Modular design and structural analysis of a trolley part of a mechanical ground support equipment for space application

Trolleys represent the main structure of a mechanical ground support equipment, which has the purpose of integrating, testing and transporting satellites or parts of them. The function of trolleys is to allow the assembling of payloads and satellites, rotating them or keeping them in position. In this thesis, the modular design of a mechanical trolley per space application is carried out. Trolleys of different dimensions are designed to allow the mounting of payloads of various sizes and masses. The preliminary design of main and rotating frames is conducted starting from a beam model of the structure. Flanges and screws sizing is based on ver- ification criteria defined by NASA. A 3D model of different trolleys is built through the software for product 3D CAD design Catia V5. After this initial design phase, the structure is verified through finite element analysis. This analysis is carried out through the use of the solver for Finite Element Analysis MSC Nastran. The pre and post-processing software Patran allows building the finite element model, setting up the analysis and displaying the results. The finite element model is presented and the mesh created is described. The checks, necessary to ensure consistent results, are exposed and verified. They are carried out at different times, both before and after the analysis, and on different parts, like finite elements and output files. The analysis of the stresses on each element of the structure allows detecting critical issues to modify the components and improve the initial design.

I telai rappresentano la struttura principale di un mechanical ground support equipment, il quale ha lo scopo di integrare, testare e trasportare satelliti o parti di questi. La funzione dei telai consiste nel permettere l’assemblaggio di strumenti e satelliti, ruotandoli o mantenendoli in posizione. In questa tesi è svolta la progettazione modulare di un telaio meccanico per applicazione spaziale. Sono progettati telai di diverse dimensioni per consentire il montaggio di payload di differenti grandezze e masse. Il dimensionamento preliminare della struttura principale e di quella rotante è eseguito partendo da un modello a travi della struttura. Il dimension- amento di flange e viti è basato sui criteri di verifica definiti dalla NASA. Un modello 3D dei diversi telai è costruito grazie al software di progettazione 3D CAD parametrico Catia V5. Dopo questa fase iniziale di progettazione, la struttura è verificata attraverso un’analisi ad elementi finiti. Questa analisi è realizzata tramite l’uso del solutore per analisi ad elementi finiti MSC Nastran. Il software di pre e post-elaborazione Patran permette di costruire il modello ad elementi finiti, di preparare l’analisi e di visualizzare i risultati. Il modello ad elementi finiti è presentato e la mesh realizzata è descritta. I controlli, necessari per assicurarsi risultati coerenti, sono esposti e verificati. Questi sono effettuati in diversi momenti, sia prima che dopo l’analisi, e su diverse parti, come elementi finiti e output file. L’analisi degli sforzi su ogni elemento della struttura permettere di rilevare le criticità per modificare le componenti e migliorare il progetto iniziale.