Kiểm bền kết cấu vệ tinh viễn thám loại nhỏ

Nội dung của bài toán kiểm bền nhiệt...39 - Với tính chất vật liệu như trên , nhiệm vụ của bài toán kiểm bền nhiệt là phải xây dựng được phân bố nhiệt trên từng chi tiết của vệ tinh để t

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Kiểm bền kết cấu vệ tinh Viễn Thám loại nhỏ

2 Nội dung phần thuyết minh:

Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG

Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

Chương 3 : TÍNH TOÁN VÀ KIỂM BỀN TĨNH CHO VỆ TINH

Chương 4 : TÍNH TOÁN VÀ KIỂM BỀN NHIỆT CHO VỆ TINH

Chương 5 : KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU

3 Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Phú Khánh

4 Ngày giao nhiệmvụ :

5 Ngày hoàn thành nhiệmvụ :

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Ký, ghi rõ họ tên)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

Sinh viên đã hoàn thành

(và nộp toàn bộ bản thiết kế cho khoa)

Ngày tháng năm 2010

(Ký, ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hà Nội, Ngày……tháng……năm 2010

NHẬN XÉT CỦA GIÁO PHẢN BIỆN

Hà Nội, Ngày……tháng……năm 2010

MỤC LỤC

MỤC LỤC 4

LỜI NÓI ĐẦU 7

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG 9

1.1 TỔNG QUAN VỀ VỆ TINH 9

1.1.2.1 Các loại vệ tinh 10

1.1.2.2 Các loại quỹ đạo 12

1.1.2.3 Vệ tinh nhân tạo của Việt Nam 13

1.2 DỰ ÁN VỆ TINH F-1 VÀ VAI TRÒ CỦA ĐỒ ÁN 13

1.2.1.1 Giới thiệu 14

1.2.1.2 Yêu cầu của F-1 14

1.2.1.3 Yêu cầu tối thiểu 14

1.2.1.4 Yêu cầu thách thức 15

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 17

2.1 VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH 17

2.2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 18

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ KIỂM BỀN TĨNH CHO VỆ TINH F-1 22

3.1 CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ VÀ KẾT CẤU VỆ TINH 22

3.2 PHÂN TÍCH LỰC TÁC DỤNG 26

3.3 MÔ PHỎNG KIỂM BỀN KẾT CẤU 27

Với việc tính toán kết cấu bằng phương pháp số, việc tìm đúng điều kiện biên của bài toán để mô phỏng là hết sức quan trọng Trong quá trình thực hiện bài toán này , em đã phân tích và sử dụng nhiều điều kiện biên khác nhau để tìm ra điều kiện biên tốt nhất Tuy nhiên ở đây em chỉ đưa ra hai điều kiện biên cho bài toán là điều kiện biên ban đầu và điều kiện biên cuối cùng mà em cho là đúng nhất để người đọc có thể hiểu sâu hơn về quá trình thực hiện bài toán cũng như đánh giá tính

đúng đắn của kết quả đưa ra 27

3.3.1.1 Phân tích điều kiện biên 27

3.3.1.2 Kết quả 28

3.3.2.1 Điều kiện biên 30

3.3.2.2 Kết quả 32

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KIỂM BỀN NHIỆT CHO VỆ TINH 35

4.1 TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN PHÂN TÍCH NHIỆT CHO VỆ TINH F-1 35

4.1.1 Môi trường nhiệt và khả năng chịu nhiệt của vệ tinh F-1 36

4.1.1.1 Môi trường không gian 36

Trong quá trình hoạt động , các bo mạch điện tử của vệ tinh sinh ra nhiệt , nhiệt này vừa bức xạ , vừa dẫn nhiệt ra các phần khác Tuy nhiên, trong đồ án này , em bỏ qua tác dụng nhiệt từ bên trong của vệ tinh mà chỉ xét đến các tác nhân nhiệt bên ngoài ảnh hưởng tới vệ tinh 39

4.1.1.2 Tính chất nhiệt của các vật liệu 39

Với tính chất là đồ án tốt nghiệp đại học chuyên ngành kỹ thuật hàng không , tính chất nhiệt của vật liệu coi như người đọc đã biết nên ở đây em chỉ đưa ra các thông số nhiệt cần thiết trong quá trình tính toán của vật liệu như sau: .39

4.1.1.3 Nội dung của bài toán kiểm bền nhiệt 39

- Với tính chất vật liệu như trên , nhiệm vụ của bài toán kiểm bền nhiệt là phải xây dựng được phân bố nhiệt trên từng chi tiết của vệ tinh để tìm nhiệt độ nóng nhất và lạnh nhất trên từng chi tiết đó và so sánh với giới hạn của vật liệu để kết luận khả năng làm việc của vệ tinh 39

- Với môi trường nhiệt như phân tích ở trên và tính chất hoạt động của vệ tinh là vừa quay quanh tâm trái đất , vừa tự quanh quanh nó trong khi trái

đất xoay quanh mặt trời , nhiệt độ tác động lên mỗi mặt của vệ tinh luôn thay đổi theo thời gian Tuy nhiên sự thay đổi này là rất phức tạp và phụ thuộc vào rất nhiều biến , việc xây dựng dữ liệu nhiệt tác dụng lên từng mặt của vệ tinh là rất khó nên trong giới hạn của đồ án này em chỉ kiểm nghiệm

độ bền tĩnh của vệ tinh tại một số vị trí quan trọng để lấy làm cơ sở cho

việc phân tích nhiệt tổng quát sau này đó là : 39

Trường hợp 1: Nhiệt độ cao nhất của vệ tinh là lớn nhất 40

Trường hợp 2: Vệ tinh nhận được nhiều nhiệt nhất từ mặt trời 40

Trường hợp 3: Vệ tinh nhận được ít nhiệt nhất từ mặt trời 40

Tại vùng tối : Trái với khi nằm ở vùng sáng , ở vùng này, vệ tinh không nhận được bức xạ từ mặt trời cũng như bức xạ phản xạ Albedo mà chỉ nhận được bức xạ hồng ngoại yếu ớt của trái đất Khi nhiệt độ ngoài không gian chỉ là 3oK ( -270oC) thì nhiệt độ trên vệ tinh sẽ rất thấp , ta phải tìm vị trí vệ tinh có phân bố nhiệt cao nhất để có thể điều khiển vệ tinh luôn hướng theo vị trí này để ta có thể dễ dàng sưởi ấm vệ tinh hơn Theo đó ta cũng xét 3 trường hợp đặc biệt của vệ tinh ở vùng này Chúng ta sẽ hình dung rõ hơn ở phần sau khi ta đi phân tích và mô phỏng từng trường hợp 40

4.2.TÍNH TOÁN NHIỆT CHO VỆ TINH 41

4.2.1.1 Phân tích 41

4.2.1.2 Tính toán lượng nhiệt lớn nhất tới vệ tinh 42

4.2.1.3 Kết luận 46

4.2.2.1.Phân tích 46

4.2.2.2 Tính toán 46

4.2.2.3 Kết luận 52

4.3 MÔ PHỎNG NHIỆT 52

4.3.3.1.Trường hợp vệ tinh ở vùng tối 1 (THT 1) 54

4.3.3.2.Trường hợp vệ tinh ở vùng tối 2 (THT 2) : 55

Vị trí như hình vẽ Trong đó Mặt 3 của vệ tinh trùng với cạnh của góc nhìn trái đất của vệ tinh 55

4.3.3.3.Trường hợp vệ tinh ở vùng tối 3 (THT 3) 57

Hình 4.15 Phân bố nhiệt THT 3 58

4.3.3.4.Trường hợp vệ tinh ở vùng sáng 1 (THS 1 ) 58

4.3.3.5.Trường hợp vệ tinh ở vùng sáng 2 (THS 2 ) 60

4.3.3.6.Trường hợp vệ tinh ở vùng sáng 3 (THS 3 ) 61

Bảng nhiệt 62

Nhận xét : Nhìn vào bảng phân bố nhiệt ta thấy, nhiệt độ trên từng bộ phận của vệ tinh đều nằm trong miền giới hạn chịu nhiệt của vật liệu Như vậy trong trường hợp này , vệ tinh đủ bền về nhiệt 62

4.4.KẾT LUẬN CHO MÔ PHỎNG NHIỆT 63

CHƯƠNG 5 :KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 65

5.1 NHỮNG THÀNH QUẢ ĐỒ ÁN ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC 65

5.2 NHỮNG VẪN ĐỀ CÒN HẠN CHẾ 65

5.3 HƯỚNG NGHIÊN CỨU 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

LỜI NÓI ĐẦU

Từ khi ra đời đến nay , các vệ tinh nhân tạo ngày càng thể hiện được vai trò quan trọng của nó trong đời sống của con người Mỗi khi bạn ra khỏi nhà , vệ tinh giúp bạn tránh được những trận mưa rào , những cơn giông bão… bằng việc dự báo thời tiết , vệ tinh giúp bạn liên lạc với tất cả mọi người ở khắp mọi nơi trên thế giới , vệ tinh giúp bạn tìm đường đi , chuyển đến các bạn thông tin cập nhật thường ngày , vệ tinh giúp bạn khám phá thế giới , khám phá vũ trụ , giúp các cơ quan nhà nước điều tiết giao thông và giúp bạn bảo vệ đất nước…

Với vai trò to lớn đó của vệ tinh , là một sinh viên ngành hàng không và vũ trụ , nắm bắt thời điểm nhóm Fspace tiến hành thiết kế vệ tinh viễn thám cỡ nhỏ và hợp tác với trung tâm Dasi trong việc tính toán và kiểm bền kết cấu cho vệ tinh đó , em đã chọn đề tài

“ Kiểm bền kết cấu cho vệ tinh viễn thám loại nhỏ “ với hai nhiệm vụ chính :

-Kiểm bền kết cấu tĩnh cho vệ tinh , từ đó đưa ra được hệ số an toàn cho kết cấu

làm cơ sở để tối ưu hóa cấu tạo của vệ tinh

-Kiểm bền nhiệt tĩnh cho vệ tinh , từ đó đưa ra được phân bố nhiệt trên vệ tinh , lấy

đó làm cơ sở để chọn vật liệu cũng như thiết kế bộ phận ổn định nhiệt và tìm ra vị tríthuận lợi nhất cho vệ tinh làm việc trên quỹ đạo của nó

Theo đó , đồ án của em được chia thành 5 chương chính với những nội dung sau :

-Chương 1 : Giới thiệu chung – Giới thiệu chung về vệ tinh , nhiệm vụ và vai trò

của đồ án

-Chương 2 : Tổng quan về phương pháp phần tử hữu hạn – Phân tích nguyên

nhân chọn phương pháp phần tử hữu hạn để giải bài toán và giới thiệu tổng quan vềphương pháp này

-Chương 3 : Kiểm bền kết cấu tĩnh cho vệ tinh – Tìm điều kiện biên ,Tính toán

và đưa ra phân bố ứng suất trên vệ tinh từ đó kết luận độ bền kết cấu tĩnh của vệ tinh

-Chương 4 : Kiểm bền nhiệt tĩnh cho vệ tinh – Phân tích các tác nhân nhiệt , tính

toán lượng nhiệt vệ tinh nhận được sau đó mô phỏng , đưa ra phân bố nhiệt độ trên các bộphận của vệ tinh và kết luận độ bền nhiệt của vệ tinh

-Chương 5 : Kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo – Đánh giá những

thành quả đã đạt được cũng như những vấn đề còn chưa thể giải quyết trong đồ ann Vàđưa ra phương hướng nghiên cứu tiếp theo

Sau một kỳ học làm việc , với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn

TS.Nguyễn Phú Khánh cùng các bạn ở trung tâm Dasi , các anh trong nhóm Fspace

em đã hoàn thành đồ án với đáp ứng đầy đủ những yêu cầu đã đặt ra

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn TS.Nguyễn Phú Khánh , các bạn ở trung tâm Dasi và các anh trong nhóm Fspace đã nhiệt tình

giúp đỡ và hướng dẫn em trong quá trình làm đồ án Với những hiểu biết còn hạn chế ,chắc chắn đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót , kính mong các thầy cô giáocùng các bạn góp ý để đồ án của em hoàn thiện hơn và trở thành một tài liệu tin cậy chocác bạn quan tâm đến vệ tinh sau này

Hà Nội ngày 07 tháng 06 năm 2010

Tác giảPhạm văn Dũng

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 TỔNG QUAN VỀ VỆ TINH

1.1.1 Thế nào là vệ tinh, vệ tinh nhân tạo?

Các dữ liệu trong phần này em trích từ http://wikimedia.com

Một vệ tinh là bất kỳ một vật thể nào quay quanh một vật thể khác (được coi là vậtthể chính của nó) Mọi vật thể thuộc Hệ Mặt Trời, gồm cả Trái Đất, đều là vệ tinh củaMặt Trời, hay là vệ tinh của các vật thể đó, như trong trường hợp của Mặt Trăng

Việc định nghĩa vật thể nào là vệ tinh không phải luôn đơn giản khi xét đến một cặphai vật thể Bởi vì mọi vật thể đều có sức hút của trọng lực, chuyển động của vật thểchính cũng bị ảnh hưởng bởi vệ tinh của nó Nếu hai vật thể có khối lượng tương đương,thì chúng thường được coi là một hệ đôi và không một vật thể nào bị coi là vệ tinh; một

ví dụ là tiểu hành tinh kép 90 Antiope Tiêu chuẩn chung để một vật thể được coi là vệtinh là trung tâm khối lượng của hệ nằm bên trong vật thể chính

Trong cách nói thông thường, thuật ngữ "vệ tinh" thường để chỉ một vệ tinh nhântạo, nó là một vật thể do con người chế tạo và bay quanh Trái Đất (hay một thiên thểkhác) Tuy nhiên, các nhà khoa học cũng có thể sử dụng thuật ngữ đó để chỉ các vệ tinhthiên nhiên, hay các mặt trăng Nói chung, trong cách dùng thông thường, "vệ tinh thiênnhiên" là thuật ngữ để chỉ các mặt trăng.

1.1.2 Các vệ tinh nhân tạo

1.1.2.1 Các loại vệ tinh

Theo chức năng và nhiệm vụ , người ta chia thành các loại vệ tinh sau :

• Vệ tinh vũ trụ là các vệ tinh được dùng để quan sát các hành tinh xa xôi, các

thiên hà và các vật thể ngoài vũ trụ khác

• Vệ tinh thông tin là các vệ tinh nhân tạo nằm trong không gian dùng cho các mục

đích viễn thông (telecommunication) sử dụng sóng radio ở tần số vi ba Đa số các vệ tinhtruyền thông sử dụng các quỹ đạo đồng bộ hay các quỹ đạo địa tĩnh, mặc dù các hệ thốnggần đây sử dụng các vệ tinh tại quỹ đạo Trái Đất tầm thấp

• Vệ tinh quan sát Trái Đất là các vệ tinh được thiết kế đặc biệt để quan sát Trái

Đất từ quỹ đạo, tương tự như các vệ tinh trinh sát nhưng được dùng cho các mục đích phiquân sự như kiểm tra môi trường, thời tiết, lập bản đồ, vân vân (Xem thêm Hệ thốngquan sát Trái Đất.)

• Vệ tinh hoa tiêu (navigation satellite) là các vệ tinh sử dụng các tín hiệu radio

được truyền đi theo đúng chu kỳ cho phép các bộ thu sóng di động trên mặt đất xác địnhchính xác được vị trí của chúng Sự quang đãng (không có vật cản) của đường truyền vàthu tín hiệu giữa vệ tinh (nguồn phát) và máy thu trên mặt đất tích hợp với những cải tiếnmới về điện tử học cho phép hệ thống vệ tinh hoa tiêu đo đạc khoảng cách với độ chínhxác khoảng một vài mét

• Vệ tinh tiêu diệt / Vũ khí chống vệ tinh là các vệ tinh được thiết kế để tiêu diệt

các vệ tinh "đối phương", các vũ khí và các mục tiêu bay trên quỹ đạo khác Một số vệtinh này được trang bị đạn động lực, một số khác sử dụng năng lượng và/hay các vũ khíhạt nhân để phá huỷ các vệ tinh, ICBMs, MIRVs Cả Hoa Kỳ và Liên bang Xô viết đều

có các vệ tinh này Các đường dẫn bàn luận về các "Vệ tinh tiêu diệt", ASATS (Vệ tinhchống vệ tinh) gồm USSR Tests ASAT weapon và ASAT Test

• Vệ tinh trinh sát( vệ tinh viễn thám ) là những vệ tinh quan sát Trái Đất hay vệ

tinh truyền thông được triển khai cho các ứng dụng quân sự hay tình báo Chúng ta hiệnkhông biết nhiều về năng lực thực sự của các vệ tinh này vì các chính phủ điều hànhchúng thường giữ tuyệt đối bí mật về thông tin cho các vệ tinh loại này

• Vệ tinh năng lượng Mặt trời là các vệ tinh được đề xuất là sẽ bay trên quỹ đạo

Trái Đất tầm cao sử dụng cách truyền năng lượng viba để chiếu năng lượng mặt trời tớinhững antenna cực lớn trên mặt đất, nơi nó có thể được dùng để thay thế cho nhữngnguồn năng lượng quy ước thông thường

• Trạm vũ trụ là các cơ cấu do con người chế tạo, được thiết kế để con người sống

được trong vũ trụ Một trạm vũ trụ được phân biệt với những tàu vũ trụ ở điểm nó không

có động cơ đầy chính hay các thiết bị hạ cánh — thay vào đó, người ta dùng các thiết bịkhác để vận chuyển lên và xuống trạm Các trạm vũ trụ được thiết kế để có thể duy trì sựsống trong một khoảng thời gian trung bình trên quỹ đạo, các khoảng thời gian có thể làtuần, tháng, hay thậm chí là năm

• Vệ tinh thời tiết là các vệ tinh có mục đích chính là để quan sát thời tiết và/hay

khí hậu của Trái Đất

• Vệ tinh thu nhỏ là các vệ tinh có trọng lượng và kích thước nhỏ hơn thông

thường Những tiêu chí xếp hạng mới để đánh giá các vệ tinh đó: tiểu vệ tinh (500–

200 kg), vệ tinh siêu nhỏ (dưới 200 kg), vệ tinh cỡ nano (dưới 10 kg), vệ tinh cỡ pico(dưới 1 kg) và vệ tinh cỡ femto (dưới 100 g)

• Vệ tinh sinh học là các vệ tinh có mang các tổ chức sinh vật sống, nói chung là

cho mục đích thực nghiệm khoa học

1.1.2.2 Các loại quỹ đạo

Đa số các vệ tinh thường được mô tả đặc điểm dựa theo quỹ đạo của chúng Mặc dùmột vệ tinh có thể bay trên một quỹ đạo ở bất kỳ độ cao nào, các vệ tinh thường được xếptheo độ cao của chúng

• Quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (LEO: 200 đến 1200 km bên trên bề mặt Trái Đất)

• Quỹ đạo Trái Đất tầm trung (ICO hay MEO: 1200 đến 35286 km)

• Quỹ đạo Trái Đất đồng bộ (GEO: 35786 km bên trên bề mặt Trái Đất)

• Quỹ đạo địa tĩnh (GSO: quỹ đạo đồng bộ không nghiêng)

• Quỹ đạo Trái Đất tầm cao (HEO: trên 35786 km)

Các quỹ đạo sau là các quỹ đạo đặc biệt cũng thường được dùng để xác định đặcđiểm của vệ tinh:

• Quỹ đạo Molniya

• Quỹ đạo đồng bộ Mặt Trời

• Quỹ đạo cực

• Quỹ đạo di chuyển Mặt Trăng

• Quỹ đạo di chuyển Hohmann Đối với kiểu quỹ đạo này thì vệ tinh thường là một

tàu vũ trụ

• Quỹ đạo siêu đồng bộ hay quỹ đạo trôi dạt — quỹ đạo bên trên GEO Các vệ

o (GEO + 235 km + (1000 × CR × A/m) km)

o nếu CR là hệ số bức xạ áp suất của Mặt Trời (thường giữa 1.2 và 1.5) vàA/m là vùng tương quan [m²] với tỷ lệ khối lượng [kg] khô

• Quỹ đạo dưới đồng bộ hay quỹ đạo trôi dạt - quỹ đạo gần nhưng bên dưới

GEO Được sử dụng cho các vệ tinh đang trải qua những thay đổi tình trạng ổn định theohướng đông

Các vệ tinh cũng có thể quay quanh các điểm đu đưa

1.1.2.3 Vệ tinh nhân tạo của Việt Nam

Tháng 4 năm 2008 Việt Nam đã thuê Pháp phóng thành công vệ tinh VINASAT-1

(mua của Mỹ) lên quỹ đạo địa tĩnh, với việc phóng được vệ tinh nhân tạo Việt Nam đãtiết kiệm 10 triệu USD mỗi năm Việt Nam là nước thứ 93 phóng vệ tinh nhân tạo và lànước thứ sáu tại Đông Nam Á Theo các nguồn thông tin nước ngoài, tổng trị giá của dự

án VINASAT-1 là gần 300 triệu USD, trong đó chi phí mua vệ tinh dưới 200 triệu USD,còn lại là chi phí thuê tên lửa phóng, xây dựng trạm mặt đất, bảo hiểm…

Năm 2007, sau khi được thành lập, Viện Công nghệ Vũ trụ Việt Nam đã tiến hành

dự án chế tạo vệ tinh nhỏ pico (10x10x10cm, 1kg) với tên gọi Pico-Dragon

Năm 2008, công ty FPT thành lập phòng nghiên cứu FSpace với mục tiêu thiết kế

chế tạo vệ tinh nhỏ ,vệ tinh nano F-1 (10x10x20cm, 2kg)

1.2 DỰ ÁN VỆ TINH F-1 VÀ VAI TRÒ CỦA ĐỒ ÁN

Đồ án được thực hiện đúng vào thời điểm dự án Pico-Dragon bước vào giai đoạn cuốicùng của việc chế tạo và F-1 bắt đầu thiết kế mô hình thử đầu tiên , khi mà F-Space xúctiến việc hợp tác với Trung Tâm Dasi của Đại Học bách Khoa Hà Nội trong việc tính

toán và kiểm nghiệm khả năng làm việc của vệ tinh Đồ án “ Kiểm bền cho vệ tinh

viễn thám loại nhỏ “ ra đời nằm trong chương trình hợp tác

Vệ tinh nano F-1 là vệ tinh siêu nhỏ thuộc lớp

nanosatellite, có kích thước 10x10x22cm, nặng 2kg (2U cubesat) được thiết kế và chế tạo

bởi phòng nghiên cứu không gian FSpace thuộc công ty FPT Software

F-1 là vệ tinh đầu tiên của F-Space Mục đích chính của nhiệm vụ này là để chứng tỏ

khả năng nắm bắt và làm chủ công nghệ vũ trụ qua việc thiết kế, chế tạo vệ tinh nano và

trạm mặt đất dùng để điều khiển vệ tinh Thành công này sẽ mở đường cho nhóm FSpace

tham gia vào những dự án vũ trụ lớn hơn của Việt Nam cũng như của thế giới Cuối

cùng, F-Space sẽ bắt đầu thương mại hóa không gian vũ trụ phục vụ các ứng dụng trên

Trái Đất, hiện thực hóa giấc mơ "mang không gian đến gần Trái Đất hơn"

1.2.1.2 Yêu cầu của F-1

Các yêu cầu thiết kế của F-1 được phân làm 2 loại: - yêu cầu tối thiểu (minimum

success criteria): là những yêu cầu mà F-1 cần phải thỏa mãn, nếu một trong các yêu cầu

này không được hoàn thành, dự án coi như thất bại - yêu cầu thách thức: là những yêu

cầu mở rộng, do cộng đồng đóng góp ý kiến và lựa chọn để thực thi trên cơ sở tích khả

thi, hữu dụng cũng như tính sáng tạo, đột phá

1.2.1.3 Yêu cầu tối thiểu

Vệ tinh F-1 phải được thiết kế và chế tạo đảm bảo các yêu cầu tối thiểu dưới đây sau

khi được phân tách từ tên lửa đẩy:

 Phải tồn tại ít nhất 1 năm trên quỹ đạo dự kiến bằng việc phát tín hiệu beacon chứa

callsign của vệ tinh và các thông tin cơ bản nhất về tình trạng của vệ tinh (gồm

nhiệt độ, điện áp của các bộ phận quan trọng )

 Phải chụp được ảnh độ phân giải thấp (640 x 480 pixel) của Việt Nam từ vũ trụ và

gửi về trạm mặt đất

Hì

nh 1.1 Mô hình vệ tinh F-1 do nhóm Fspace thiết kế

 Tốc độ truyền dữ liệu đạt 1200bps (bit/s)

1.2.1.4 Yêu cầu thách thức

Công nghệ vũ trụ rất rộng lớn, các nước khác đã đi trước Việt Nam nhiều năm và làmchủ các công nghệ này nên mục tiêu của các yêu cầu thách thức đã được nhóm FSpaceđặt ra đối với F-1:

 Tốc độ truyền dữ liệu đạt 9600bps (bit/s)

 Chụp được ảnh của Trái đất với độ phân giải cao (50m/pixel)

 Có thể điều khiển được F-1 để chụp ảnh các vùng khác trên Trái Đất (vd chụp ảnh

Mỹ, Trung Quốc, Bắc Cực )

 Thử nghiệm khả năng chuyển đổi giữa 2 máy tính OBC (chính & phụ) để chứng tỏF-1 có thể hoạt động được trong trường hợp có 1 board OBC gặp sự cố bất ngờ (bịảnh hưởng xấu của các tia vũ trụ, thiên thạch nhỏ va phải )

 F-1 có thể chụp ảnh Trái Đất vào ban đêm

 Cho phép mọi người gửi tên và một lời nhắn miễn phí lên vũ trụ Như thế sẽ tăngcường được sự quan tâm và tham gia của xã hội với vệ tinh F-1

 Có thể thay đổi các tham số của phần mềm điều khiển vệ tinh trên quỹ đạo, khảnăng tải lên phần mềm điều khiển mới lên vệ tinh sau khi đã phóng

 Thử nghiệm tính năng tiếp âm của vệ tinh, tức là dùng vệ tinh để trung chuyển dữliệu (ví dụ SMS) giữa 2 trạm mặt đất: trạm A <-> F-1 <-> trạm B Nếu thử nghiệmthành công thì dịch vụ này có thể được cung cấp cho các tàu cá xa bờ để liên lạcvới Việt Nam bằng SMS (tất nhiên sẽ có hiện tượng trễ tín hiệu)

 Sử dụng các camera trên F-1 chụp ảnh ngay sau khi vệ tinh rời khỏi ống phóng POD Hy vọng sẽ thu được hình ảnh của tên lửa đẩy đang cách xa dần F-1 cũngnhư hình ảnh của các vệ tinh nhỏ khác bay cùng đợt với F-1 (Kodak moment)

P- Điều khiển vệ tinh F-1 phát sóng bài “Tiến quân ca” 1 lần/tháng khi nó bay quaViệt Nam Sẽ phát sóng theo chế độ FM để cho bất cứ ai với 1 ăng ten yagi đơngiản và 1 máy thu FM đều có thể bắt được tín hiệu và nghe được bài hát này từkhông gian Mục đích để tăng cường ý thức của cộng đồng và khuyến khích mọingười quan tâm hơn về radio nghiệp dư và thám hiểm vũ trụ

 Thực hiện một thí nghiệm cần điều kiện không trọng lượng/chân không trongnhiều tháng, và mang lại giá trị khoa học nhất định

 Trang bị từ kế (magnetometer) để phục vụ mục đích xác định tư thế vệ tinh vàmục đích khoa học vẽ lại bản đồ từ trường Trái Đất Để tránh nhiễu từ do các linhkiện điện tử trên chính vệ tinh có thể phải trang bị cả magnetometer boom

1.2.2 Nhiệm vụ và vai trò của đồ án trong dự án

Với mục tiêu cũng như tiến độ như trên của dự án , đồ án này được thực hiện với 2nhiệm vụ chính là : Kiểm nghiệm độ bền kết cấu và tính toán nhiệt cho vệ tinh

-Kiểm nghiệm độ bền kết cấu : Tính phân bố ứng suất và biến dạng của vệ tinh

dưới tác dụng của ngoại lực tác dụng , so sánh với giới hạn bền tìm ra hệ số an toàn chokết cấu Đây là hệ số rất quan trọng , nó không chỉ giúp ta đánh giá được độ bền của vệtinh mà còn là cơ sở để ta có thể tiết kiệm tối đa trọng lượng của kết cấu để tăng thêm cáctrang thiết bị cần thiết khác cho vệ tinh như camera , các loại cảm biến … Đồng thờicũng làm giảm chi phí chế tạo , chi phí phóng tên lửa ( chi phí để phóng 1kg vệ tinh lênquỹ đạo là 70.000 USD )

-Kiểm nghiệm độ bền nhiệt : Tính phân bố nhiệt trên vệ tinh để so sánh với giới

hạn chịu nhiệt của từng bộ phận của F-1 , lấy đó là cơ sở để thiết kế bộ phận điều khiểnnhiệt để đảm bảo vệ tinh hoạt động tốt trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường

Như vậy, với hai nhiệm vụ trên , đồ án có vai trò hết sức quan trọng và có tính quyếtđịnh đến việc thiết kế để đảm bảo cho vệ tinh có thể hoạt động tốt theo đúng yêu cầu đặt

ra

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 2.1 VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH

Trong công tác thiết kế các kết cấu công trình hoặc chi tiết máy thì việc tính toánsức bền của kết cấu chịu lực đóng vai trò quan trọng, nó chiếm khối lượng lớn về laođộng và thời gian trong toàn bộ công việc thiết kế Kết quả tính toán càng chính xác vàđầy đủ thì không những vừa đảm bảo được các yêu cầu về độ bền, độ cứng và độ ổn địnhcủa kết cấu và làm cho công trình hay máy móc làm việc chắc chắn và an toàn mà còncho phép tận dụng tối đa khả năng làm việc của vật liệu, giảm kích thước, trọng lượng vàgiá thành công trình

Trước đây việc tính toán kết cấu chịu lực được thực hiện theo các công thức kinhnghiệm, các bảng tra lập sẵn Đối với các kết cấu phức tạp thì sử dụng đến những phươngpháp dùng để tính toán kết cấu như phương pháp lực, phương pháp chuyển vị, phươngtrình ba mômen Nhưng với sự phát triển mạnh của công nghiệp chế tạo máy, đóng tàunói riêng và các ngành công nghiệp khác nói chung Với khối lượng lớn các kết cấu với

độ phức tạp hơn (kích thước kết cấu lớn, điều kiện biên, xét với không gian 3 chiều) thìviệc tính toán thiết kế theo các phương pháp trên rất khó khăn và mất rất nhiều thời gian

và công sức

Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là một phương pháp tính kết cấu được bắtđầu nghiên cứu một cách hệ thống và cơ bản từ những năm 1960 Nhưng phải đến nhữngnăm 1980, nhờ sự tiến bộ mạnh mẽ của máy tính điện tử, phương pháp PTHH mới được

áp dụng rộng rãi và nhanh chóng chứng tỏ được ưu thế của mình đối với các ngành côngnghiệp như : Xây dựng, cầu đường, chế tạo máy, đóng tàu Với sự trợ giúp đắc lực củamáy tính và dựa trên cơ sở lý luận của phương pháp PTHH, hàng loạt các phần mềm tínhtoán kết cấu ra đời như: SAP, COSMOS, NASTRAN, ANSYS, ABAQUS… mở ra một

xu hướng mới : Tự động hóa tính toán kết cấu

Trong tính toán , kiểm bền vệ tinh với dạng kết cấu phức tạp như khung siêu tĩnh,dàn phẳng, dàn không gian thì phương pháp chủ yếu nhất hiện nay vẫn là phương pháplực hoặc phương pháp chuyển vị Nói chung các phương pháp này đều gặp khó khăn khigiải các hệ siêu tĩnh bậc lớn Việc giải một hệ phương trình tuyến tính với số phươngtrình và số ẩn rất lớn sẽ đòi hỏi nhiều thời gian và trên thực tế có thể không giải được nếuchỉ sử dụng những phương pháp tính toán thông thường Còn nếu như để giảm bớt ẩn số

đi thì chỉ có cách làm giảm bớt một số liên kết trong hệ hoặc phân tích hệ không gianthành hệ phẳng Làm như vậy kết quả nhận được sẽ không chính xác, thông thường sẽlàm cho các giá trị tìm được như: Nội lực, ứng suất, biến dạng lớn hơn so với thực tế làmcho kích thước cũng như trọng lượng kết cấu tăng lên, lãng phí vật liệu

Với việc vận dụng cơ sở lý thuyết của phương pháp PTHH và tính toán kết cấu vệtinh sẽ khắc phục được tất cả các khó khăn, hạn chế mà các phương pháp trên mắc phải.Phương pháp PTHH có đặc điểm cơ bản là thuật toán đơn giản, tính hệ thống cao nên rấtphù hợp với việc lập trình và giải bằng máy tính, khối lượng tính toán tuy lớn nhưng sẽ

do máy tính đảm nhiệm, việc tính toán sẽ nhanh và kết quả cũng chính xác hơn nhiều sovới các phương pháp trước đây Một trong những lợi thế nữa của phương pháp PTHH đốivới tính toán kết cấu vệ tinh là khi cần thay đổi vị trí trạng thái vệ tinh hoặc thay đổiphương án tải thì chỉ cần thay đổi một số nội dung của chương trình tính, còn với cácphương pháp lực chẳng hạn thì công việc tính toán gần như làm lại toàn bộ

Hiện nay đã có khá nhiều chương trình phần mềm tính toán kết cấu đã được đưavào khai thác tại Việt Nam, thực tế đã áp dụng rất hiệu quả cho một số ngành Trong đồ

án này tác giả sử dụng phần mềm ANSYS cho quá trình tính toán mô phỏng ANSYS làmột phần mềm mạnh được phát triển và ứng dụng rộng rãi trên thế giới Trong tính toánthiết kế cơ khí, phần mềm ANSYS có thể liên kết với các phần mềm thiết kế mô hìnhhình học 2D và 3D, lấy đó làm mô hình hình học phục vụ quá trình mô phỏng: phân tíchtrường ứng suất, biến dạng … của chi tiết Nhờ đó, có thể tìm các thông số tối ưu chocông nghệ chế tạo ANSYS còn cung cấp phương pháp giải các bài toán cơ với nhiềudạng mô hình vật liệu khác nhau: đàn hồi tuyến tính, đàn hồi phi tuyến, dẻo, dẻo nhớt,chảy dẻo,vật liệu siêu đàn hồi, siêu dẻo, các chất lỏng và chất khí

2.2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

Qua phần phân tích ở trên ta thấy: các phương pháp lực hay chuyển vị đều gặp khókhăn khi gặp các kết cấu phức tạp như hệ khung, dàn siêu tĩnh bậc cao, kết cấu tấm, vỏ

… Vì vậy ý tưởng thay kết cấu liên tục trên cơ sở rời rạc hóa, nghĩa là dùng một mô hìnhrời rạc để lý tưởng hóa kết cấu thực Trong đó, ý tưởng mô hình hóa môi trường đàn hồiliên tục bằng một hệ tương đương gồm một số hữu hạn các miền hoặc các kết cấu concàng nhỏ càng tốt nhưng phải hữu hạn Các miền con hoặc kết cấu con đó gọi là các phần

tử hữu hạn, chúng có thể có dạng hình học và kích thước khác nhau, tính chất vật liệuđược giả thiết không thay đổi trong một phần tử nhưng có thể thay đổi từ phần tử nàysang phần tử khác

Kích thước hình học và số lượng các phần tử không những phụ thuộc vào hìnhdạng hình học và tính chất chịu lực của kết cấu (bài toán phẳng hay bài toán không gian,

hệ thanh hay hệ tấm vỏ …) mà còn phụ thuộc vào yêu cầu về mức độ chính xác của bàitoán đặt ra

Các bài toán kết cấu hiện nay thường sử dụng 3 dạng phần tử chủ yếu:

- Hệ thanh (khung, dầm, giàn …) sử dụng phần tử hữu hạn một chiều –phần tử thanh

- Hệ tấm, vỏ sử dụng các phần tử hữu hạn 2 chiều (phần tử tam giác, tứ giác

…)

- Kết cấu là vật thể sử dụng phần tử hữu hạn 3 chiều (tam diện, tứ diện …).Sau khi rời rạc hóa kết cấu liên tục, các phần tử hữu hạn lại được giả thiết nối vớinhau tại một số điểm qui định (thường là đỉnh mỗi phần tử) gọi là các nút Còn toàn bộtập hợp các phần tử được rời rạc hóa gọi là lưới phần tử hữu hạn

Lưới phần tử hữu hạn càng dày, nghĩa là số lượng phần tử càng lớn hay kích thướccủa mỗi phần tử càng nhỏ thì mức độ chính xác của kết cấu tính toán càng cao

Khi số lượng phần tử càng lớn thì số nút càng nhiều và số ẩn của bài toán cũngnhiều Thông thường với một bài toán không phức tạp lắm, nếu giải bằng phương phápphần tử hữu hạn thì cũng phải giải hệ phương trình chứa hàng trăm ẩn Còn với kết cấuphức tạp, lại đòi hỏi độ chính xác cao số ẩn có khi lên đến hàng nghìn Điều đó cho thấyphương pháp phần tử hữu hạn cần phải có sự trợ giúp của máy tính Với thuật toán vàtính hệ thống cao, việc sử dụng máy tính trong việc giải hệ phương trình có nhiều ẩn số làphù hợp và mang lại hiệu quả cao

Một cách tổng quát, việc tính toán kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạnđược thực hiện theo các bước sau:

Bước 1 – Chia kết cấu ra thành một số hữu hạn các phần tử (thanh, hai chiều, 3

chiều), mỗi phần tử liên kết với một nút xác định

Bước 5 – Ghép nối các ma trận độ cứng phần tử trong hệ tọa độ toàn cục để nhận

được ma trận độ cứng của cả kết cấu [ ]K

Bước 6 – Giải hệ phương trình cân bằng:

[ ]{ } { }K u = F (3.1)Trong đó:

Vì phương pháp PTHH là phương pháp tính toán rất phổ biến , chúng ta hoàn toàn có

thể tham khảo tại rất nhiều tài liệu nên trong giới hạn đồ án này em không giới thiệu sâu về phương pháp này mà chỉ giới thiệu qua về tổng quan của nó nhằm tập trung vào giải quyết bài toán Kiểm bền tĩnh và kiểm bền nhiệt cho vệ tinh

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ KIỂM BỀN TĨNH CHO VỆ TINH F-1 3.1 CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ VÀ KẾT CẤU VỆ TINH

các tài liệu tham khảo trong phần này do Fspace cung cấp

3.1.1.Quá trình hoạt động của vệ tinh và những nhận định cơ bản

- Nanosatellite sau khi chế tạo được đặt trong E-POD ( hình 1.1a)

- E-POD được đặt vào pay-load của tên lửa PSLV (hình 1.1b)

- Phóng tên lửa lên quỹ đạo (Hình 1.1c , 1.1d)

- Deploy vệ tinh vào không gian (hình 1.1e , 1.1f)

a) Payload b) PLSV c) Phóng tên lửa

f)quỹ đạo vệ tinh e)phóng vệ tinh khỏi payload d)quỹ đạobay của tên lửa

Hình 3.1 Quá trình hoạt động của vệ tinh

Như vậy vệ tinh sẽ phải trải qua 2 giai đoạn cơ bản có ảnh hưởng lớn đến độ tuổi thọ hay sự tồn tại của chính vệ tinh:

bền Giai đoạn phóng tên lửa : vệ tinh sẽ phải chịu rung động, dao động

- Giai đoạn bay trên quỹ đạo: vệ tinh sẽ phải chịu thay đổi nhiệt theo chu kì nóng,lạnh

Qua phân tích các giai đoạn như trên có thể thấy có 2 bài toán tính toán mô phỏngquan trọng được đặt ra :

Bài toán 1 :Tính toán, mô phỏng độ bền cơ học của vệ tinh trong quá trình phóng

Bài toán 2 :Tính toán mô phỏng độ bền nhiệt nhiệt trong toàn bộ thời gian quỹ đạo

bay của vệ tinh ( phần này sẽ được đề cập kỹ hơn ở phần sau của đồ án )

- Tính nhiệt trong trường hợp nóng : vệ tinh chịu đồng thời các nguồn nhiệt bức xạ.Lúc này vệ tinh ở ngoài vùng sáng trong thời gian 60 phút (tính với các góc độ bức xạkhác nhau)

- Tính nhiệt trong trường hợp lạnh: vệ tinh đi vào vùng tối kéo dài 36 phút, vệ tinhchịu tải trọng nhiệt do bức xạ hồng ngoại của trái đất, và bức xạ truyền nhiệt của các thiết

bị bên trong vệ tinh

- Tính toán nhiệt theo thời gian và góc độ tải trọng nhiệt thay đổi

3.1.2.Các yêu cầu tính toán để thiết kế vệ tinh

Từ những đặc điểm trên của vệ tinh , và các thông số của tên lửa đẩy , các điều kiện cụ thểcủa trái đất … cùng những phân tích ban đầu , chúng ta có các yêu cầu để tính toán thiết kế F-1như sau :

- Kết cấu của vệ tinh phải đảm bảo cho vệ tinh đủ cứng, đủ bền và đảm bảo tính tincậy gia công chế tạo Vệ tinh phải chịu được các điều kiện và tác động bên ngoài: rungđộng , dao động, thay đổi nhiệt độ…

- Kích thước vệ tinh: 2U (10x10x20 cm)

- Trọng lượng: khoảng 2kg

- Sai lệch khối tâm với tâm hình học: <=2cm

- Tần số riêng (source PSLV rocket):

o Phương hướng tâm: > 18Hz

o Phương dọc trục tên lửa: >40Hz

- Các dạng tại trọng phải chịu:

o Rung động

o Dao động trong ống phóng

o Tải trọng nhiệt trong quá trình bay trên quỹ đạo

o Tải trọng quán tính:

 Dọc trục tên lửa (max) 7g nén, 2,5g dãn

 Hướng tâm tên lửa (max) ±2,5g

Với những yêu cầu thiết kế như trên,

F-space đã thiết kế được mô hình như hình 3.2

Gồm 5 bộ phận chính với các vật liệu như sau (Hình 3.3)

Hình 3.2 Mô hình vệ tinh F-1

- Kết cấu khung : Đây là bộ phận quan trọng giúp tạo hình cũng như gắn kết các bộ

phận của vệ tinh với nhau

- Ăngten : Dùng để thu phát tín hiệu

- Pin Mặt trời : Có nhiệm vụ thu nhiệt của mặt trời vừa để chuyển hóa thành điện năng

tạo ra nguồn năng lượng điện vừa có tác dụng làm ấm vệ tinh

- Vỏ : Vừa có tác dụng bảo vệ bo mạch điện tử bên trong vừa để gắn các tấm pin mặt

trời

- Các bo mạch điện tử : Có nhiệm vụ như bộ não điều khiển mọi hoạt động của vệ tinh

Pin mặt trời

Vỏ

Bo mạch điện tử

Vật liệu sử dụng cho vệ tinh gồm 4 loại vật liệu với các thông số và đặt vào cácphần của vệ tinh như sau:

3.1.4.Các loại vật liệu của vệ tinh

Ứng với các bộ phận trên là các vật liệu dùng để chế tạo như sau :

- Các lực ngoại lực tác dụng lên vệ tinh là :

(Vật liệu do Fspace cung cấp)

 Lực quán tính :

• Gia tốc hướng lên : a = 7g = 7x10=70m/s2 ,

• Gia tốc hướng tâm aht=2,5g=2,5x10=25m/2 => vận tốc góc ω=

254.4721.25

ht

r

a = = (rad/s) với r =1.25m là bán kính của tên lửa đẩy

 Trọng lực : P=mg = 2x10=20N

 Lực dự trữ để đẩy vệ tinh ra khỏi payload : Theo thông số nhà cung cấp dịch vụ

phóng tên lửa cho biết, vệ tinh sau khi đến được quỹ đạo sẽ được đẩy ra khỏi tênlửa với gia tốc là 2 m/s2 => lực dự trữ để đẩy vệ tinh ra khỏi payload là F=

ma d =2x2=4N Giả sử lực này được đặt lên 4 chân của vệ tinh thì mỗi chân của vệ

tinh sẽ chịu thêm một lực 1N

 Các lực rung, sốc tác dụng lên vệ tinh : Các lực này là các lực phát sinh trong quátrình phóng tên lửa, nó phụ thuộc vào kết cấu của tên lửa cũng như điều kiện môi

trường phía ngoài tên lửa , các lực này ta chưa biết Để bổ sung cho phần lực này , ta xét thêm các trường hợp lực quán tính có các gia tốc là 40g coi như

đây là hệ số bù cho tải trọng động trong việc tính hệ số an toàn

3.3 MÔ PHỎNG KIỂM BỀN KẾT CẤU

Với việc tính toán kết cấu bằng phương pháp số, việc tìm đúng điều kiện biên của bàitoán để mô phỏng là hết sức quan trọng Trong quá trình thực hiện bài toán này , em đãphân tích và sử dụng nhiều điều kiện biên khác nhau để tìm ra điều kiện biên tốt nhất.Tuy nhiên ở đây em chỉ đưa ra hai điều kiện biên cho bài toán là điều kiện biên ban đầu

và điều kiện biên cuối cùng mà em cho là đúng nhất để người đọc có thể hiểu sâu hơn vềquá trình thực hiện bài toán cũng như đánh giá tính đúng đắn của kết quả đưa ra

3.3.1 Phương án điều kiện biên theo đề xuất ban đầu

3.3.1.1 Phân tích điều kiện biên

Đây là phương án được đưa ra đầu tiên khi bắt tay vào nghiên cứu mô phỏng để kiểm bềntĩnh cho F-1 bên phía FPT Giả sử vệ tinh được đặt dọc theo trục của tên lửa Khi vệ tinhđược phóng lên , mặt trên của tên lửa luôn tì sát vào nắp đậy của payload nên có thể coinhư mặt này không chuyển vị và vì thế khi mô phỏng , ta đặt fixed support ( hạn chếchuyển vị theo các phương ) vào mặt này Ta có điều kiện biên cụ thể như sau : (hình 3.4)

- Đặt fixed support tại mặt trên của vệ tinh

- Gia tốc hướng lên : Do vai trò của trọng lực cũng tương tự như vai trò của một lực quántính hướng xuống với gia tôc là g nên ta tổng hợp cả lực quán tính và trọng lực tác dụnglên vệ tinh bằng một lực tổng tương đương với gia tốc là 7g+g=8g =80m/s2 hướng lên

- Vận tốc góc : ω= 4.721 rad/s có phương trùng với trục z và quay quanh tâm tại tọa độ(-13934, 132 , -330)

- Mỗi chân F-1 chịu tác động của một lực 1N hướng lên

3.3.1.2 Kết quả

Với điều kiện biên như trên, ta

thu được kết quả như sau :

-Ứng suất tập trung tại các

đỉnh đầu quanh các lỗ bắt vít

của các trụ đứng , các thanh

giằng giữ các bo mạch điện tử

Ứng suất lớn nhất tập trung

trên các bulong liên kết các bo

mạch điện tử với giá trị lớn

nhất là : 5.108 Mpa

Hình 3.4 Điều kiện biên theo đề xuất của Fspace

Hình 3.5 Phân bố ứng suất tổng trên vệ tinh

- Vệ tinh chịu biến dạng kéo với giá trị tăng theo chiều từ trên đỉnh của vệ tinh xuống vàđạt cực đại tại mặt đáy của vệ tinh với độ lớn εmax = 0.018 mm

Hình 3.6 Phân bố biến dạng tổng của vệ tinh

-Rõ ràng kết quả trên là không phù hợp với thực tế bởi vì khi vệ tinh đặt trong payload ,trong quá trình phóng , vệ tinh chỉ có thể bị nén chứ không thể bị giãn được (điều kiệnđầu vào của vệ tinh) Vậy điều kiện biên của bài toán là chưa phù hợp, do đó ta phảiphân tích lại để tìm ra điều kiện biên phù hợp cho bài toán

3.3.2 Phương án điều kiện biên đề xuất mới

3.3.2.1 Điều kiện biên

Như ta đã phân tích bên trên , vệ tinh được đặt trong payload được giữ cố đinh ởtrong đó như vậy , nếu coi vệ tinh là một hình hộp chữ nhật thì nó phải bị giới hạnchuyển vị tại 6 mặt theo phương vuông góc tương ứng và hướng ra ngoài Vậy với trườnghợp vệ tinh được đặt dọc trục của tên lửa , ta có điều kiện biên như sau:

Hình 3.7 Điều kiện biên đề xuất mới

o Hạn chế chuyển vị tại các mặt ngoài của 4 trục chính theo phương vuông gócvới bề mặt đó ( displacement)

o đặt 4 lực 1N vào 4 chân của vệ tinh

o đặt lần lượt các gia tốc (7g +g) và (40g +g) hướng lên cùng chiều trục z

o Vận tốc góc rad/s quay quanh trục thẳng đứng qua điểm (-13934,

132 , -330)

Hình 3.8 Phân bố ứng suất trên vệ tinh

Bảng giá trị ứng suất lớn nhất với các giá trị gia tốc khác nhau

Trường hợp ứng suất lớn nhất бmax