Software : COMSOL Multibody Dynamics Module 5.2a

COMSOL Multibody Dynamics Module 5.2a

Extensión del módulo Structural Mechanics Module, que proporciona herramientas avanzadas para el diseño y optimización de modelos mecánicos multicuerpo utilizando el análisis de elementos finitos (Requiere COMSOL Multiphysics y Structural Mechanics Module).

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Dudas sobre el producto Fabricante: COMSOL Inc.

Descripción {tab DESCRIPCIÓN|alias=descripcion|blue} Extensión del módulo Structural Mechanics Module, que proporciona herramientas avanzadas para el diseño y optimización de modelos mecánicos multicuerpo utilizando el análisis de elementos finitos (Requiere COMSOL Multiphysics y Structural Mechanics Module). {tab CARACTERÍSTICAS|alias=caracteristicas|blue} El módulo permite la simulación de un sistema mixto de cuerpos flexibles y rígidos, cada uno de los cuales puede estar sujeto a grandes desplazamientos rotacionales y translacionales. {tab SECTORES|blue} Algunas de las principales aplicaciones del módulo pueden ser: Mecatrónica Robótica Biomecánica Dinámica de vehículos Dinámica de motores Instrumentos biomédicos Simulaciones dinámicas generales de montajes mecánicos {tab VERSIONES|blue} {tab-ex 5.2a|grey} NOVEDADES Los usuarios de Multibody Dynamics Module encontrarán en esta nueva versión de COMSOL Multiphysics® 5.2a la capacidad de modelar

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engranajes, lo que es útil para simulaciones de transmisión de potencia y automoción. Se ha añadido una serie de engranajes a la Librería de Piezas para facilitar la configuración del modelo, y muchos de los nuevos modelos tutoriales ilustran aplicaciones potenciales para esta funcionalidad dirigida por el usuario. Modelado de engranajes Se ha añadido funcionalidad para el modelado de engranajes en la interfaz de Dinámica de multicuerpos. Se puede modelar un sistema de engranajes utilizado para la transmisión de potencia. Existen nodos disponibles para varios tipos de engranajes y bastidores, incluyendo: Ruedas dentadas, engranaje helicoidal, rueda cónica, piñón sinfín, cremallera dentada, cremallera helicoidal. Un engranaje puede conectarse con otros engranajes añadiendo los siguientes nodos al árbol del modelo en el Model Builder: Par de enganajes, Engranaje de tornillo sinfín y Engranaje de piñón cremallera.

Un tren de engranaje compuestos, modelado utilizando la nueva funcionalidad de Gears en la interfaz Multibody Dynamics. En el Model Builder, un engranaje se define como un cuerpo rígido. Sin embargo, también es posible especificar una rigidez finita para una red de engranajes cuando se conecta a otros engranajes. En el Model Builder, se puede añadir un nodo de Elasticidad del engranaje como un subnodo de un nodo Par de engranajes para definir las propiedades elásticas de la red de engranajes, tales como la rigidez de la red, amortiguación de red y relación de contacto. Un par de engranajes pueden ser considerados como un par ideal sin error de transmisión estática o backlash. Cuando existe un error de transmisión estática, que podría ser debida a errores geométricos y modificaciones geométricas, un subnodo de Error de transmisión puede añadirse al nodo Par de engranajes. Este tipo de ejemplos incluye un engranaje de rodadura, desalineación, o la ocurrencia de socavaciones de la cabeza o el pie. De forma similar, en el caso donde existe un retroceso que afecta a la dinámica del sistema, se puede añadir un subnodo Backlash al nodo de Par de engranajes. Más aún, se puede añadir un subnodo de Fricción al nodo de Par de engranajes para tener en cuenta las fuerzas de fricción en el punto de contacto. Las fuerzas de fricción son dominantes únicamente cuando existe un deslizamiento significativo en el punto de contacto. El deslizamiento podría deberse a el cambio de la distancia del centro o si los ejes de ambos engranajes no son ni paralelos ni intersectan. Los pares de engranaje sinfín es un ejemplo de este tipo de operación, donde un deslizamiento inherente es presente incluso bajo condicines perfectas. Engranajes en la Librerías de Piezas Se han añadido una serie de geometrías de engranajes parametrizados a la Librería de piezas. Pueden crearse diferentes tipos de engranajes utilizando estas piezas tanto para modelos 2D como 3D. Los parámetros de entrada de las piezas pueden modificarse para personalizar el dentado del engranaje y la forma del primordio del engranaje. Estas piezas pueden utilizarse para construir un dentado de engranaje, un engranaje simple, un par de engranajes o un tren de engranajes paralelos o planetarios. Las piezas engranajes disponibles se han dividido en tres categorías: 1. Engranajes externos a. Rueda dentada b. Engranaje helicoidal c. Engranaje cónico d. Piñón sinfín 2. Engranajes internos a. Rueda dentada b. Engranaje helicoidal 3. Ruedas dentadas a. Cremallera dentada b. Cremallera helicoidal Existen piezas separadas adicionales para crear la sección transversal dentada para todos los tipos de engranajes.

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Geometría de un engranaje helicoidal, creada utilizando las piezas de engranaje disponibles en la Librería de piezas de Multibody Dynamics Module. Nuevo modelo tutorial: Mecanismo engranaje diferencial Este modelo simula el mecanismo de un engranaje diferencial utilizado en los automóviles y otros vehículos con ruedas. Un diferencial permite que la rueda motriz externa ruede más rápida que la rueda motriz interna durante una vuelta. Esto es necesario cuando un vehículo gira para permitir que la rueda que está viajando por la parte exterior de la curva de giro ruede más rápida y cubra una mayor distancia que la rueda que va por el interior de la curva. La media de la velocidad rotacional de las dos ruedas motrices es simplemente la velocidad rotacional de entrada del eje de transmisión. Un incremento en la velocidad de una de las ruedas se balancea con un decrecimiento en la velocidad de la otra. Se realiza un análisis transitorio para calcular el movimiento de los engranajes de araña en casos donde un vehículo se mueve en un camino recto o curvado. La amplitud de la velocidad de los diferentes componentes y la velocidad angular de las ruedas interna y externa se calculan para ambos casos.

Un mecanismo de engranaje diferencial, permite que los dos ejes del vehículo roten a diferentes velocidades. Se muestra la amplitud de la velocidad y la dirección de las rotaciones. Nuevo modelo tutorial: Vibraciones en un tren de engranajes compuesto Este modelo simula las vibraciones en un tren de engranajes compuesto. Los engranajes dentados, utilizado para modelar el tren de engranajes, se montan en árboles rígidos y dond los árboles están soportados por carcasas elásticas en ambos finales. La red del engranaje se considera que es elástica con rigidez variable, lo que es la fuente de vibración sostenida. Se realiza un análisis transitorio para calcular la dinámica de los engranajes así como las vibraciones de la carcasa. El modelado de contacto es utilizado para el cálculo de la rigidez de la red del engranaje. Se realiza un análisis paramétrico para calcular la rigidez de la red del engranaje como función de la rotación del engranaje en un ciclo de la red. El modelo calcula la distribución de tensiones de von Mises en el par de engranajes, donde las tensiones son altas en los puntos de contacto, así como en las raíces de los dientes. También se calculan la rigidez de la red de engranajes, el desplazamiento en los engranajes, y la aceleración normal en la carcasa debida a la vibración.

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La aceleración normal en la carcasa debida a las vibraciones inducidas por la red de engranajes elástica. También se muestra un gráifico en escala de grises del desplazamiento de los engranajes. Nuevo modelo tutorial: Dinámica de engranajes helicoidales Este modelo tutorial ilustra la dinámica de engranajes helicoidales. Considera el caso donde la red de engranajes se considera que es rígida o elástica. Se realiza un estudio transitorio para analizar el efecto de la rigidez de la red de engranajes constante, la rigidez de la red de engranajes variable, el error de transmisión de la fuerza de contacto, y la velocidad angular de los engranajes. Se realiza un análisis de frecuencias propias para calcular las frecuencias naturales y formas de los modos del par de engranajes para redes de engranajes rígidos y elásticos. Nuevo modelo tutorial: Fuerzas y momentos en engranajes cónicos Este modelo tutorial simula un par de engranajes cónicos rectos. Los engranajes se modelan como rígidos, pero uno de ellos esta fijo mientras que el otro está articulado en una barra rígida. La barra rígida también está articulada en un punto que cae en el eje del engranaje fijo. Se realiza un análisis transitorio para calcular las fuerzas y momentos en el centro del engranaje fijo. Los resultados del análisis se comparan con resultados de una referencia de una publicación internacional.

El movimiento de un engranaje cónico cuando se prescribe una rotación incremental en una barra rígida. {tab-ex 5.2|grey} Nueva App: Simulador de un regulador centrífugo Los reguladores centrífugos, un tipo específico de regulador, controlan la velocidad de un motor regulando la cantidad de admisión de combustible. Para mantener una velocidad cercana a constante, independientemente de las condiciones de carga o suministro de combustible, los reguladores centrífugos utilizan el principio del control proporcional. Mientras el regulador está en funcionamiento es crítico que rápidamente alcance una nueva configuración de estado de equilibrio. Por lo tanto, el diseño del muelle y amortiguador es importante. En la app Centrifugal Governor Simulator se puede realizar un análisis de cuerpos rígidos de un regulador centrífugo con resorte para encontrar el movimiento de la manga, la posición de equilibrio de la manga y la frecuencia natural del sistema. Se puede realizar mediante un análisis transitorio para calcular el movimiento de la manga y la trayectoria de las bolas, un análisis estacionario para calcular la configuración de equilibrio del regulador, o un análisis de frecuencias propias para calcular la forma del modo del regulador y sus características de amortiguamiento. Muchos de los parámetros geométricos pueden ser cambiados, así como la constante del resorte y el coeficiente de amortiguación, y la densidad de las bolas y sus enlaces. .

Interfaz de usuario de la app Centrifugal Governor Simulator que muestra los resultados de una simulación transitoria de un regulador centrífugo que alcanza el estado de equilibrio. {tab-ex 5.1|grey} NOVEDADES Nueva app: analizador de camión-grúa

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Una nueva aplicación se ha añadido para calcular la capacidad de carga de un camión-grúa para posiciones dadas de la grúa y capacidades de los cilindros hidráulicos.

Una app de una grúa montada en un camión para analizar la capacidad de carga en una posición de la grúa y capacidades del cilindro hidráulico dadas. Fuerza/momento aplicado en grado de libertad de una articulación

Ahora es posible aplicar una carga directamente en el grado de libertad de una articulación. Como ejemplo, cuando se utiliza una articulación prismática para modelar un cilindro hidráulico, la fuerza del cilindro puede ser prescrita. El cambio aparece en el subnodo de fuerza y momento aplicados de una articulación, donde ahora es posible también seleccionar Articulación en la sección donde aplicar. Filtro de adjuntos en articulaciones

En un modelo de dinámica multicuerpo grande la lista de selección para Fuentes y Destinos en la sección de selección de adjuntos para una articulación puede hacerse muy grande. Ahora es posible filtrar estas listas utilizando una selección de objetos. Cuando se selecciona la nueva casilla Use selection filter, aparecerán dos nuevos subnodos (Source Filter y Destination Filter) bajo el nodo de la articulación. Entonces es posible seleccionar dominios de forma que únicamente los adjuntos o dominios rígidos presentes en los dominios seleccionados aparezcan en la lista Source and Destination en la sección Attachment selection. Condición Rodillo en la interfaz de dinámica multicuerpo

Ahora esposible utilizar una condición de contorno Rodillo en la interfaz física de dinámica multicuerpo. Esta condición puede ser utilizada para modelar un conjunto de contornos deslizantes o una condición de simetría. Gráfico de trayectoria de un punto en los modelos de dinámica multicuerpo

Ahora es posible realizar un gráfico de la trayectoria de puntos geométricos o puntos de corte de un cuerpo móvil utilizando la opción Point Trajectories en los subnodos 3D Plot Group y 2D Plot Group. Este nuevo gráfico se utiliza en varios de los ejemplos de la librería de aplicaciones del módulo Multibody Dynamics. Ejemplo de la funcionalidad de gráfico de trayectoria del punto en un modelo de un regulador centrífugo. Cálculo de propiedades de masa

Las interfaces físicas de mecánica de estructura (mecánica de sólidos, membrana, cáscara, placa, armadura, viga y dinámica multicuerpo) ahora pueden devolver propiedades completas de masa al nodo de propiedades de masa bajo definiciones. Todos los tipos de contribuciones de masa de las interfaces físicas son tenidas en cuenta: Densidad de masa en todos los modelos de materiales Masa añadida Masa puntual e inercia Masa e inercia en dominios rígidos y conectores rígidos Inercia respecto al grosor en vigas y cáscaras Inercia respecto a la rotación alrededor del eje de una viga También es posible calcular las propiedades de masa en la configuración deformada seleccionando Spatial frame en los ajustes para el subnodo Mass Properties. {tab-ex 5.0|grey} Muelle-amortiguador discreto

Se ha introducido una nueva funcionalidad de Muelle-Amortiguador que puede conectar dos puntos con un muelle elástico, amortiguador viscoso, o ambos. Los dos puntos pueden pertenecer a un dominio rígido o a un accesorio. Uno de los puntos también puede fijarse a tierra. La fuerza actúa en la dirección dada por las posiciones Grúas sobre camión: Este es un modelo de una grúa actuales de los dos puntos.

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Elasticidad de articulaciones

Los grados de libertad restringidos en una articulación ahora pueden hacerse elásticos. Esto puede servir para muchos propósitos:

que consta de 14 cuerpos rígidos y 17 articulaciones diferentes. Se simula un ciclo de carga y se estudian las fuerzas en los cilindros y ejes.

Añadir una rigidez física en una articulación, como en un bushing Resolver sobre restricciones en situaciones donde existen lazos cerrados Crear nuevos tipos de articulación; asignando un grado de libertad como elástico, pero sin rigidez, es posible liberar un grado de libertad en una articulación existenteñ. Movimiento base

La nueva funcionalidad de Movimiento Base permite que el lado de la fuente de una articulación tenga un desplazamiento, velocidad o aceleración prescritos. El movimiento base se prescribe en una funcionalidad global separada, que puede ser referenciada por articulaciones individuales.

Optimización de un mecanismo de enlace de grúa:Se ha optimizado la geometría de la relación interna del modelo de grúa sobre camión. Se permite a tres ejes moverse de forma independiente de modo que la fuerza del cilindro necesario para llevar la carga se reduce al mínimo a través de un conjunto de posiciones de la grúa.

Conexión de cáscaras y vigas

Ahora es posible conectar piezas modeladas con las interfaces de Cáscara y de Viga utilizando una articulación, muelle o amortiguador en la interfaz de Dinámica Multicuerpo. Resumen de grados de libertad de cuerpo rígido

En los ajustes para la interfaz de Dinámica Multicuerpo, ahora hay una nueva sección que proporciona el número de grados de libertad y restricciones introducidas por cuerpos rígidos y articulaciones. Esta información es muy útil cuando se desea determinar si una estructura está completamente restringida o sobrerestringida. Inicialización de transitorio

Un nuevo conjunto de herramientas está disponible para controlar la inicialización del transitorio {tab-ex 4.4|grey} Tres nuevos tipos de articulaciones: unión fija, junta de distancia y articulación universal

Se han añadido tres ipos de articulaciones adicionales en la interfaz de dinámica multicuerpo: unión fija, junta de distancia y articulación universal. Se pueden encontrar bajo More Joints en el menú Joints. Estos nuevos tipos difieren de los ya disponibles en que estos son más abstractos y no tienen ninguna subcaracterística. Una unión fija suelda a dos piezas entre sí. Una junta de distancia es similar a un enlace rígido con rótulas en los extremos, pero la distancia puede cambiar ya que es posible configurar una variable en el campo editable Extension. Una articulación universal se conoce también como cardán. Fricción en articulaciones

Ahora es posible añadir fricción a los tipos de articulaciones Prismatic, Hinge, Cylindrical, Screw y Ball. La incluisión de fricción en los modelos de dinámica multicuerpo solo puede realizarse en los estudios dependientes del tiempo. {tab-ex 4.3b|grey} La primera versión (4.3b) de este módulo viene con una librería de ocho diferentes tipos de juntas para conectar diferentes cuerpos. El movimiento relativo de los cuerpos se puede restringir in un modelo mediante la especificación de restricciones rotacionales y translacionales además de cerramientos. Los investigadores e ingenieros pueden diseñar modelos de mecánica estructural multicuerpo precisos utilizando los siguientes tipos de juntas incluídas en el Multibody Dynamics Module: Prismático (3D, 2D) Bisabra (3D, 2D) Cilíndrica (3D) Tornillo (3D)

Planar (3D) Bola (3D) Ranura Ranura reducida

Todos los cuerpos en un modelo de mecánica estructural multicuerpo tienen propiedades elásticas por defecto y pueden hacerse rígidos etiquetándolos selectivamente con una propiedad de dominio rígido (Rigid Domain). Los contornos o partes de los contornos de estos cuerpos flexibles también pueden hacerse rígidos. Se puede proporcionar al diseño y análisis de dinámica multicuerpo, propiedades de materiales no lineales mediante la combinación de modelos en el Multibody Dynamics Module tanto con el Nonlinear Structural Materials Module como con el Geomechanics Module. Se pueden realizar análisis de dinámica multicuerpo transitorios, en el dominio de la frecuencia, frecuencias propias y estacionarios. A las juntas se les puede asignar muelles lineales/torsionales con propiedades de amoartiguación, aplicar fuerzas y momentos, y movimiento prescrito como una función del tiempo. Las capacidades de análisis y postprocesado incluyen:

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Desplazamiento/rotación relativo entre dos componentesy sus velocidades Fuerzas de reacción y momentos en una junta Marcos de referencia de sistema de coordenadas local y global Tensiones y deformaciones en cuerpos flexibles Análisis de fatiga de cuerpos flexibles críticos por combinación con el módulo de Fatiga

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