Generative design and prototyping of a node for deployable spatial structures

RESUMEN: El presente proyecto consiste en el diseño alternativo y mejora de un nudo de conexión para estructuras espaciales (incluyendo las de tensegridad). El nudo original, objeto de estudio, ofrece la posibilidad de que la estructura sea plegable, lo que conlleva que las barras que confluyen en el nudo puedan disponerse de forma asimétrica, generando fuerzas desequilibradas y, por tanto, no aceptables. El segundo nudo de partida, objeto de mejora de este proyecto, mantiene la posibilidad de que la estructura sea plegable, en cambio, asegura la simetría de giro entre sus barras, pero añadiendo complejos mecanismos, lo que complica la fabricación del nudo, su uso y encarece su precio. Por otra parte, añade la capacidad de unión permanente entre nudos, pero solo mediante una unión en dos dimensiones en el plano horizontal que no asegura la unión ante determinados esfuerzos/giros. Mantener la capacidad de igualdad de giro entre barras, simplificar los elementos que componen el nudo y disminuir el número de componente será una parte fundamental del proyecto. Además, implementamos otras mejoras como un acople seguro mediante un sistema de clip que proporciona un acople fuerte entre los nudos en su configuración más compacta (plegado) y proporciona al nudo mayor versatilidad, manteniendo la capacidad de alojar multitud de cables -con diversos ángulos entre sí- en su seno, como el nudo predecesor. El objetivo es, además, generar un diseño generativo que proporcione un modelo optimizado del nudo diseñado en función de las condiciones de contorno en las que funcionará éste. Por otra parte, se realizarán prototipos mediante fabricación aditiva con el fin de comprobar la utilidad de las soluciones de diseño adoptadas, los diseños generativos y la capacidad de las piezas fabricadas mediante la tecnología aditiva y materiales alternativos, más económicos, de funcionar de igual forma que los nudos previos fabricados en acero. Además de aplicar todos estos procesos al nudo de partida, capaz de alojar dos barras (clase k=2), se modelará un nudo de conexión que permita aglutinar cuatro barras (clase k=4) con objeto de adaptarse a otras estructuras de mayor complejidad. Las propuestas han sido diseñadas y ensayadas con el software Autodesk Fusion 360 el cual posee multitud de módulos para el ámbito industrial.ABSTRACT: This project consists of the alternative design and improvement of a connection node for spatial structures (including tensegrity structures). The original node under study offers the possibility of the structure being deployable, which means that the bars that converge at the node can be arranged asymmetrically, generating unbalanced and therefore unacceptable forces. The second starting node, which is the object of improvement in this project, maintains the possibility of the structure being foldable, but ensures the symmetry of rotation between its bars, but adds complex mechanisms, which complicates the manufacture of the node, its use and makes it more expensive. On the other hand, it adds the capacity for a permanent joint between nodes, but only by means of a two-dimensional joint in the horizontal plane, which does not ensure the joint in the event of certain forces/rotation. Maintaining the ability of equal rotation between bars, simplifying the elements that form the node and reducing the number of components will be a fundamental part of the project. In addition, we implemented other improvements such as a secure coupling by means of a clip system that provides a strong coupling between the nodes in their most compact configuration (folded) and provides the node with greater versatility, maintaining the capacity to accommodate a multitude of cables - at different angles to each other - within it, like the predecessor node. The aim is also to generate a generative design that provides an optimized model of the node designed according to the boundary conditions in which it Will operate. On the other hand, prototypes will be made using additive manufacturing in order to test the usefulness of the design solutions adopted, the generative designs and the capacity of the parts manufactured using additive technology and alternative, cheaper materials to function in the same way as the previous nodes manufactured in steel. In addition to applying all these processes to the starting node, capable of accommodating two bars (class k=2), a connecting node will be modelled that will allow four bars (class k=4) to be joined together in order to adapt to other more complex structures. The proposals have been designed and tested with Autodesk Fusion 360 software, which has a multitude of modules for the industrial field.Grado en Ingeniería Mecánic