Real-time methods in flexible multibody dynamics

Abstract

En numerosas aplicaciones de dinámica de sistemas multicuerpo, en las que los requerimientos de peso, velocidad de operación, etc, son muy exigentes, la deformación de ciertos elementos de un mecanismo no puede ser despreciada. Por otro lado, la potencia de los ordenadores actuales hace posible la simulación de sistemas flexibles en tiempo real con estaciones de trabajo estándar. El presente trabajo está enfocado al desarrollo de formulaciones para sistemas multicuerpo flexibles que satisfagan los requerimientos de eficiencia, precisión y robustez de las aplicaciones de tiempo real. El primer capítulo es una breve introducción a los desarrollos existentes, con el objetivo de situar el presente trabajo en el marco de la dinámica de sistemas multicuerpo flexibles. En el segundo capítulo, se presenta una nueva formulación para dinámica de sistemas multicuerpo flexibles. El método es una extensión de una formulación semi-recursiva en coordenadas relativas dependientes ya existente para sistemas rígidos. Los cuerpos flexibles son modelizados usando sistema de referencia flotante con síntesis de componentes, para cumplir con los requerimientos de tiempo real. Se simulan tres sistemas diferentes mediante el nuevo método, y los resultados son comparados con los obtenidos mediante un método en coordenadas naturales, en términos de eficiencia y precisión. El tercer capítulo trata sobre el cálculo de los términos de inercia por medio de un método alternativo, que no depende del tamaño del modelo de elementos finitos. Para conseguir este objetivo, el método usa un conjunto de integrales de forma, que son constantes y se obtienen en una fase de preproceso. Se ha implementado tanto en la nueva formulación en coordenadas relativas como en la formulación en coordenadas naturales con la que se ha comparado en el segundo capítulo. En el cuarto capítulo se exploran tres soluciones para abordar problemas que presentan no linealidad geométrica. Se han implementado y comparado el uso de subestructuras, matriz de rigidez no lineal, y la inclusión del efecto del foreshortening axial. El método del foreshortening ha dado muy buenos resultados, capturando el efecto de rigidización geométrica donde falla el método lineal. Finalmente, las conclusiones extraídas del presente trabajo, junto con posibles desarrollos futuros, se presentan en el Capítulo 5.