Development and Validation of a Tool for the Experimental Modal Analysis of the MicroWave Imager Payload

In the process of producing, and launching every space structure, the test is one the main milestones. The primary objective of the test is the qualification of the item. Intermediate test levels and objectives are introduced by the regulation, i.e., the European Cooperation for Space Standardization (ECSS). One of these objectives is the experimental modal analysis and characterization at different test levels. The analysis must be performed in-situ between one test and the following, and the high daily cost of the test facility imposes to accelerate the post-processing of test data. In this context and in collaboration with OHB Italia, this thesis project aims at developing an efficient software tool to accelerate and to extend in-situ assessments of the analysts. The use of linear and nonlinear subspace identification methods is investigated for the experimental modal analysis of space structures. This thesis is divided into two parts. First, the linear subspace modal identification is compared to the standard algorithms indicated by the ECSS. The flaws of the current methodology are highlighted, and the applicability of subspace method is discussed. The second part deals with the nonlinear subspace identification. In particular, a novel approach is proposed to identify distributed nonlinearities in large and complex structures, characterized by a high number of accelerometers. The procedures described in this thesis are applied and validated on the real test data of the MicroWave Payload, which have been courteously provided by OHB Italia.

Nel processo di produzione di ogni struttura spaziale fino al lancio, il test è una delle principali attività. L’obiettivo primario del test è la qualifica del prodotto spaziale. Livelli intermedi di test e obiettivi intermedi sono stati introdotti dalla normativa vigente, ovvero la European Cooperation for Space Standardization (ECSS). Uno di questi obiettivi è l’analisi sperimentale e la caratterizzazione modale a diversi livelli di test. L’analisi deve essere condotta in-situ tra un test e quello successivo, e l’elevato costo giornaliero della test facility impone di accelerare il post-processing dei dati del test. In questo contesto e in collaborazione con OHB Italia, questo lavoro di tesi punta allo sviluppo di un software tool per accelerare ed estendere le valutazioni che gli analisti possono compiere in-situ. L’uso di metodi di identificazione del sottospazio lineari e non-lineari è trattato per l’analisi sperimentale di strutture spaziali. Questa tesi si divide dunque in due parti. Nella prima, l’identificazione modale del sottospazio è comparata con lo standard degli algoritmi indicati nella ECSS. I limiti dell’approccio corrente sono evidenziati e l’applicabilità del metodo è discussa. La seconda parte si occupa della identificazione non-lineare del sottospazio. In particolare, un nuovo approccio è proposto per identificare le non-linearità distribuite in strutture spaziali grandi e complesse, caratterizzate da un elevato numero di accelerometri. La procedura descritta in questa tesi è applicata e validata sui dati di una struttura reale, il MicroWave Imager Payload, che sono stati cortesemente forniti da OHB Italia.