Sviluppo di un metodo analitico per la valutazione di strutture spaziali soggette a shock basata su dati analitici e sperimentali = Development of an analytical method for the evaluation of space structures subjected to shock based on analytical and experimental data

Le strutture spaziali sono spesso soggette a carichi di shock durante tutta la loro vita operativa: il dispiegamento delle diverse appendici, il rilascio dei payload e la fase di separazione dello spacecraft dal lanciatore sono solo alcune delle fasi in cui si verifica l’evento di shock. Lo scopo di questa tesi è quello di ricavare un metodo analitico che sia in grado di investigare l’evento di shock e di studiare i suoi effetti sulle strutture spaziali, confrontando dati analitici e sperimentali forniti da Thales Alenia Space. I dati raccolti durante le campagne di test sono stati presti come spunto e confrontati con i risultati numerici ricavati per mezzo dei codici di calcolo MSC Nastran e Altair Hyperworks RADIOSS. Questi software utilizzano due metodi di calcolo differenti: il primo adotta un algoritmo implicito, mentre il secondo usa un metodo di integrazione esplicito. In particolare, nel caso del codice Nastran sono state utilizzate tre differenti analisi transitorie: SOL 109, SOL 112e SOL 400. Gli output ricavati analiticamente sono stati confrontati tra di essi e con quelli sperimentali in termini di time history e Shock Response Spectra, che rappresenta lo strumento maggiormente utilizzato per lo studio dello shock. L’approccio analitico è stato valutato inizialmente utilizzando come riferimento i dati sperimentali raccolti durante lo studio “Shock Release System Classification”, svolto da Thales Alenia Space su richiesta dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA). Un modello numerico della stessa struttura è stato creato utilizzando il metodo degli elementi finiti. Per questa prima applicazione la SOL 112, detta Modal Transient Solution, è risultata essere la soluzione ottimale. Le stesse analisi numeriche sono state riproposte per due differenti casi reali: l’ALD (Analysis Laboratory Drawer) e IXV (Intermediate eXperimental Vehicle), i cui modelli sono stati forniti da Thales Alenia Space in Italia. Nel caso del modello dell’ALD è stata applicata un’eccitazione impulsiva generata durante un test di laboratorio. Al modello di IXV sono stati invece applicati una serie di carichi che simulano l’evento di shock generato durante la separazione dello spacecraft dal lanciatore tramite l’apertura della clampband. A differenza del caso del modello semplificato, per casi reali l’identificazione di una soluzione migliore non è così immediata. Per modelli di grandi dimensioni come quelli analizzati è necessario l’utilizzo delle SOL 109 e 400, ponendo però particolare attenzione ai parametri di smorzamento e al metodo di applicazione dei carichi.