Efficient implementations and co-simulation techniques in multibody system dynamics

Resumen

La investigación actual en simulación dinámica de sistemas multicuerpo (MBS) gira en torno a dos objetivos principales: el incremento de la eficiencia computacional del software que lleva a cabo las simulaciones y la diversificación de las tareas que este es capaz de realizar, a veces mediante la inclusión en los cálculos de fenómenos no puramente mecánicos. Este trabajo aborda ambos objetivos, estudiando el efecto de la implementación del código fuente en el rendimiento del software, así como las diferentes estrategias de comunicación con programas externos que puedan aportar a la simulación multicuerpo la interacción con elementos de naturaleza no mecánica. El primer capítulo de esta tesis consiste en una breve introducción al estado actual del software para simulación de sistemas multicuerpo. En él se muestran también las líneas de investigación en las que se enmarca el proyecto y se señalan sus objetivos principales. El segundo capítulo describe la arquitectura del software para la simulación de sistemas multicuerpo que se ha creado en esta investigación. Para su implementación se ha utilizado el lenguaje C++, dentro del paradigma de programación orientada a objetos. En este capítulo se enumeran también las herramientas de programación utilizadas en el proceso y se obtienen conclusiones de validez general para la generación de programas multicuerpo. Los capítulos tercero y cuarto presentan técnicas de implementación eficiente de las operaciones de álgebra lineal y en la paralelización del código, respectivamente. Se han cuantificado las mejoras en el tiempo de ejecución obtenidas y se han delimitado los campos de aplicación de cada estrategia. En los capítulos quinto y sexto se aborda la comunicación del software desarrollado con otros programas de simulación externos. Se ha realizado un estudio comparativo de los diversos modos posibles en que se puede realizar esta unión y, además, se ha evaluado el impacto del empleo de técnicas de cosimulación multirate sobre la eficiencia y la precisión de los cálculos. Se ha diseñado para ello una interfaz genérica entre el software MBS y MATLAB/Simulink, una aplicación matemática y de diagramas de bloques de gran aceptación entre la comunidad de investigación en sistemas multicuerpo. Por último, en el capítulo séptimo se resumen las conclusiones del presente trabajo y se proponen líneas de investigación futuras que pueden derivarse de él.