Ondrej Frantisek, Sebastian Breisch ABB Process Automation, Corporate Research, Ladenburg, Germany, sebastian.breisch@de.abb.com, ondrej.frantisek@de.abb.com; Alessandro Stucchi ABB SpA Dalmine, Italy, alessandro.stucchi@it.abb.com
La simulación multicuerpo es una herramienta para el análisis del movimiento y las fuerzas de los sistemas mecánicos →01. A menudo confundida con el método de los elementos finitos (FEM), la metodología multicuerpo proporciona información sobre el movimiento y las fuerzas, mientras que el FEM se ocupa de la deformación y la fuerza.
Un mecanismo básico de biela-manivela, como el que hay en el motor de combustión interna, transforma la rotación de la manivela de un motor en un movimiento vertical del pistón y proporciona así un ejemplo sencillo de sistema multicuerpo. Para cargas dadas, la simulación multicuerpo puede evaluar el movimiento de este sistema y todas las fuerzas de reacción de las juntas. Por el contrario, la simulación también puede indicar cómo reaccionan las cargas a un movimiento dado.
Además, el modelo del mecanismo puede construirse de forma parametrizada y puede investigarse la influencia de estos parámetros en el dinamismo del sistema →02. Esta característica es vital en las primeras etapas del desarrollo del producto, en las que se simulan diferentes dimensiones del mecanismo hasta alcanzar el rendimiento requerido. Más adelante en el desarrollo, se utiliza el análisis paramétrico para definir la influencia de las tolerancias de producción y montaje y, por tanto, responder a la pregunta crítica: «¿Funcionará el mecanismo según lo requerido incluso con las imperfecciones que se introduzcan durante la producción?»
Un parámetro mecánico muy importante —y normalmente inevitable— que se estudia mediante simulación multicorporal es el juego de las juntas. El juego suele tener una influencia significativa en el rendimiento del producto y, debido a su no linealidad, no puede modelizarse mediante análisis sencillos.
Hasta ahora, se suponía que las uniones del mecanismo eran rígidas, es decir, que no podían deformarse. Entonces, ¿qué sucede con la deformación y la fuerza de las uniones mecánicas? Hoy en día, las herramientas multicuerpo pueden describir correctamente el comportamiento de los mecanismos con piezas flexibles, si las piezas son simples. Las piezas más complicadas producen resultados menos precisos, por lo que debe recurrirse a herramientas FEM si se busca información precisa sobre deformación o resistencia. La configuración y la simulación FEM pueden ser caras y llevar mucho tiempo, pero hay una opción inteligente y rápida: simular el mecanismo en una herramienta multicuerpo y simular solo la parte crítica en la herramienta FEM, con entradas procedentes de la simulación multicuerpo.
El diseño de los interruptores es un ámbito en el que ABB pone en práctica la simulación multicuerpo. Los interruptores automáticos son sistemas mecánicos muy complejos que solo pueden describirse mediante fórmulas analíticas de forma limitada. Para analizar la dinámica de un sistema tan complejo, es imprescindible una herramienta multicuerpo →03. Con una herramienta multicuerpo, se han podido comparar tres topologías de interruptor en dos meses. Sin esta herramienta, habrían tenido que construirse tres demostradores, un proceso costoso y largo.
Las herramientas de simulación multicuerpo proporcionan un valioso apoyo durante el desarrollo de sistemas mecánicos complicados. Las herramientas aceleran significativamente el proceso de desarrollo y ayudan a evitar sorpresas desagradables durante la producción al caracterizar la influencia de las tolerancias de producción.
