Resolución numérica de problemas estructurales dinámicos por medio de una aproximación dinámica no suave

Mecánica computacional
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Descripción

En el ámbito industrial, una gran variedad de máquinas y mecanismos — tales como turbinas aeronáuticas, equipos de perforación utilizados en la industria petrolera, sistemas de separación en vehículos espaciales, rodamientos y engranajes — operan bajo condiciones físicas extremas, caracterizadas por movimientos de rotación de alta frecuencia, fricción e impactos múltiples. En este contexto, las simulaciones computacionales constituyen una herramienta fundamental en las etapas de diseño y optimización de estos dispositivos. Su aplicación permite evaluar de manera virtual diversas configuraciones geométricas, materiales y condiciones operativas, antes de avanzar hacia la fabricación física o la construcción de modelos prototipo. Este enfoque no solo contribuye a la reducción de costos y tiempos de desarrollo, sino que también posibilita un análisis detallado del comportamiento del sistema bajo diversos escenarios de funcionamiento. A raíz de ello, la principal contribución de esta Tesis radica en el desarrollo, implementación y validación de modelos numéricos, orientados a la simulación de sistemas mecánicos complejos sujetos a impacto en el marco de la dinámica de contacto no suave. Luego, el estudio de la fricción se realiza mediante las leyes de fricción de Coulomb y Coulomb-Contensou. La estrategia elegida para describir el movimiento general de los cuerpos se basa en el Método de los Elementos Finitos no lineal. La regularización del problema variacional asociado al contacto con fricción se aborda mediante una formulación basada en un método del tipo Lagrangiano aumentado. Las ecuaciones de movimiento se integran mediante el esquema temporal α-generalizado no suave desacoplado, donde en esta Tesis se propone una extensión para incorporar los efectos de fricción cuando se consideran múltiples impactos entre cuerpos rígidos esféricos. Dado que los enfoques de dinámica no suave no permiten calcular directamente las fuerzas de contacto, esta Tesis introduce una metodología novedosa que permite obtener fuerzas mediante la combinación de modelos de contacto suave con los resultados impulsivos y de velocidades derivados de las formulaciones no suaves. En esta Tesis, las herramientas desarrolladas permiten predecir el comportamiento dinámico de sistemas mecánicos complejos, posibilitando la evaluación de impactos, deformaciones, así como de fuerzas y tensiones de contacto, con una mayor eficiencia computacional respecto a los modelos utilizados actualmente. El aporte de este trabajo se refleja en las publicaciones con referato que compila esta Tesis, contribuyendo de manera significativa al avance del conocimiento en el campo de la simulación de sistemas multicuerpos.


SÁNCHEZ, Eliana Selén

01/10/2025

Tesis doctoral

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