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DECIGO pathfinder のための 試験マスモジュールの構造設計・解析

DECIGO pathfinder のための 試験マスモジュールの構造設計・解析. お茶大、国立天文台 A 、 東大地震研 B 、 東大理 C 、 法政大工 D 若林野花、大渕喜之 A 、岡田則夫 A 、鳥居泰男 A 、江尻悠美子、鈴木理恵子 、 上田暁俊 A 、川村静児 A 、新谷昌人 B 、安東正樹 C 、佐藤修一 D 、菅本晶夫. 目次. 概要 ＤＰＦ試験マスモジュールの概要 BBM 実験全体の流れ 設計・製作・組立・構造解析について 今後の予定 まとめ. 概要.

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DECIGO pathfinder のための 試験マスモジュールの構造設計・解析

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Presentation Transcript

  1. DECIGO pathfinderのための試験マスモジュールの構造設計・解析 お茶大、国立天文台A、東大地震研B、東大理C、法政大工D 若林野花、大渕喜之A、岡田則夫A、鳥居泰男A、江尻悠美子、鈴木理恵子、上田暁俊A、川村静児A、新谷昌人B、安東正樹C、佐藤修一D、菅本晶夫

  2. 目次 • 概要 • ＤＰＦ試験マスモジュールの概要 • BBM実験全体の流れ • 設計・製作・組立・構造解析について • 今後の予定 • まとめ

  3. 概要 DPF試験マスモジュールのBreadboardModel[BBM]の設計・加工・組立・構造解析を行った。 　構造解析で行った現モデルでの解析結果を、次のモデルにフィードバックする。

  4. ＤＰＦ試験マスモジュール概要 • ＤＰＦとは 宇宙重力波検出器DECIGOの前哨衛星 • ＤＰＦ試験マスモジュールとは 干渉計の鏡と試験マスを保持する機構 試験マスモジュール DPF 干渉計モジュール

  5. 試験マスモジュール開発のステップ

  6. ＤＰＦ試験マスモジュールＢＢＭ実験の流れ

  7. 試験マスモジュールＢＢＭ設計① ★総重量：約19kg ★全体の大きさ：150mm×200mm×300mm ★構成コンポーネント 　・ハウジングフレーム 　・テストマス 　・静電容量型センサー・アクチュエーター 　・クランプリリースモーター 　・ローンチロックモーター 　・レーザーセンサ

  8. 試験マスモジュールＢＢＭ設計② ★テストマス：70mm角、アルミニウム ★ハウジングフレーム：110mm角、アルミニウム ★電極板（静電容量型センサー 　　 ・アクチュエータ）：銅板に金メッキ

  9. 製作・組立について 加工：天文台マシンショップ　（精度　30μm） 電極板（センサー・アクチュエータ） レーザーセンサの コーナーキューブ 鏡 レーザーセンサユニット フレーム・電極板 テストマス

  10. 熱・構造解析（検討事項） • ロケットでの打上時の影響 • 準静的加速度荷重による影響 • ランダム振動による影響 • 音響による影響 • 衝撃による影響 • 軌道上での熱分布 [今回] 準静的加速度２４Ｇをかけたときの応力分布解析

  11. 今回の構造解析について • 各コンポーネントを再現 • 材質、形状、質量は、フライトモデルで使用予定のものを再現 • 現実に近い境界条件、応力を再現 • 機軸下向きに準静的加速度２４Ｇ 24G （235.4m/S²）

  12. 構造解析結果の概要 応力分布、変形ともに概ね問題なし。 フレーム、電極板、レーザーセンサ等に塑性変形や破壊はない。 このモデルで、準静的加速度24Gに対する十分な強度がある。 変位 応力分布

  13. 構造解析結果の詳細① ★電極板★ 材質－サファイヤ 引張応力最大4.2MPa（引張強度2250MPa） 圧縮応力最大0.2MPa（圧縮強度2950MPa） 応力集中によって破壊されることはない。 →問題なし

  14. 構造解析結果の詳細② ★フレーム★ 材質－アルミニウム ミーゼス応力最大1.4MPa（降伏点30MPa) 塑性変形しない →問題なし

  15. 構造解析結果の詳細③ 電極板－テストマス間隔 : 1mm 電極－テストマス間の接近 ： 最大0.5μm →問題なし

  16. 構造解析結果のまとめ ★準静的加速度24Gに対しての強度は概ね問題なし。 ★次のモデルではモジュール全体を計量化する必要性があり、それに伴い各コンポーネントの配置の最適化を行う。

  17. 今後の予定 その他 • 微小重力環境での試験（検討中） 熱・構造解析 試験マスモジュールの総合動作試験 各コンポーネントの性能評価実験

  18. まとめ • DPF試験マスモジュールのBBMを設計・製作・組立・準静的加速度について構造解析を行った。構造解析の結果、現モデルで準静的加速度24Gに対する強度は十分であることが分かった。 • モジュール全体の軽量化及び各コンポーネントの配置の最適化を次のモデルでは行いたい。 • 今後は、他の熱・構造解析、性能評価実験を行う予定。

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