Modelos para el análisis del comportamiento mecánico de estructuras de geometría variable

Resumen

La memoria presentada para optar al grado de doctor centra los objetivos de investigación en la definición de modelos para el análisis del comportamiento mecánico de estructuras de geometría variable (VGT). Tras una revisión bibliográfica sobre la clasificación de topología de estructuras de geometría y los problemas mecánicos asociados al análisis cinemático y estructural, sea estático o dinámico, se justifican los objetivo presentados por el doctorando. Estos son, por un lado, el diseño y la construcción de un prototipo de VGT de cinco módulos con un total de 12 grados de libertad definidos por husillos de diseño propio. Cabe destacar el diseño de la unión esférica original para conectar seis barras. Por otro lado, está la definición de modelos matemáticos para el análisis estructural del VGT. A continuación se define un modelo muy detallado del conjunto mediante una formulación multi-cuerpo, para su análisis cinemático, y mediante un interfaz, se análisis dinámicamente mediante el método de los elementos finitos todos los componentes de la estructura, así como la VGT completa. La validación de los resultados numéricos se obtiene a través de una correlación con las medicad experimentales llevadas a cabo sobre el prototipo construido. El planteamiento experimental lleva a definir unos indicadores que permiten detectar la precisión y la repetibilidad de las medidas realizadas, validando dicho planteamiento para la correlación del modelo MEF. En el capítulo cuarto, se expone el desarrollo de una metodología de macro-elementos equivalentes paramétricos (MEP) para la sustitución de submodelos en estructuras de geometría variable. El principal objetivo por el que se define este tipo de macro-elementos es la reducción del coste computacional sin pérdida acentuada de precisión. En esta memoria, la definición de MEP se aplica con creces a las juntas cinemáticas complejas dando resultados muy relevantes. La equivalencia planteada se basa en términos de energía elástica de deformación almacenada para el diseño estático y en la definición de masas concentradas en los nodos de los elementos para el diseño dinámico. Un resultado de gran interés es la definición de modelos equivalentes desde el punto de vista cismático-estático y dinámico sin pérdida de precisión (menores al uno por ciento) y con un ahorro computacional considerable (reducción de hasta dos ordenes de magnitud). El presente trabajo de investigación viene avalado por ponencias en congresos y publicaciones en revistas internacionales en el campo del diseño mecánico y del campo de los elementos finitos.