Date of Award
4-2024
Document Type
Thesis
Degree Name
Master of Science in Space Science (MSSS)
Department
Physics
First Advisor
Dr. Mohamed Okasha
Second Advisor
Dr. Erwin Sulaeman
Abstract
This thesis presents the process of conducting the structural analysis of AlAinSat-1 CubeSat through a numerical solution using Siemens NX. AlAinSat-1 is a 3U remote-sensing CubeSat carrying two earth observation payloads. The CubeSat is scheduled for launch on SpaceX's Falcon 9 rocket. To ensure the success of the mission and its ability to withstand the launch environment, several scenarios should be analyzed. For the AlAinSat-1 model, the Finite Element Analysis (FEA) method is used, and four types of structural analyses are considered: modal, quasi-static, buckling, and random vibration analyses. The steps followed include idealizing, meshing, assembling, applying connections and boundary conditions, and eventually running the simulation utilizing the Siemens Nastran solver. The results of each analysis are reviewed, and the issues raised during the analysis are highlighted along with suggested solutions for them. The simulation results of all analysis types indicate that the model can safely withstand the loads exerted during launch. Also, the numerical results of Command and Data Handling Subsystem Hardware (CDHS HW) module of AlAinSat-1 are experimentally validated through a vibration test conducted using an LV8 shaker. CDHS HW successfully passed the test based on the test success criteria provided by the launcher. The numerical simulations along with the experimentally obtained results are consistent and give a better understanding of the evaluation requirements of the CubeSat systems.
Arabic Abstract
تحليل تصميم النظام الهيكلي للقمر الصناعي المكعب "العين سات- 1" عن طريق المحاكاة والتحقق التجريبي
تهدف هذه الأطروحة إلى عرض عملية إجراء التحليل الهيكلي للقمر الصناعي المكعب العين سات-1 من خلال الحل العددي باستخدام برنامج Siemens NX . العين سات - 1 هو قمر صناعي مكعب ثلاثي الأبعاد لأغراض الاستشعار عن بعد، يحمل القمر الصناعي حمولتين لرصد الأرض من المقرر إطلاق القمر الصناعي على متن صاروخ 9 SpaceX Falcon. ولضمان نجاح المهمة الفضائية وقدرتها على الصمود في بيئة الإطلاق، يجب دراسة وتحليل عدة سيناريوهات للإطلاق. وباستخدام نموذج العين سات - 1 ، تم تطبيق طريقة تحليل العناصر المحدودة (FEA) وإجراء أربعة أنواع من التحليلات الهيكلية : التحليل النموذجي Modal Analysis، والتحليل شبه الساكن Quasi-Static Analysis، وتحليل التقويس Buckling Analysis ، وتحليل الاهتزاز العشوائي Random Vibration Analysis. تتضمن عملية التحليل الهيكلي عدة خطوات من أهمها التبسيط والتجزئة والربط والتجميع وتطبيق الشروط لنموذج العين سات - 1 ، وفي النهاية تطبيق المحاكاة باستخدام برنامج Siemens Nastran. يتم مراجعة نتائج كل تحليل على حده، وتسليط الضوء على المشاكل التحليلية التي تنشأ أثناء التحليل مع تقديم الحلول المقترحة لها. تشير نتائج المحاكاة لجميع أنواع التحليلات إلى أن نموذج العين سات - 1- يمكنه بأمان تحمل القوى والأحمال التي يتم بذلها على القمر الصناعي أثناء الإطلاق. كما تم التحقق من دقة النتائج العددية لوحدة النظام الفرعي للأوامر ومعالجة البيانات (CDHS) للقمر الصناعي العين سات - 1- تجريبيًا من خلال اختبار الاهتزاز الذي تم إجراؤه باستخدام جهاز الاهتزازات .LV8 اجتازت الوحدة الاختبار بنجاح بناءً على معايير نجاح الاختبار المقدمة من المشغل. ختاما، إن عمليات المحاكاة العددية، إلى جانب النتائج التجريبية التي تم الحصول عليها، متسقة وتعطي فهما أفضل لعملية المحاكاة للنماذج والاختبارات التجريبية.
Recommended Citation
Elshaal, Abdalla Saad, "DESIGN ANALYSIS OF THE STRUCTURAL SYSTEM OF ALAINSAT-1 CUBESAT BY SIMULATION AND EXPERIMENTAL VALIDATION" (2024). Theses. 1218.
https://scholarworks.uaeu.ac.ae/all_theses/1218