DISEÑO DE MAQUINAS

Autor: González Castro Manuel Jesús.
Año: 2004.
Universidad: A CORUÑA [Más tesis de esta universidad] [www.udc.es].
Centro de lectura: Escuela Politécnica Superior.
Centro de realización: Escuela Politécnica Superior.

Resumen: La investigación en dinámica de sistemas multicuerpo (MultiBody Systems, MBS) carece de herramientas que permitan la colaboración entre distintos grupos de investigación. Esta tesis hace tres contribuciones en este sentido, con el fin de facilitar el desarrollo de software de simulación de sistemas multicuerpo, de forma colaborativa y flexible: En primer lugar, se ha realizado un estudio sobre el grado de interoperabilidad existente en el software de simulación de MBS. Se han evaluado las técnicas de modelado de información existentes que son susceptibles de ser empleadas para desarrollar un formato de datos para la simulación de MBS, y se ha definido un prototipo de formato de datos basado en el dlenguaje XML. En segundo lugar, se ha desarrollado un benchmark para dinámica de MBS. El benchmark incluye una colección de problemas y define un procedimiento para medir el rencimiento de un determinado simulador. Además, se ha implementado una aplicación web para la gestión de resultados del benchmark, y se han medido las prestaciones del software comercial ADAMS utilizando el benchmark propuesto. En tercer lugar, se ha propuesto un prototipo de software modular y extensible para la simulación de MBS, programado en lenguaje C++. Para ello, se han evaluado diferentes entornos de desarrollo Open Source y herramientas de diseño de software asistido por ordenador. La combinación de los tres componentes permite compartir modelos de sistemas, resultados de simulaciones e implementaciones de software, constituyendo la base de un entorno colaborativo para el desarrollo flexible de software de simulación de sistemas multicuerpo.

Autor: BILBAO ARECHABALA ARMANDO.
Año: 2004.
Universidad: PAÍS VASCO [Más tesis de esta universidad] [www.ehu.es].
Centro de lectura: ETSI DE BILBAO.
Centro de realización: ETSI DE BILBAO.

Resumen: En esta Tesis Doctoral se construye un modelo simplificado para la resolución del problema dinámico vibratorio en estructuras de celosía de geometría variable (VGT), con amortiguadores viscoelásticos discretos y sometidas a solicitaciones externas a lo largo de un gran número de posiciones sucesivas durante una determinada trayectoria. Para ello, se plantean metodologías que permitan simplificar el efecto de los amortiguadores en el análisis dinámico, reduciendo la matriz de amortiguamiento original, no proporcional, a un amortiguamiento proporcional simplificado equivalente. Por otro lado, también se plantean estimaciones para aproximar las propiedades dinámicas de estos sistemas (modos y frecuencias), de manera que dichas estimaciones simplifiquen los análisis dinámicos cuando sea necesario realizarlos de forma repetitiva a lo largo de posiciones sucesivas en los grandes desplazamientos de estas estructuras. Una vez construido dicho modelo dinámico simplificado, se determinan de localizaciones óptimas para amortiguadores discretos distribuidos por la estructura. Existe una amplia bibliografía a este respecto pero su aplicación a las estructuras de geometría variable sometidas a grandes desplazamientos presenta dificultades. Se propone modelos de optimización simplificados, basados en índices de efectividad. A su vez, a diferencia de los índices de efectividad propuestos por otros autores, en esta Tesis, se plantea desarrollar unos índices que no desprecien el efecto de los elementos amortiguadores según se van disponiendo por la estructura, sino que lo tengan en cuenta, de forma rigurosa, a la hora de decidir la localización óptima de nuevos amortiguadores.

Autor: QUESADA GONZALEZ ALEJANDRO.
Año: 2005.
Universidad: CARLOS III DE MADRID [Más tesis de esta universidad] [www.uc3m.es].
Centro de lectura: ESCUELA POLITECNICA SUPERIOR.
Centro de realización: UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID.

Resumen: El fenómeno de fatiga de materiales da lugar al fallo mecánico de piezas sometidas a estados tensionales que no necesariamente superan la resistencia del material. En el estudio de la fatiga se emplean diferentes técnicas. La más sencilla es la técnica analítica. Su aplicabilidad a problemas reales es baja, dado que la distribución tensional no deja de ser una aproximación burda en la mayoría de los casos, basada en simplificaciones necesarias para afrontar la complejidad del problema. La técnica experimental es la única mediante la que el analista puede estar seguro de reproducir la situación real de trabajo de la pieza, pero los ensayos de fatiga de prototipos son extremadamente caros y dilatados en el tiempo. La introducción de la simulación numérica ha supuesto un considerable avance en este campo. Los métodos numéricos permiten la resolución de las ecuaciones diferenciales que gobiernan el proceso mediante la programación en un ordenador de un sistema equivalente de ecuaciones algebraicas. El más popular de estos métodos cuando de la resolución de las ecuaciones de la Mecánica de Sólidos se trata es el Método de los Elementos Finitos. Con el actual estado de desarrollo de los códigos comerciales de Elementos Finitos no es difícil elaborar modelos realistas de sistemas físicos complejos, si se domina convenientemente la técnica. Los resultados de estos modelos permiten conocer con precisión cómo es la distribución de tensiones y deformaciones en el seno del componente modelizado, pero el procedimiento para elaborar los pertinentes cálculos de fatiga aún no está convenientemente desarrollado. Los paquetes comerciales que incluyen la posibilidad de hacer cálculos de este estilo, que no son muchos, requieren de la actuación del usuario para dar valor a parámetros de cálculo que caracterizan el comportamiento a fatiga de los distintos nodos del modelo, lo que supone una labor en algunos casos inabordable por el gran tamaño de los modelos mínimamente realistas o por la dificultad de conocer el valor de algunos de esos parámetros. En esta tesis se propondrá una metodología para efectuar cálculos de resistencia a fatiga a partir de los resultados de modelos de Elementos Finitos de sistemas complejos. Para resolver el problema que supone la necesidad de que el usuario introduzca a mano los parámetros que caracterizan el comportamiento a fatiga (coeficientes de Marin principalmente) se emplearán técnicas de la mecánica de la fractura que permiten inferir estas propiedades a partir de cálculos basados en la simulación de la propagación de las fisuras que producen la fatiga.

Autor: VIDAL GIL JESUS.
Año: 2006.
Universidad: POLITÉCNICA DE MADRID [Más tesis de esta universidad] [www.upm.es].
Centro de lectura: E.T.S. ING. INDUSTRIALES.
Centro de realización: E.T.S. ING. INDUSTRIALES.

Resumen: En esta Tesis se aborda en primer lugar el problema de la mejora de la eficiencia en la simulación dinámica de los sistemas multicuerpo 3-D, y esto desde una triple perspectiva: 1. Eficiencia numérica en la integración de las ecuaciones diferenciales del movimiento en sistemas de gran tamaño que desean simularse de modo interactivo e incluso en tiempo real. 2. Eficiencia en el tiempo de los ingenieros que utilizan y/o desarrollan este tipo de programas, de modo que puedan realizar esta labor con seguridad en el tiempo más breve posible. En este apartado se considera tanto la tarea de preparación de los ficheros de datos, como la propia estimación de los datos en los casos en que esta tarea sea necesaria. 3. Eficiencia en la tarea profesional de equipos o grupos de ingenieros que tienen en ocasiones grandes dificultades para mantener utilizables sus archivos históricos en las nuevas versiones del programa, o en otros programas alternativos. Los tres aspectos citados de mejora de la eficiencia de personas individuales o equipos de trabajo son abordados en esta Tesis, en lo que respecta a la simulación dinámica de sistemas multicuerpo. Para la mejora de la eficiencia de la ejecución de los programas de simulación se ha mejorado una formulación semirrecursiva previa, y además se le ha dado la generalidad y la fiabilidad que los primeros prototipos no suelen tener. En el marco de esta Tesis se ha desarrollado un programa en Matlab, denominado mbs3d, que implementa los mismos algoritmos que la versión de C++. Como Matlab es un entorno mucho más amigable, el desarrollo de mbs3d ha sido muy rápido y en él se han podido introducir comprobaciones (como el balance energético de las simulaciones) que luego han permitido avanzar más rápidamente y con más seguridad en la versión de C++, rebautizada en esta Tesis como mbs3dCpp. Entre las novedades introducidas se puede citar la introducción de nuevos integradores como la regla trapezoidal con corrección de velocidades y aceleraciones, la introducción del movimiento guiado en algunos elementos del sistema, una renumeración de los elementos del mecanismo que permite resolver los sistemas de ecuaciones finales mucho más eficientemente, y ?principalmente? la introducción del control. Además en esta Tesis se ha realizado la definición y completa implementación de MechXML, un lenguaje general basado en XML para la definición de sistemas multicuerpo. Los ficheros de datos basados en este lenguaje son fáciles de leer e interpretar, tanto para personas como para ordenadores. Los elementos del lenguaje están basados en conceptos físicos, independientes de la formulación matemática y del programa de ordenador con los que se realizará el análisis. Con MechXML los mismos ficheros de datos se pueden ejecutar con programas tan diversos como MSC.Adams, SimMechanics, mbs3d y mbs3dCpp, permitiendo comprobar resultados y realizar comparaciones. Uno de los problemas resueltos de mayor dificultad ha sido el desarrollo de una forma "neutra" de definir las funciones de usuario. Finalmente, en esta Tesis se ha desarrollado una metodología para la estimación de parámetros en sistemas multicuerpo basados en los filtros de Kalman extendidos. Aunque esta metodología se halla a un nivel experimental y de prototipo, abre grandes perspectivas para estimar parámetros difíciles de medir directamente y de los que los fabricantes apenas proporcionan información. El filtro de Kalman es un método robusto frente al ruido en las medidas y las imperfecciones en el modelado, y además las estimaciones del filtro de Kalman son estadísticamente óptimas con respecto a cualquier función cuadrática de estimación. Además, es un algoritmo eficiente y sencillo de implementar, ya que es recursivo y no requiere almacenar y volver a procesar los datos de pasos anteriores.

Autor: Naya Villaverde Miguel Angel.
Año: 2006.
Universidad: A CORUÑA [Más tesis de esta universidad] [www.udc.es].
Centro de lectura: Escuela Politecnica Superior.
Centro de realización: Escuela Politécnica Superior.

Resumen: La dinámica de sistemas multicuerpo permite realizar modelos detallados de sistemas mecánicos complejos, como puede ser un vehículo automóvil. Las formulaciones desarrolladas durante los últimos años permiten llevar a cabo simulaciones muy eficientes, que incluso hacen posible calcular el movimiento por debajo del tiempo real. Por este motivo, la dinámica multicuerpo es una herramienta cada vez más util, tanto en el diseño del automóvil como en el de sus sistemas de control. En esta tesis se presenta, como ejemplo de aplicación, el desarrollo de un simulador de conducción de bajo coste y su empleo en el diseño de controladores del vehículo simulado. La formulación empleada en el presente trabajo es una formulación aumentada de Lagrange de índice 3 con proyecciones en velocidades y aceleraciones, con la regla trapezoidal como integrador, y que ha demostrado ser robusta y eficiente. El vehículo a simular es un prototipo formado por un chasis de tubos y elementos tomados de vehículos comerciales, construido en el Laboratorio. Se modeliza y se caracterizan las fuerzas que actúan sobre él: suspensión, contacto con el suelo, fuerzas de aceleración y frenado, colisiones, etc. A partir del modelo, se desarrolla un simulador de conducción que permite evaluar la factibilidad de las maniobras a seguir por los controladores, y comparar su realización con las llevadas a cabo por un conductor humano. Se trata de un simulador de bajo coste, que toma sus inputs de un volante y unos pedales del tipo de los empleados en los juegos de ordenador. La salida gráifca se puede realizar a través de la pantalla del ordenador, o mediante unas gafas de realidad virtual. Se han desarrollado varios entornos para la simulación; un barrio de Ferrol, el Circuito de Cataluña para simular varios vehículos como demostración de eficiencia, y un entorno con obstáculos (rampas, escaleras, etc) en el que poder realizar maniobras bruscas para comprobar la robustez del modelo virtual. Para diseñar controladores se han estudiado las posibilidades de conexión del modelo con Matlab, de las que Matlab Engine ha resultado ser la más adecuada. Se ha empleado la toolbox de Lógica Borrosa para desarrollar unos controladores que actúen sobre el volante y los pedales del vehículo y realizar, como ejemplo, dos maniobras de forma autónoma: recorrer una distancia recta de 20 m. con detención al final, y una trayectoria sinusoidal similar a la que seguiría el vehículo al eludir un obstáculo. Finalmente, con el fin de validar los controladores diseñados, se han instrumentado el prototipo real y se ha desarrollado un algoritmo para la recuperación del movimiento. Este algoritmo se basa en un procedimiento odométrico que proporciona errores muy bajos en la localización del vehículo. Tambien se ha instrumentado la actuación sobre el vehículo con vistas a su conducción autónoma y se propone un algoritmo para la actuación.