Study of Low Earth Orbit impact on ORCA2SAT subsystems

Mission planning of CubeSats can be very challenging due to their mass, volume and power constraints. In addition, the majority of CubeSat projects are done at a University level, which can also mean constraints in terms of budget. In order to guarantee the mission’s success, several aspects must be studied prior to launch. Firstly, it must be assured that the satellite has enough accesses to the desired ground stations in order to establish communications while in orbit. However, to keep the satellite operational power generation is required. The profile of power generation varies throughout the year and is heavily dependent on the CubeSat’s orbit. Thus, it is crucial to assess the power generation for a long period in order to guarantee the operation of the satellite and help set limits for systems design and hardware selection. The constraints mentioned above make use of magnetorquers as the main attitude actuators, which require a study of the Earth’s magnetic field in order to compare the generated torques with the perturbative torques inherent to the space environment. Another concern are temperature limits of the components, therefore, the temperatures experienced by the satellite in orbit must be computed and decisions must be taken to allow for the mission’s success. As in the previous analysis, the dynamic behavior of the CubeSat under launch conditions can also draw the line between success and failure. This work describes the steps taken in order to simulate all the aforementioned aspects for the computed mission lifetime, in order to mitigate inherent risks and guarantee mission success for ORCA2Sat, a two unit Cube- Sat. The simulations were done through pertinent finite elements models and space environment computational models, for a deployment from the International Space Station. It was proved, with this comprehensive mission analysis, that for the studied critical factors ORCA2Sat’s mission can be accomplished for the desired period of time, keeping the satellite operational throughout its life in orbit.O planeamento de missões de CubeSats pode ser bastante desafiante devido às suas restrições de massa, volume e energia. Além disso, a maioria dos projetos de CubeSats são a nível universitário, o que pode também significar restrições de orçamento. De modo a garantir o sucesso da missão, vários aspetos devem ser estudados antes do lançamento. Primeiramente, deve-se certificar que o satélite tem tempos de acesso suficientes às estações em solo desejadas de modo a estabelecer comunicações enquanto em órbita. Contudo, para manter o satélite operacional, é necessário gerar energia. O perfil da produção de energia varia ao longo do ano e é profundamente dependente da órbita do CubeSat. Portanto, é crucial avaliar a produção de energia durante um longo período de modo a garantir a operação do satélite e ajudar a definir limites no design de sistemas e seleção de componentes. As restrições mencionadas acima fazem com que sejam usados magnetorquers como principais atuadores de atitude, os quais requerem um estudo do campo magnético da Terra de modo a comparar os torques gerados com os torques perturbativos inerentes do ambiente espacial. Outro cuidado a ter são os limites de temperatura dos componentes, assim, é necessário calcular as temperaturas experienciadas em órbita pelo satélite e decisões têm que ser tomadas para garantir o sucesso da missão. Tal como nas análises anteriores, o comportamento dinâmico do CubeSat sob condições de lançamento pode também definir a linha entre sucesso e fracasso. Este trabalho descreve os passos seguidos para simular todos os aspetos supracitados, para o tempo da missão estimado, de modo a minimizar os riscos associados e garantir o sucesso da missão do ORCA2Sat, um CubeSat de duas unidades. Simulações foram feitas através de modelos de elementos finitos pertinentes e modelos computacionais do ambiente espacial, para um lançamento desde a Estação Espacial Internacional. Foi provado, através de uma abrangente análise da missão, que para os fatores críticos estudados a missão do ORCA2Sat poder ser efetuada para o período de tempo desejado, mantendo o satélite operacional ao longo do seu tempo em órbita

Calibration of model parameters for the cyclic response of end-plate beam-to-column steel-concrete composite joints

Composite joints, considering the composite action of steel and concrete, exhibit, in general, high strength and high ductility. As a consequence, the use of this type of joint has been increasing in many countries, especially in those that are located in earthquake-prone regions. In this paper, a hysteretic model with pinching is presented that is able to reproduce the cyclic response of steel and composite joints. Secondly, the computer implementation and adaptation of the model in a spring element within the computer code Seismosoft is described. The model is subsequently calibrated using a series of experimental test results for composite joints subjected to cyclic loading. Finally, typical parameters for the various joint configurations are proposed.Financial support from the Portuguese Ministry of Science, Technology and Higher Education (Ministério da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior) under contract grants from PRODEP III (5.3), for Pedro Nogueiro, Foundation of Science and Technology through POCI/ECM/55783/2004 and FEDER through INTERREG-III-A (project RTCT-B-Z-/SP2.P18) is gratefully acknowledged. The assistance provided by Seismosoft, is also most (http://www.seismosoft.com). The supply of the data files from experimental tests by D. Dubina and R. Liew is warmly thanked

Numerical implementation and calibration of a hysteretic model with pinching for the cyclic response of steel and composite joints

In this paper, a hysteretic model with pinching is presented that is able to reproduce the cyclic response of steel and composite joints. Secondly, the computer implementation and adaptation of the model in a spring element within the computer code Seismosoft is described. The model is subsequently calibrated using a series of experimental test results for steel and composite joints subjected to cyclic loading. Finally, typical parameters for the various joint configurations are proposed

Modelling the interaction effects of the high-speed train-track-bridge system using ADINA

The main purpose of this paper is to present some results concerning the investigation of the effects of the vehicle-bridge interaction in simply supported medium span viaducts, including the modelling of the ballast-rail track system. This system is modelled using the rail stiffness in vertical and longitudinal directions, including the rail pad and the sleepers, and the ballast as a system of vertical springs, dampers and masses. A simplified vehicle model proposed by the European Railway Research Institute (ERRI D214, 1999), taking into account the vehicle primary suspension characteristics and the mass of the bogie is used with the contact algorithm implemented in the software ADINA to evaluate the response acceleration of a simply supported medium span concrete viaduct. The results are compared with those from the moving loads model for a wide range of train speed

Avaliação dos efeitos dinâmicos em pontes ferroviárias de alta velocidade de pequeno e médio vão

O comportamento dinâmico de pontes ferroviárias de alta velocidade é um dos principais aspectos a ter em conta no dimensionamento deste tipo de estruturas. Um dos parâmetros que é mais crítico em pontes de um único vão é o relativo às acelerações máximas verticais. Valores excessivos de acelerações podem por em causa a segurança da circulação na via, nomeadamente a instabilidade do balastro e o conforto dos passageiros. Este artigo tem como objectivo apresentar o trabalho de investigação desenvolvido em pontes ferroviárias de médio vão. O recurso à identificação modal de casos de estudo permitiu desenvolver modelos de elementos finitos capazes de simular o comportamento dinâmico em situação de serviço. Por outro lado tendo como base o modelo de elementos finitos desenvolvido veículo/via-férrea ponte foi analisado a influência das irregularidades verticais da via no comportamento das pontes

Influence of joint slippage on the seismic response of steel frames

The present paper presents an evaluation of the influence of joint slippage on the seismic response of steel frames. Using three alternative hysteretic joint models to simulate the connections of a representative low-rise steel frame, and a series of dynamic time-history analyses for a typical seismic record, it is found that slippage affects the response of the structure and should be allowed for in design

Comportamento sísmico de ligações metálicas: influência na resposta dinâmica de estruturas metálicas

Tem-se verificado nas últimas décadas a ocorrência de grande actividade sísmica em diversas zonas do globo, causando inúmeros danos, quer materiais quer humanos. A competitividade da construção metálica e mista, nomeadamente nestas zonas, requer a apresentação e o estudo de soluções que demonstrem claramente o bom desempenho estrutural. Sabendo-se a importância das ligações no comportamento das estruturas metálicas e mistas, avalia-se a resposta sísmica de três estruturas metálicas, duas planas e uma tridimensional, a partir de análises não lineares. As estruturas estudadas consistem num primeiro pórtico bidimensional, mais baixo (2x5), um pórtico bidimensional, mais alto (2x5), e por fim um pórtico tridimensional (4x5x8), considerando sempre o comportamento histerético das ligações. Para dimensionar e avaliar o desempenho sísmico deste tipo de estruturas recorreu-se a dois procedimentos diferentes: análise estática não linear e análise dinâmica não linear. Os resultados obtidos por ambas as análises foram comparados, quer em termos de deslocamentos horizontais, quer em termos de deformações nas ligações.Agradece-se o suporte financeiro concedido pela Ministério da Ciência e Tecnologia através do programa PRODEP III (5.3), a Pedro Nogueiro, da Fundação para a Ciência e Tecnologia através do projecto POCTI/ECM/55783/2004, do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional, programa INTERREG-III-A através do projecto RTCT-B-Z/SP2.P18, assim como toda a assistência prestada pela Seismosoft (http://www.seismosoft.com)

Modal identification of single-span railway viaducts

The paper reports on the results of the modal identification of several small to medium span railway viaducts. The identification was based mainly on the free vibration of each structure immediately after the train passages. The non-linear behavior of some components, namely the ballast and the aged bearing supports, conditioned the evolution of the free vibration signals, which showed increasing values for the eigenfrequencies and lower values for the damping as far as the vibration amplitude decreased. An estimate for the ballast shear stiffness and for the influence of the superstructure (track plus ballast) in the overall dynamic behaviour could also be obtained from the measurements evaluation

Vibration assessment of railway viaducts under real traffic using bridge-track models

The main purpose of this work is to evaluate and compare the dynamic response of a ballasted single-span simply supported viaduct using available models for the track system composed by the rails, the sleepers and the ballast. The dynamic response obtained from field measurements is used to establish the dynamic characteristics of the structure and the real traffic response acceleration to be used as reference for the comparisons. For the numeric calculations two types of loading model are considered, namely the moving forces model and the interaction bridge/track/vehicle model

Numerical implementation and calibration of a hysteretic model for cyclic response of end-plate beam-to-column steel joints under arbitrary cyclic loading

This work presents the implementation and calibration of Modified Richard-Abbott model for cyclic response of four end-plate beam-to-column steel joints under arbitrary cyclic loading. The joints parameters are found and the comparison between the analytical hysteretic results and the experimental hysteretic results is made, as well as the hysteretic energy dissipated evaluated for each cycle and obtained for both type of analyses.Financial support from the Portuguese Ministry of Science, Technology and Higher Education (Ministério da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior) under contract grants from PRODEP III (5.3), for Pedro Nogueiro, Foundation of Science and Technology through POCI/ECM/55783/2004 and FEDER through INTERREG-III-A (project RTCT-B-Z-/SP2.P18) is gratefully acknowledged