ανάλυση και ανάλυση ιδιοσυχνοτήτων, με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων, σε ένα αρχικό σχέδιο του δομικού στοιχείου. Με βάση αυτές τις αναλύσεις θα γίνει η βελτιστοποίηση τοπολογίας και στόχος αυτής της διαδικασίας θα οριστεί η μείωση της μάζας τους στοιχείου και η αύξηση της τιμής της πρώτης ιδιοσυχνότητας. Το σχέδιο που θα προκύψει θα συγκριθεί με το αρχικό και θα αναλύσω πως αυτή η διαδικασία καταλήγει να είναι κερδοφόρα. Στο τέλος θα γίνουν προτάσεις για μελλοντικά πρότζεκτς που θα βοηθούσαν στην βελτιστοποίηση των μηχανικών ιδιοτήτων του υλικού ή στην εξακρίβωση της δομικής ακεραιότητας μέσω πειραμάτων στο τελικό κατασκευασμένο δομικό στοιχείο. 2022-02-28T06:45:19Z 2022-02-28T06:45:19Z 2022-02-27 http://hdl.handle.net/10889/15832 en application/pdf