Real-time methods in flexible multibody dynamics
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http://hdl.handle.net/2183/18219Collections
- Teses de doutoramento [2153]
Metadata
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Real-time methods in flexible multibody dynamicsAuthor(s)
Directors
Cuadrado Aranda, JavierMayo Nuñez, Juana
Date
2008Center/Dept./Entity
Universidade da Coruña. Departamento de Enxeñaría Industrial IIAbstract
[Abstract]
In many multibody system dynamics applications, in which the requirements of
weight, operational speed, etc., are highly demanding, the deformation of certain elements
of a mechanism can not be neglected. On the other hand, the currently available
computational power makes the real–time simulation of flexible systems possible with
standard workstations. The present work aims at developing formulations for flexible
multibody dynamics meeting the efficiency, precision and robustness requirements of
real–time applications.
The first chapter is a brief introduction to the existing developments, with the
objective of situating the present work within the framework of flexible multibody
dynamics.
In the second chapter, a new formulation for flexible multibody dynamics is presented.
The method is an extension to the flexible case of an existing semi–recursive
formulation for rigid systems in dependent relative coordinates. The flexible bodies
are modeled by using the floating frame of reference approach with component mode
synthesis, in order to meet the real–time requirements. Three different systems are
simulated by using the new method, and the results are compared, in terms of efficiency
and accuracy, to those obtained by means of a method in natural coordinates.
The third chapter addresses the calculation of the inertia terms by means of an
alternative method, which does not depend on the size of the finite element model.
The method uses the inertia shape integrals, which are a set of invariant integrals that
can be obtained in a preprocessing stage, for achieving its objective. It is implemented
in both the new formulation in relative coordinates, and the formulation in natural
coordinates to which it is compared in the second chapter.
In the fourth chapter, three solutions for dealing with geometrically nonlinear
problems are explored. The use of substructuring, a nonlinear stiffness matrix, and
the inclusion of the axial foreshortening effect, are implemented and compared. Very
good results are obtained when using the foreshortening method, capturing the geometric
stiffening effect without problems where the linear method fails.
Finally, the conclusions extracted from the present work, along with the possible
future developments, are presented in Chapter 5. [Resumen]
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 cap´ıtulo es una breve introducción a los desarrollos existentes, con el objetivo
de situar el presente trabajo en el marco de la din´amica 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 capíıtulo trata sobre el cálculo de los términos de inercia por medio de un
m´etodo alternativo, que no depende del tama˜no 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.
Keywords
Sistemas multicuerpo
Simulación
Simulación
Rights
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