Finite element analysis of a micro-propulsion electronic unit in the frame of the Lisa pathfinder mission

The finite element method is a numerical approach used to find a solution to physical problems of arbitrary shape. It is based on the partitioning of the continuum into several finite elements, connected each other through nodes, where the solution is computed. The finite element method is extensively used in the industrial world, applied to a wide variety of problems, from structural to thermal and fluid-mechanical. The purpose of this work is to realize a valid finite elements model for the micro-propulsion electronic unit in the context of the LISA Pathfinder space mission, in order to inspect and verify its mechanical characteristics. The mechanical analysis provides the evaluation of the unit structural capabilities to withstand the specified environment. The characteristics are evaluated in terms of eigenvalues/natural frequencies and of the structural behavior under design loads coming from the envelope of the environmental loads in the worst case condition. The mechanical analysis is performed to make sure that the margins of safety and the natural frequencies are within the allowable values, referring to the requirements document. The work of realization and simplification of the geometry is done with the design software SOLIDWORKS. MSC PATRAN is used in the realization of the finite element model as pre-post processor while the finite element analyses are carried out by the MSC.NASTRAN solver.

Il metodo a elementi finiti è un approccio numerico per trovare soluzioni a problemi fisici di forme arbitrariamente complesse. Si basa sulla discretizzazione del continuo in elementi di forma definita, collegati tra loro da nodi, ove la soluzione viene calcolata. Il metodo a elementi finiti è estensivamente utilizzato anche nelle grandi aziende per risolvere problemi di vario tipo, dallo strutturale al termico e fluidodinamico, sia in ambito lineare che non lineare. Scopo del presente lavoro è la realizzazione di un valido modello a elementi finiti per l'unità di micro-propulsione della missione spaziale LISA Pathfinder, in modo da conoscere e verificare le caratteristiche meccaniche della stessa. L'analisi meccanica consente di capire in che modo la struttura risponde quando è sottoposta all'ambiente di missione. Le caratteristiche vengono esaminate in termini di autovalori, frequenze naturali e margini di sicurezza calcolati in base alla condizione di carico critico risultante. Per un buon funzionamento della struttura è necessario garantire che i suddetti indicatori rispettino i limiti stabiliti dai requisiti della missione. La realizzazione e semplificazione della geometria è effettuata tramite il software SOLIDWORKS. MSC PATRAN è utilizzato come pre - post processore, nella fase di realizzazione del modello a elementi finiti e visualizzazione dei risultati; le analisi sono invece effettuate tramite il solutore MSC NASTRAN.