Multi-dof transient testing: analytical and experimental investigations

In the context of spacecraft qualification, the state of the art in structural vibration test- ing is dominated by sequential single-axis sine tests. Past studies have shown that this approach consistently leads to over-sizing the spacecraft when compared to multi-axial testing, e.g., testing all Degrees of Freedom (DoFs) simultaneously, so the latter is pre- ferred. Additionally, sine-tests neglect the response dynamics that arise from transient excitations. The main issue with the implementation of multi-axial transient tests is the lack of a metric able to characterise the severity of a test and, therefore, the equiva- lence between different tests. For this reason, this project begins with the processing and characterisation of dynamic loads coming from a Coupled Load Analysis (CLA). This is then followed by the investigation of a set of techniques aimed to obtain a spectral metric aimed at characterising this multi-axial severity in the same fashion as the Shock Response Spectrum (SRS) can characterise a Single-Input-Single-Output SISO transient response. The technique, named the method of joint masses, is a metric that monitors the response of an SRS-like dummy system with two DoFs. The responses predicted by this method are compared with experimental results, obtaining a satisfactory degree of compatibility.

Nel contesto della certificazione dei veicoli spaziali, lo stato dell’arte delle prove strutturali di vibrazioni è dominato da test sequenziali di eccitazione sinusoidale lungo un solo asse. Studi passati hanno evidenziato che questo approccio conduce spesso ad un sovradimen- sionamento della struttura, con la conclusione che svolgere test multiassiali sia preferibile. Inoltre, i test sinusoidali ignorano le caratteristiche della risposta relative ad eccitazioni transitorie. Il problema principale con l’implementazione di prove multiassiali è la man- canza di metriche in grado di caratterizzare la loro severità e, dunque, l’equivalenza tra diversi test. Per questo motivo, il progetto inizia con l’elaborazione e la caratterizzazione dei carichi dinamici provenienti da un’analisi di carico accoppiata (Coupled Load Anal- ysis). Segue l’analisi di una serie di tecniche volte a ottenere una metrica spettrale per caratterizzare la severità multiassiale nello stesso modo in cui lo Shock Response Spectrum (SRS) può caratterizzare una risposta transitoria singolo-ingresso-singola-uscita (SISO). La tecnica, denominata metodo delle masse congiunte, è una metrica che monitora la risposta di un sistema fittizio simile all’SRS con due gradi di libertà. Le risposte previste da questo metodo sono state confrontate con alcuni risultati sperimentali, ottenendo un soddisfacente grado di compatibilità.