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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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Breadboard Model[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 Breadboard Model（BBM）
試験マスモジュール開発のステップ Breadboard　Model（BBM） Engineering　Model Flight　Model 現在 （2008～2009年） 2009年～ 2011年～

6 ＤＰＦ試験マスモジュール ＢＢＭ実験の流れ
時期 設計 ↓ 熱・構造解析 （時間の都合上製作と同時進行） 今年度 製作 組立 評価実験 来年度

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） 軌道上での熱分布 ロケットでの打上時の影響 [今回] 準静的加速度２４Ｇをかけたときの応力分布解析
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。 応力分布 変位

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）
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 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 その他 微小重力環境での試験（検討中） 2009
4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 2010 1月 2月 3月 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 その他 微小重力環境での試験（検討中）

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。