COMSOL Multibody Dynamics Module 6.3

6.2

NOVEDADES

Interfaz multifísica para modelar la interacción magnético-estructura en maquinaria giratoria

Una nueva interfaz Magnetic-Rigid Body Interaction in Rotating Machinery establece el acoplamiento necesario para estudiar la mecánica estructural y la dinámica de cuerpos rígidos en motores y generadores electromagnéticos giratorios. Esta interfaz combina una interfaz Multibody Dynamics con una interfaz Rotating Machinery, Magnetic a través del nuevo acoplamiento multifísico Magnetic Forces, Rotating Machinery. El acoplamiento conecta la física estructural y electromagnética a nivel de dominio y añade la carga sobre una estructura giratoria que es rígida o deformada debido a las tensiones de Maxwell. Esta funcionalidad se puede utilizar para calcular cómo se distribuyen las deformaciones y las tensiones originadas por las fuerzas del entrehierro tanto en el estator como en el rotor de un motor eléctrico (Los ejemplos de aplicaciones incluyen rodamientos magnéticos y rotores desequilibrados). Puede verse esta interfaz en el nuevo modelo tutorial Magnetic-Structure in a Permanent Magnet Motor. Téngase en cuenta que esta característica requiere el módulo AC/DC Module.

Restricciones radiales en juntas planas

Para uniones planas, la funcionalidad Constraints incluye una nueva opción para añadir restricciones radiales, donde se pueden establecer el centro y el radio del círculo de restricción. Con esta opción, se aplica una restricción radial al movimiento plano de un cuerpo, que es similar a colocar un círculo tope imaginario que restringe el movimiento del cuerpo a la dirección radial.

Análisis de relajación de inercia

El análisis de relajación de inercia es un tipo especial de análisis estático para estructuras no restringidas que son aceleradas por cargas externas, donde las cargas externas y las fuerzas de inercia de la estructura deben mantener un equilibrio de fuerzas dinámico. En todas las interfaces Structural Mechanics, se ha añadido una nueva funcionalidad Inertia Relief. Esta característica se puede utilizar para automatizar la configuración de una secuencia de estudio especial que calcula el campo de aceleración, las fuerzas de inercia correspondientes y las tensiones resultantes.

Deformaciones del ala de una aeronave durante una maniobra de enlairamiento.

Refuerzos incrustados

Cuando se utiliza el acoplamiento multifísico Embedded Reinforcement, ahora es posible incrustar elementos de una interfaz Wire en un dominio sólido flexible para que actúen como refuerzos. Además, con una licencia para el módulo Structual Mechanics Module, también es posible insertar elementos de borde de las interfaces Truss o Beam y elementos de superficie de la interfaz Membrane en un dominio modelado con la interfaz Multibody Dynamics. Esta nueva funcionalidad es útil al modelar estructuras como, por ejemplo, transmisiones por correa reforzadas con alambre. También se puede utilizar para modelar la desunión entre el elemento incrustado y el sólido circundante, donde la conexión puede ser completamente rígida o flexible.

Refuerzo incorporado utilizado para reforzar un sistema cable-polea.

Estructuras sin restricciones al modelar el contacto

Los problemas de contacto a menudo implican restricciones insuficientes hasta que se haya establecido el contacto. Como resultado, la matriz de rigidez se vuelve singular. Se ha añadido una nueva función Stabilization para aliviar esta dificultad inherente.

Presión de contacto en una conexión de tubo atornillada.

Desplazamiento limitado

Se ha añadido la posibilidad de prescribir un desplazamiento limitado (es decir, la distancia máxima que un punto, arista o contorno puede moverse en una determinada dirección) a las interfaces Solid Mechanics, Multibody Dynamics, Shell, Layered Shell y Membrane. Esta funcionalidad puede verse como una versión simplificada del análisis de contactos, donde no se necesita ningún segundo objeto para detener el movimiento. En versiones anteriores, esta funcionalidad solo estaba disponible en las interfaces de tipo arista, como Beam o Truss, y por lo tanto solo era aplicable a aristas o puntos.

Nuevos modelos tutoriales

6.1

NOVEDADES

La version 6.1 introduce mejoras en el modelado de contactos, una interfaz para analizar cables y alambres y un nuevo método para reforzar la continuidad entre contornos en ensamblajes.

Mejoras en el modelado de contactos
Se han realizado varias mejoras y ampliaciones a la funcionalidad del modelado de contactos.

• Se ha implementado un nuevo algoritmo de búsqueda de contacto más rápido. Es particularmente ventajoso para grandes modelos 3D.
• Se ha añadido el Método de Nitsche, un nuevo método para formular las ecuaciones de contacto. Se trata de un robusto método que no añade grados de libertad extra.
• Se han añadido nuevas formulaciones más estables de las ecuaciones de contacto para todos los modelos de contacto.
• Se han mejorado las formulaciones para cáscaras y membranas. Ahora se utiliza la superficie real en geometrías curvas.
• Se ha mejorado el soporte para autocontacto. La formulación ahora es simétrica entre los dos lados del par de contacto.

Interfaz física para cables
Una nueva interfaz Wire se ha añadido para el análisis de sistemas de cables y alambres, que puede realizarse separadamente o en conjunto con otros tipos de estructuras. Los alambres pueden estar pretensados o combados bajo su propio peso. Puede verse esta funcionalidad en el nuevo modelo tutorial "Linear Buckling Analysis of a Truss Tower with Dead Loads".

Nuevo método para conectar ensamblajes
Se ha añadido el método de Nitsche para reforzar la continuidad entre contornos en ensamblajes. Esto tiene dos importantes ventajas cuando se compara con las restricciones puntuales clásicas:

• Causa significativamente menos perturbaciones locales en la solución cuando las mallas de los dos lados no son conformes.
• Como no se añaden restricciones, se evita el paso de eliminación de restricciones numéricamente sensible, y a veces, computacionalmente pesada.

Comparación de la alteración de la tensión local cuando se usa una restricción clásica o el nuevo método de Nitsche para conectar mallas que no coinciden.

Mejoras en la síntesis del modo de componente
Ahora es posible utilizar elementos de cáscara en análisis de síntesis en modo componente (CMS). También hay varias mejoras generales que facilitan la configuración de modelos para análisis CMS.

Un estudio de la dinámica de una lavadora. El tiempo de análisis se reduce por un factor de 2 cuando el armazón que representa el recinto se reduce a un componente CMS.

Excitación de base
Es habitual que la carga dinámica sobre una estructura consista en una determinada aceleración de todos sus puntos de apoyo. Ejemplo de esto es cuando una pieza se une a una mesa vibradora para realizar pruebas o cuando un edificio se somete a una aceleración del suelo con una longitud de onda larga. Este tipo de carga ahora se puede describir de forma más natural utilizando la nueva función Base Excitation. Es muy adecuada para el análisis de vibraciones aleatorias. Puede verse esta actualización en los modelos existentes "Shock Response of a Motherboard" y "Random Vibration Test of a Motherboard".

Un ejemplo del uso de la función Base Excitation, donde se utilizan tres densidades espectrales de potencia de entrada (PSD) en un análisis de vibración aleatorio. La excitación base es una propiedad de todo el modelo, por lo que esta característica no tiene selecciones.

Cargas dadas como resultante
Para cargas límite y conjuntos de cargas puntuales, ahora puede especificarse la fuerza y el momento totales con respecto a un punto determinado seleccionando la opción Resultant de la lista Load type. Esto facilita la aplicación de resultantes de carga sin imponer restricciones artificiales ni realizar largos cálculos de las distribuciones de carga reales. Es posible controlar la forma supuesta de la distribución de la carga.

Mejoras para conectores rígidos
El Conector rígido es una herramienta importante para el modelado abstracto, como cuando se aplican cargas y se conectan objetos. Su funcionalidad ha sido aumentada en tres aspectos:

• Ahora es posible desconectar grados de libertad seleccionados, como en direcciones dadas por un sistema de coordenadas local. Con esta opción, es posible liberar restricciones excesivas y reducir las concentraciones de esfuerzos locales.
• Para conectores rígidos de dos puntos en 3D, es posible suprimir automáticamente la singularidad rotacional potencial.
• Como nuevo valor predeterminado, los grados de libertad que generan los conectores rígidos ahora se agrupan en la secuencia de estudio. Esto puede reducir drásticamente la cantidad de nodos en el árbol del modelo y facilita la aplicación del escalado manual para la tolerancia de convergencia. El mismo cambio también se aplica a la característica Attachment.

Efectos de los grados de libertad liberados. El reductor con presión interna tiene un conector rígido en el extremo, como se muestra en la superficie marrón de la figura de la izquierda. Con una formulación estándar, la suposición sobre la rigidez mantendrá el radio constante, como se muestra en la figura del medio. En la figura más a la derecha, el desplazamiento radial se libera en el conector rígido. Todavía es posible, por ejemplo, aplicar cargas en cualquier dirección o conectarse a otros dominios.

Resultados en sistemas de coordenadas locales
Ahora es fácil definir un número arbitrario de sistemas de coordenadas locales añadiendo nodos de Resultados del sistema local para la evaluación de cantidades comunes en las interfaces de Mecánica estructural. Entre las cantidades transformadas disponibles, se encuentran tensiones, deformaciones, desplazamientos y propiedades de los materiales.

Deformación directa en la dirección x global y la dirección azimutal para una geometría con simetría cilíndrica.

Gráficos predefinidos
Se ha añadido una nueva funcionalidad general para gráficos predefinidos. Un gráfico predefinido es similar a un gráfico predeterminado, pero con la diferencia importante de que no se añade al Model Builder hasta que el usuario elige hacerlo. Esto tiene tres ventajas:

• El número de gráficos predeterminados que se generan para cada estudio se ha reducido significativamente.
• Varios nuevos gráficos útiles están disponibles en el menú Add Predefined Plot, además de los gráficos predeterminados en versiones anteriores.
• Los gráficos de resultados para los pasos de estudio intermedios, por ejemplo, el paso de carga en un análisis dinámico pretensado, están disponibles directamente.

La ventana Add Predefined Plot para uno de los modelos de la Biblioteca de aplicaciones.

6

NOVEDADES

La versión 6.0 trae contacto mejorado de cuerpo rígido, la síntesis de modo componente, y una nueva funcionalidad de cargas puntuales en ubicaciones arbitrarias.

Síntesis de modo componente
Los componentes lineales construidos utilizando las interfaces de Mecánica de Sólidos y Dinámica Multicuerpo se pueden reducir a modelos de orden reducido computacionalmente eficientes usando el método Craig-Bampton. Estos componentes se pueden utilizar en análisis dinámicos o estacionarios, ya sea en un modelo que consta completamente de componentes reducidos o junto con modelos de elementos finitos elásticos no reducidos. Este último puede entonces ser no lineal. El enfoque, que se denomina síntesis en modo componente (CMS) o subestructuración dinámica, puede proporcionar grandes mejoras en términos de tiempo de cálculo y uso de memoria. Los resultados, como tensiones y deformaciones, en un componente reducido se pueden presentar de la misma forma que para cualquier otra parte del modelo. Puede verse esta nueva funcionalidad en el modelo tutorial Modeling Vibration and Noise in a Gearbox: CMS Version.

En este modelo de una caja de cambios, la carcasa (verde) se reduce a un modelo dinámico equivalente con 74 grados de libertad (DOF), que actúa como soporte para el mecanismo de engranajes. El modelo total, fuertemente no lineal, de los engranajes rotativos entonces tiene 170 grados de libertad.

Nueva forma cilíndrica en contacto de cuerpo rígido
La funcionalidad Contacto de cuerpo rígido, disponible con la interfaz Dinámica multicuerpo se ha ampliado y ahora hay formas estándar adicionales disponibles en 3D y 2D. Ahora hay soporte para formas cilíndricas en 3D, lo que hace posible modelar el contacto esfera-cilindro así como cilindro-cilindro. El nuevo contacto cilindro-cilindro puede, por ejemplo, manejar el siguiente escenario:

• Configuraciones paralelas, que se cruzan o que no se cruzan ni paralelas
• Cilindros finitos o infinitos
• Contactos exteriores o interiores

Puede verse esta nueva funcionalidad en el modelo tutorial Dynamics of a Roller Conveyor.

En este modelo de un transportador de rodillos, todos los cuerpos se suponen rígidos. El contacto de fricción entre los rodillos y la bola se modela usando la nueva opción de esfera-cilindro en la función de Contacto de Cuerpo Rígido.

Nueva forma plana en contacto de cuerpo rígido
En versiones anteriores, era posible modelar el contacto con una forma plana utilizando la opción de forma Arbitraria definida por el usuario en la funcionalidad de Contacto de cuerpo rígido. Ahora, hay soporte directo para la forma Plana en la funcionalidad de Contacto de cuerpo rígido en 3D y 2D. Esto es computacionalmente más eficiente en comparación con la opción de forma arbitraria basada en la malla que se utilizaba en versiones anteriores. Esta nueva opción permite modelar el contacto plano-esférico y cilindro-plano en 3D y el contacto circular-plano en 2D. Puede verse esta nueva funcionalidad en el modelo Dynamics of a Roller Conveyor.

Cálculo de parámetros de forma en contacto de cuerpo rígido
En las versiones anteriores de COMSOL Multiphysics®, los parámetros de forma geométrica de los cuerpos rígidos con forma estándar (tales como radio, centro, eje, longitud, etc.) se especificaban manualmente por el usuario en el nodo Contacto de cuerpo rígido. Ahora, tanto en 2D como en 3D, dichos parámetros geométricos se determinan automáticamente a partir de la geometría de los dominios rígidos seleccionados. Esto hace que el proceso de modelado sea más sencillo y robusto. Puede verse en el modelo tutorial Dynamics of a Roller Conveyor.

Cargas puntuales en ubicaciones arbitrarias
Con las nuevas funcionalidades Carga puntual, Libre y Carga anular, Libre, se pueden aplicar cargas puntuales en ubicaciones arbitrarias que no coincidan con un punto geométrico o un nodo de malla. Esto es particularmente útil en los siguientes casos:

• Mallas importadas, donde puede que no haya puntos adecuados para la aplicación de la carga.
• Cargas móviles
• Modelos con muchas cargas puntuales, en cuyo caso puede resultar poco práctico crear puntos geométricos en todas las ubicaciones de carga

Esta funcionalidad está disponible en las interfaces de Mecánica de sólidos, Cáscara, Placa, Membrana, Viga, Armazón y Dinámica multicuerpo.

Dos cargas puntuales independientes de la malla sobre un bloque sólido

Modelado significativamente más fácil del contacto mecánico
El análisis estructural de montajes, incluido el contacto mecánico, ahora es mucho más fácil de configurar. Esto se debe a la automatización incluida de funcionalidades de pares, contacto y de continuidad. Si hay al menos un par de contactos en el modelo, se creará automáticamente un nodo de Contacto predeterminado en las interfaces de mecánica estructural relevantes. Del mismo modo, si hay al menos un par de identidades, se crea automáticamente un nodo de Continuidad predeterminado. Por lo tanto, si las partes de la geometría se colocan adyacentes entre sí, también se conectarán desde el punto de vista de la física, asumiendo que se está utilizando la creación automática de pares en el nodo Form Assembly en la secuencia geométrica.

Como resultado de la reformulación general de la funcionalidad del par, la casilla de verificación Fuente externa a la física actual en Contacto ya no es necesaria y se ha eliminado. Es decir, el contacto entre diferentes interfaces físicas también se maneja automáticamente.

Todos los modelos que contienen Contacto o Continuidad se han actualizado en consecuencia.

Nuevos modelos de amortiguación
Se han añadido nuevos modelos de amortiguación a la función Material elástico lineal:

• El modelo de Atenuación de ondas es esencialmente un modelo viscoso, pero con parámetros dados por datos medidos para la atenuación de ondas elásticas en el material.
• El modelo de Factor de pérdida máxima está destinado principalmente al análisis en el dominio del tiempo de materiales para los que una representación del factor de pérdida proporciona una buena descripción en el dominio de la frecuencia.

Integración reducida
Se ha añadido un nuevo marco de trabajo para integración reducida. Para elementos con funciones de forma lineal, la integración reducida puede causar singularidades en la matriz de rigidez. Esto se contrarresta con la adición de estabilización de reloj de arena. La integración reducida se controla desde la sección Ajustes de cuadratura en el nodo Material elástico lineal. La regla de integración seleccionada será heredada por los subnodos que se puedan añadir.

Formulación mixta mejorada
En los modelos de material que tienen la opción de seleccionar una formulación mixta, ahora puede modificarse la discretización para la variable dependiente adicional (presión o deformación volumétrica). Esto facilita evitar bloqueos e inestabilidades en materiales con baja compresibilidad.

Cuando se selecciona una formulación mixta en la configuración de Material elástico lineal, aparecerá automáticamente una nueva sección de Discretización para el modelo de material. En esta sección, se puede elegir entre diferentes tipos de funciones de forma para la variable dependiente adicional.

Nuevos modelos tutoriales

5.6

NOVEDADES

Fricción y contacto de cuerpo rígido

Se ha agregado un nuevo método para modelar el contacto entre cuerpos rígidos en la interfaz Dinámica multicuerpo. El nuevo método está disponible a través del nodo Contacto de cuerpo rígido y está diseñado para modelar contactos sin malla entre cuerpos rígidos con forma estándar. En esta versión, permite tipos de contacto Esférico-Esférico y Esférico-Arbitrario, donde el primero permite que una de las esferas quede hueca con los límites cóncavos interiores como superficies de contacto. La formulación de contacto se puede elegir como Penalización o Penalización, dinámica y la fuerza de fricción se modela utilizando una ley de fricción continua suave y numéricamente robusta que está disponible para estudios dependientes del tiempo. Puede verse esta funcionalidad en el nuevo modelo tutorial "Dynamics of a Cylindrical Roller Bearing".

Junta de holgura

En la vida real, las juntas no siempre ajustan perfectamente, sino que tienen holguras entre los dos componentes. Para modelar juntas imperfectas como esta, se puede utilizar el nuevo nodo Junta de holgura en la interfaz Dinámica Multicuerpo. Este nuevo tipo de articulación permite el movimiento a lo largo de todos los grados de libertad translacionales dentro de la distancia de holgura. Se utiliza un método de penalización para forzar la restricción de distancia. También permite el movimiento a lo largo de los grados de libertad rotacionales entre los dos componentes conectados y se comporta como una articulación de rótula en 3D o una articulación en bisagra en 2D. Puede verse esta funcionalidad en el nuevo modelo tutorial "Slider Crank Mechanism with Joint Clearance".

Creación de articulación automática desde la geometría

Ahora se pueden crear articulaciones automáticamente desde un montaje de geometría, lo que hace la configuración del modelo más fácil para sistemas multicuerpo grandes. Un nuevo botón Crear conexiones se ha añadido en la sección Configuración automatizada del modelo en la interfaz Dinámica multicuerpo. Este botón crea articulaciones automáticamente para los objetos geométricos en un ensamblaje y forma Pares de identidad entre ellos. De forma predeterminada, las juntas prismáticas, de bisagra y de bola se crean para límites planos, cilíndricos y esféricos, respectivamente. También es posible elegir cualquier otra articulación adecuada para un tipo particular de contorno. A las uniones creadas de esta manera se les asigna automáticamente información de origen, destino, centro y eje.

En este ejemplo, los nodos de unión de bisagra se crean automáticamente mediante el botón Crear uniones disponible en la sección Configuración automatizada del modelo de la interfaz de Dinámica multicuerpo.

Acoplamiento de conexión de estructura concentrada

Se ha añadido el nuevo acoplamiento Lumped-Structure Connection para conectar sistemas concentrados modelados utilizando la interfaz Lumped Mechanical System a los modelos de elementos finitos construidos utilizando la interfaz de mecánica estructural. La conexión en la interfaz Lumped Mechanical System puede realizarse utilizando el nodo External source o un Displacementt source, dependiendo de si el componente de elementos finitos tiene dos puertos o solo un puerto. Puede verse la funcionalidad en el modelo tutorial "Lumped Model of a Vehicle Suspension System".

Mejoras en el modelado de sistemas mecánicos concentrados

La funcionalidad de modelado de Lumped Mechanical System ha sido mejorada en muchos aspectos. Los subsistemas anidados y paramétricos ahora son compatibles con los sistemas mecánicos concentrados. Los subsistemas anidados facilitan el modelado de sistemas más complicados, mientras que los subsistemas paramétricos permiten crear modelos de subsistemas de uso más general. Se ha añadido una nueva sección de Parámetros de entrada a los nodos Subsystem Definition y Sybsystem Instance. Se pueden usar varias instancias de subsistema con diferentes parámetros de entrada en el mismo modelo.

Resorte no lineal en articulaciones

Se ha añadido una nueva opción de Tipo de resorte al subnodo de Resorte y amortiguador de todos los nodos de Articulación en la interfaz de Dinámica multicuerpo. La opción Tipo de resorte permite especificar la Fuerza como función de extensión además de la opción existente de especificar una Constante de resorte. Esto puede utilizarse para modelar un resorte no lineal unido a una articulación escribiendo la fuerza del resorte en función de la extensión. En las articulaciones que tienen grados de libertad de rotación, puede especificarse el Momento como función de la rotación.

Símbolo físico para articulaciones

Se ha añadido soporte para Símbolos físicos para todos los nodos de Articulaciones, que están disponibles en la interfaz Dinámica multicuerpo. El símbolo físico uitilizado es diferente para cada tipo de articulación y se localiza en el centro de la unión. Además, se dibujan líneas del conector desde el centro de la articulación a todos los centros de fuentes y destinos.

En este ejemplo, se muestran los símbolos físicos de las articulaciones. Los símbolos se colocan en el centro de la junta y las líneas de conexión (colores rojo y verde) se pueden ver conectando los centros de origen y destino con el centro de la junta.

Contacto dinámico

Los nuevos algoritmos para el contacto dinámico proporcionan una mejora significativa de la conservación del impulso y la energía durante los eventos de contacto transitorio. Esto significa que se puede modelar con precisión problemas de contacto transitorio con pasos de tiempo significativamente mayores que en versiones anteriores. Se accede a los nuevos métodos seleccionando la formulación dinámica de Penalización, dinámica o Lagrangiana aumentada, en el nodo de Contacto. Puede ver esta funcionalidad en los nuevos modelos tutoriales "Impact Between Tso Soft Rings" y "Impact Analysis of a Golf Ball".

Simulación de desgaste

Se han añadido métodos para modelar el desgaste mecánico en forma de un nuevo nodo de Desgaste, un subnodo bajo Contacto, disponible en las interfaces de Mecánica de Sólidos y Dinámica Multicuerpo. La tasa de desgaste se basa en una ecuación de Archard generalizada. Hay dos algoritmos para modelar el desgaste. Para el desgaste general y los cambios geométricos arbitrarios debido al desgaste, se utiliza un enfoque de geometría deformada. También hay un enfoque simplificado en el que el desgaste se incorpora al desplazamiento en el espacio de contacto. Puede verse la función de desgaste en el nuevo modelo tutorial "Disc Brake Pad Wear".

Puntos de conexión de resortes y amortiguadores

En todas las interfaces de mecánica estructural, se ha añadido una nueva función llamada Amortiguador del resorte para conectar dos puntos con un resorte y/o un amortiguador. Los puntos pueden ser puntos geométricos, pero también pueden ser abstractos, por ejemplo, mediante el uso de conexiones adjuntas o conexiones directas a cuerpos rígidos. El resorte puede ser físico, con una fuerza que actúa a lo largo de la línea entre los dos puntos, o descrito por una matriz completa, que conecta todos los grados de libertad de traslación y rotación en los dos puntos. La funcionalidad también hace posible conectar un resorte entre puntos en dos interfaces físicas diferentes.

Mejoras en el Conector rígido

Las características de Conector rígido tienen múltiples mejoras. En las interfaces Cáscara y Viga, las alternativas de selección se han extendido al nivel superior, es decir, contornos y aristas, respectivamente. Cuando el centro de rotación se define mediante una selección de puntos, el punto ya no tiene que ser parte de la interfaz física en sí. Pueden acoplarse conectores rígidos de diferentes interfaces físicas, definiendo así un nuevo tipo de objeto rígido virtual (esta selección se encuentra en la sección Avanzado de los ajustes del conector rígido). En las interfaces Mecánica de sólidos, Cáscara, y Viga, se pueden generar automáticamente los conectores rígidos de elementos RBE2 en un archivo importado en formato NASTRAN®. Esto se controla desde una sección denominada Modelado automático en los ajustes de estas interfaces. Los conectores rígidos pueden pertenecer a varias interfaces físicas para imitar las conexiones en el archivo importado.

El punto final de un perno modelado usando la interfaz Viga está rígidamente conectado a algunos límites en la cara de un sólido, modelado usando la interfaz Mecánica de sólidos.

Fricción con una velocidad de deslizamiento conocida

En algunas aplicaciones, se conoce la dirección de la fuerza de fricción, porque dos objetos se deslizan entre sí con una velocidad relativa determinada. En este caso, no es necesario resolver las fuerzas de fricción, lo que puede acelerar significativamente la solución. La nueva función Velocidad de deslizamiento, añadida como un subnodo bajo el nodo Contacto, se puede utilizar para estos casos. Las entradas para este nodo son similares a las del nodo Fricción. Puede verse esta nueva característica en el nuevo modelo "Disc Brake Pad Wear".

En este ejemplo, la fricción entre el disco de freno y la pastilla de freno se puede modelar utilizando el nodo Velocidad de deslizamiento, ya que el movimiento relativo se puede expresar analíticamente. El gráfico de superficie muestra la magnitud de la fuerza de fricción.

Nueva opción para prescribir la velocidad del marco giratorio

En el nodo Marco giratorio en las interfaces Mecánica sólida y Dinámica multicuerpo, se ha añadido una nueva opción de Cuerpo rígido. Con esta opción, se entra un par dependiente del tiempo alrededor del eje de rotación, y la velocidad de rotación se calcula mediante la integración de la ecuación de movimiento del cuerpo rígido.

Mejoras de contacto

Además de las nuevas funcionalidades de dinámica de contacto y desgaste, existen otras mejoras en el campo de la mecánica de contacto. Puede utilizarse un solucionador totalmente acoplado junto con el algoritmo de contacto Lagrangiano aumentado, lo que facilita la configuración de las secuencias del solucionador y mejora la estabilidad y la convergencia para algunos problemas. Además, en el subnodo Fricción bajo Contacto, puede seleccionarse Definido por el usuario como el modelo de Fricción para entrar directamente una expresión para la fuerza tangencial que causa el deslizamiento en términos de cualquier otra variable. Por último, hay varias formas nuevas de proporcionar factores de penalización, tanto para el método de penalización como para el método Lagrangiano aumentado.

Calcular la rotación a partir de los desplazamientos

En interfaces físicas que tienen desplazamientos como grados de libertad, a veces es necesario estudiar la rotación de una región. Para hacer eso, puede añadirse el nuevo nodo Rotación media, que usa los desplazamientos de un conjunto de puntos para generar variables que representan la rotación. Si se dan más de tres puntos, se aplica un esquema de mínimos cuadrados para hacer la mejor aproximación de una rotación de cuerpo rígido para todo el conjunto de puntos. Además, se pueden calcular las velocidades angulares y las aceleraciones. Puede verse esta nueva funcionalidad en los nuevos tutoriales "Impact Analysis of a Golf Ball" y el actualizado "Sensitivity Analysis of a Truss Tower".

Selección de 6 puntos en una pelota de golf, para calcular las velocidades lineales y angulares promedio después del impacto.

Nuevos modelos tutoriales

5.5

NOVEDADES

En la versión 5.5 puede utilizarse el módulo sin Structural Mechanics Module. Se ha incluido el modelado de conjunto de ruedas dentadas de cadena de rodillos y la creación automática de dominios rígidos y engranajes a partir de la geometría.

Multibody Dynamics Module, una extensión de COMSOL Multiphysics®
En la versión 5.5, el módulo Multibody Dynamics Module es una extensión de COMSOL Multiphysics® y ya no requiere Structural Mechanics Module. Este cambio hace que el modelado de dinámica multicuerpo, incluyendo los acoplamientos multifísicos a electromagnetismo, flujo de fluidos, acústica, transferencia de calor, etc..., sea más fácilmente accesible para un grupo más grande de usuarios.

Para un modelado de dinámica multicuerpo más avanzado, el módulo Structural Mechanics Module todavía es de utilidad, ya que proporciona acceso a funcionalidad de mecánica de estructuras más avanzada, como condiciones de contorno más sofisticadas para estructuras elásticas, elementos de cáscara y viga, así como los módulos de extensión del Structural Mechanics Module. El modelo Electrodynamics of a Power Switch - Multibody Version muestra el uso de Multibody Dynamics Module, sin el Structural Mechanics Module, en combinación con el módulo AC/DC Module.

Versión multicuerpo del modelo de la electrodinámica de un conmutador de potencia magnético.

Modelado de rueda dentada de cadena de rodillos
Modelar ruedas dentadas de cadena de rodillos ahora es posible con la adición de una nueva funcionalidad Chain Drive, que proporciona un marco de trabajo para configurar estos modelos. Los piñones y enlaces de cadenas pueden definirse independientemente como rígidos o elásticos. Existe un botón Create Links and Joints que añade automáticamente todo lo requerido por los nodos Rigid Domain, Attachment y Hinge Joint. El contacto entre el piñón y los enlaces de la cadena pueden modelarse utilizando un método basado en el centro del rodillo o un método basado en la malla. También pueden modelarse bujes y pérdidas en las uniones.

Adicionalmente, para facilitar el modelado de transmisiones por cadena, se han añadido nuevas partes de geometría a la Librería de Partes. Existen componentes individuales de un piñón o una cadena de rodillo, así como una montaje completo de de piñón de cadena de rodillos. Para hacer la configuración del modelo más rápida y fácil, las partes están muy parametrizadas, utilizando la funcionalidad de color de selección y proporcionando selecciones como enlaces, contornos de las uniones, y contornos de contacto a la interfaz física. Entonces, en el nodo Chain Drive todas las selecciones relevantes son asignadas automáticamente cuando se selecciona una parte geométrica de cadena.

Puede verse todo esto en los modelos Stress Analysis of a Roller Chain Sprocket Assembly y Dynamics of a Roller Chain Sprocket Assembly.

Modelo de un conjunto de piñón de cadena de rodillos elásticos con un piñón que acciona otra rueda dentada que tiene una carga externa. En la ventana Configuración se ve un nodo Chain Drive y sus diversas configuraciones. La geometría del modelo con límites de contacto resaltados se ve en la ventana Gráficos.

Parte de la geometría de un conjunto de piñón de cadena de rodillos en 3D para el paso, número de dientes en las ruedas dentadas, distancia al centro y otros parámetros especificados. Los diferentes colores muestran ruedas dentadas (amarillo), placas de rodillos (verde) y placas de pasador (rosa).

Configuración del modelo automatizada
Para grandes sistemas multicuerpo rígidos, se ha añadido una nueva sección llamada Automated Model Setup en el nodo de la interfaz Mutlibody Dynamics para automaticamente generar nodos físicos basados en la información geométrica. Utilizando el botón Create Rigid Domains se generan nodos de dominio rígido para desconectar geométricamente objetos ya sea en la selección física completa o en un subconjunto. También puede marcarse una casilla para incluir automáticamente subnodos Mass and Moment of Inertia. Esta funcionalidad se muestra en los modelos Three-Cylinder Reciprocating Engine y Biomechanical Model of the Human Body in a Sitting Posture.

Modelo de un motor alternativo de tres cilindros donde todos los componentes rígidos se agregan a la física utilizando la nueva funcionalidad Create Rigid Domains.

También puede utilizarse la funcionalidad de configuración del modelo automatizada para crear engranajes a partir de información geométrica. Utilizando el botón Create Gears, se generan diferentes nodos de engranaje correspondientes a cada parte gear presente en la geometría. Todos los parámetros del engranaje, como el número de dientes, diámetro del paso, ángulos de presión, centro del engranaje, y eje del engranaje son entrados automáticamente en los ajustes para los nodos de engranaje autogenerados. Utilizando esta funcionalidad, se evita entrar parámetros de engranajes dos veces, en la geometría y los ajustes de la física, ayudando así a acelerar la configuración del modelo de sistemas multicuerpo engranados. Esta funcionalidad se muestra en los modelos Dynamics of Helical Gears and Forces y Moments of Bevel Gears.

Los engranajes helicoidales se agregan a este modelo automáticamente, utilizando la nueva funcionalidad Create Gears. Todos los parámetros del engranaje se rellenan automáticamente en los nodos del engranaje después de tomar los valores de la parte del engranaje correspondiente en la geometría.

Extensiones al modelado de contacto
La funcionalidad de modelado de contacto ha sido ampliada para más interfaces físicas, ahora disponible en: Solid Mechanics, Multibody Dynamics, Shell (nuevo), Layered Shell (nuevo), y Membrane (nuevo). Adicionalmente se peude analizar contacto entre contornos modeladndo con dos cualquiera de estas interfaces. Similarmente el contacto puede modelarse entre un contorno en el que esté activa cualquiera de estas interfaces y una parte mallada arbitrariamente , incluso si esta última no tiene física asignada.

Un bloque sólido presiona sobre un arco modelado con elementos de cáscara.

Mecánica de sólidos en dominios rotativos
Cuando se modelan problemas multifísicos en sistemas donde existe una mezcla de dominios estacionarios y rotativos, se puede utilizar la interfaz Solid Mechanics en una configuración de corotación, de forma que únicamente se modelen las deformaciones relativas a la rotación. Esto es mucho más eficiente que resolver los desplazamientos totales que incluyen grandes rotaciones globales. En muchos casos, es incluso posible utilizar una formulación lineal para el problema mecánico. Para tal fin, la funcionalidad Rotating Frame proporciona una superposición de la rotación del cuerpo rígido, y los desplazamientos relativos, para controlar la estructura espacial en el que loas otras interfaces físicas están operando.

Generador eléctrico donde el rotor se modela utilizando la interfaz Solid Mechanics. Los resultados muestran el campo magnético (izquierda) y tensiones (derecha).

Visualización de cargas
Las cargas mecánicas aplicadas ahora están disponibles como gráficos por defecto en todas las interfaces físicas de mecánica de estructuras. Los gráficos de cargas son dependientes de la solución, así que tanto las direcciones de flechas y colores son actualizados cuando un conjunto de datos se actualiza con una nueva solución. Incluso las cargas abstractas, como fuerzas y momentos aplicados a conectores rígidos y dominios rígidos se grafican en su verdadero punto de aplicación. Un nuevo tipo de flecha, utilizado para graficar momentos aplicados, ha sido introducido para esta funcionalidad. Más de 100 modelos se han actualizado con esta nueva funcionalidad.

Tres conjuntos de cargas graficadas en un modelo de un tubo.