The Purpose of this paper is to show the applicability of a methodology, developed by the authors, with which to perform the mechanical optimization of space truss structures strongly restricted. This methodology use a parameter call "Volumetric Displacement", as the Objective Function of the optimization process. This parameter considers altogether the structure weight and deformation whose effects are opposed. The Finite Element Method is employed to calculate the stress/strain state and the natural frequency of the structure through a structural linear static and natural frequency analysis. In order to show the potentially of this simple methodology, its application on a large diameter telescope structure (10 m) considering the strongly restriction that became of its use, is presented. This methodology, applied in previous works on continuous structures, such as shell roof and fluid storage vessels, is applied in this case to a space truss structure, with the purpose of generalize its applicability to different structural topology. This technique could be useful in the morphology design of deployable and retractable roof structures, whose use has extensively spread in the last years.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.9
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pp.720-725
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2013
Nylon wire cutting method by nichrome wire is generally applicable for cube satellite applications due to its advantages of simplicity. However, the system complexity is not avoidable to apply it on the cube satellite with multi-deployable structures. A lower constraint force of the mechanism is also one of the disadvantages of the mechanism. In this study, we proposed a preliminary structure design of cube satellite with the separation mechanism which is applicable for holding and release of the multi-deployable structures. The effectiveness of the mechanism design was verified through function test of EM mechanism. The structure analysis results showed that the structure design proposed in this study is feasible.
Kim, Yeong-Bae;Jung, Geunsung;Kim, Do-won;Choi, Han-Sol;Lim, Jae Hyuk
Composites Research
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v.34
no.4
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pp.226-232
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2021
In this paper, development of tape-springs made of composite materials was conducted for the deployment structures along with design, analysis, fabrication, and numerical and experimental investigation of mechanical behavior of the tape-springs. To this end, the tape-springs were manufactured according to three stacking patterns, and numerical and experimental investigation were conducted to determine whether or not they were damaged during bending with various selected composite materials. Finally, optimal stacking patterns that do not cause damage were selected during bending. With this information, the four-point bending test was conducted to obtain the moment-rotation curves. From results, it was confirmed that the nonlinear hysteresis phenomenon of the tape-springs was properly realized according to folding and unfolding. Therefore, it was confirmed that the composite material tape spring was properly developed.
Cai, Jianguo;Zhang, Qian;Zhang, Yiqun;Lee, Daniel Sang-hoon;Feng, Jian
Steel and Composite Structures
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v.29
no.5
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pp.669-680
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2018
The rapidly decreasing natural resources and the global variation of the climate push us to find intelligent and efficient structural systems to provide more people with fewer resources. This paper proposed a kinematic cable-strut system to realize sustainable structures in responding to changing environmental conditions. At first, the concept of the kinematic system based on crystal-cell pyramid (CP) cable-strut unit was given. Then the deployment of the structure was studied experimentally. After that, the static behaviors in the fully deployed state under the symmetric and asymmetric load cases were investigated. Moreover, the effects of thermal loading and the initial prestress distribution were also discussed. Comparative studies between the proposed structure and other deployable cable-strut system under three times of design load cases were carried out. Finally, the robustness of the system was studied by removal of one passive cable at one time.
The development of a digital signal processor based prototype is described in relation to continuing efforts for realizing a fully self-contained active sensor system utilizing impedance-based structural health monitoring. The impedance method utilizes a piezoelectric material bonded to the structure under observation to act as both an actuator and sensor. By monitoring the electrical impedance of the piezoelectric material, insights into the health of the structured can be inferred. The active sensing system detailed in this paper interrogates a structure utilizing a self-sensing actuator and a low cost impedance method. Here, all the data processing, storage, and analysis is performed at the sensor location. A wireless transmitter is used to communicate the current status of the structure. With this new low cost, field deployable impedance analyzer, reliance on traditional expensive, bulky, and power consuming impedance analyzers is no longer necessary. A complete power analysis of the prototype is performed to determine the validity of power harvesting being utilized for self-containment of the hardware. Experimental validation of the prototype on a representative structure is also performed and compared to traditional methods of damage detection.
Kim, Tae-Hyun;Kim, Dae-Yeon;Suh, Jong-Eun;Han, Jae-Hung;Lee, Jae-Eun;Jung, Hwa-Young
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.3
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pp.225-231
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2020
Recently, there has been an increasing demand for SAR satellite as it can be operated regardless of the weather condition. In general, main reflector of the SAR is formed of multiple deployable panels to increase performance in the constrained payload envelope. By nature, deployable structure lacks structural stiffness and it is vulnerable to external disturbances and excitation. In particular, SAR satellites may have high levels of vibration occurring at the antenna reflecting surface due to higher angular rate requirements. During image capturing it is important to keep high surface accuracy of the reflector for the quality of images. In this research, a performance degradation of deployable SAR antenna due to structural deformation is analyzed. Panels for main reflectors are assumed to be flexible structures and multi-body simulation environment is established. Then, deflection of the panel is calculated while the satellite performs maneuvers. In addition, antenna gain and beam pointing error are analyzed to determine how these deflections affect antenna performance and mission.
A Spatial structure, having a curvature with a curved surface, is an extremely efficient mechanical creation considering the external load. It is resisted the out-of-plane direction load by in-plane forces using the structure's curvature. Spatial Structures include many types of structures, such as: space frames or grids; cable-and-strut and tensegrity; air-supported or air-inflated; self-erecting and deployable; cable net; tension membrane; lightweight geodesic domes; folded plates; and thin shells. Membrane structures, a kind of lightweight soft structural system, are used for spatial structures. It is very important that effects by wind load than seismic and dead load. And, wind load is different by surrounding and shape of building In this study, we analyze the results of design wind load and wind tunnel tests about the 2 stadiums which are constructed on sensitive sites by effect of wind loads.
The bistable thin cylindrical shell is developable structure with the ability to transition between its two stable configurations. This structure offers significant potential applications due to its excellent deformability. In this paper, the composite thin cylindrical shell consisting of the composite layer and the piezoelectric layer was investigated. The material and geometric parameters of the shell were found to influence its stable characteristics. The analysis model of the composite thin cylindrical shell incorporating the piezoelectric layer was developed, and the expressions for its strain energy were derived. By applying the minimum energy principle, the impact of the electric field intensity on the bi-stable behaviors of the cylindrical shell was analyzed. The results showed that the shell exhibited the bistability only under the appropriate electric field strength. And the accuracy of the theoretical prediction was verified by simulation experiments. This study provides an important reference for the application of deployable structures.
Parke, G.A.R.;Toy, N.;Savory, E.;Abedi, K.;Chenaghlou, R.
Wind and Structures
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v.1
no.4
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pp.317-336
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1998
In this paper the appraisal of a folding dome structure under the influence of wind loading is discussed. The foldable structure considered is constructed from an assembly of interconnected elements, together with a flexible membrane, all of which are initially store in a compact form and on deployment expand, like an umbrella, into a dome structure. Loading on the dome was obtained from a wind tunnel analysis of the pressure distribution over the roof of a 1:10 scale model of the structure. The critical loading obtained from the wind tunnel investigation was used, together with individual member and material tests, to form a series of numerical non-linear finite element models which were, in turn, used to investigate the forces within the structure. The numerical analysis was used to determine the critical wind loading that the structure can sustain, as well as providing a method by which to investigate the failure modes of the structure. In order to enhance the load carrying capacity of the dome it was found that both the strength and stiffness of the structural nodes needed to be enhanced and in addition, changes were necessary to substantially increase the stiffness of the individual member and caps.
The purpose of this paper was to design the cable networks for mesh reflector antennas, considering the flexibility of structures. An effective form-find methodology is proposed. The whole parts of the cable networks are described by the absolute nodal coordinate formulation. Additionally, nonlinear deformation of the cable can be obtained. The form-finding analysis of the reflector with standard configuration is performed, to validate the proposed methodology. The truss ring structure is numerically modeled using the frame elements. To consider the flexibility of the truss ring as well as the cable net structure, an iteration analysis between the truss ring and the cable net under tensional forces is also performed in the form-finding process. The finial configuration of the reflector with tensioned cable networks is demonstrated.
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