Optimización del diseño basado en CAD de mecanismos de cuatro barras: un estudio de caso de un ventilador de emergencia
Autores: Ben Yahya, Abdelmajid; Van Oosterwyck, Nick; Knaepkens, Ferre; Houwen, Simon; Herregodts, Stijn; Herregodts, Jan; Vanwalleghem, Bart; Cuyt, Annie; Derammelaere, Stijn
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Optimización del diseño basado en CAD de mecanismos de cuatro barras: un estudio de caso de un ventilador de emergencia
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Optimización del diseño
Mecanismos
óptimo global
Análisis cinemático
Simulaciones de movimiento
Técnicas de interpolación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
La optimización del diseño de mecanismos es prometedora, ya que resulta en máquinas más eficientes en términos de energía sin comprometer el rendimiento. Sin embargo, los fabricantes de máquinas no aplican métodos de vanguardia, ya que estos algoritmos requieren un análisis teórico específico para cada caso. Además, los enfoques de síntesis de diseño en la literatura utilizan predominantemente optimizadores heurísticos, lo que lleva a mínimos locales subóptimos. Este artículo presenta un flujo de trabajo ampliamente aplicable, que garantiza el óptimo global. Las restricciones que describen la región factible de los posibles diseños son esenciales para encontrar el óptimo global. Por lo tanto, se discute el análisis cinemático del mecanismo de cuatro barras plano punto a punto. Dentro del espacio de diseño factible, se generaron muestras de valor objetivo a través del software CAD de múltiples cuerpos. Estas simulaciones de movimiento determinan el par requerido para cumplir con el movimiento para una combinación de parámetros de diseño. Esto reemplaza la engorrosa derivación analítica del par. Este artículo introduce técnicas de interpolación escasa para evitar el muestreo a fuerza bruta del espacio de diseño. La ventaja de este enfoque es que es fácilmente escalable a más parámetros de diseño, ya que el método de interpolación minimiza el número de muestras necesarias. Este artículo explica el trasfondo matemático de nuestro enfoque de interpolación desarrollado. Sin embargo, se presenta un procedimiento paso a paso para permitir el uso de la técnica de interpolación por parte de los diseñadores de máquinas sin la necesidad de entender las matemáticas subyacentes. Finalmente, la expresión matemática, obtenida de la interpolación, permite aplicar optimizadores globales. En un estudio de caso de un mecanismo de ventilador de emergencia con tres parámetros de diseño, 1870 simulaciones de movimiento CAD permitieron reducir el par RMS del mecanismo en un 67%.
Descripción
La optimización del diseño de mecanismos es prometedora, ya que resulta en máquinas más eficientes en términos de energía sin comprometer el rendimiento. Sin embargo, los fabricantes de máquinas no aplican métodos de vanguardia, ya que estos algoritmos requieren un análisis teórico específico para cada caso. Además, los enfoques de síntesis de diseño en la literatura utilizan predominantemente optimizadores heurísticos, lo que lleva a mínimos locales subóptimos. Este artículo presenta un flujo de trabajo ampliamente aplicable, que garantiza el óptimo global. Las restricciones que describen la región factible de los posibles diseños son esenciales para encontrar el óptimo global. Por lo tanto, se discute el análisis cinemático del mecanismo de cuatro barras plano punto a punto. Dentro del espacio de diseño factible, se generaron muestras de valor objetivo a través del software CAD de múltiples cuerpos. Estas simulaciones de movimiento determinan el par requerido para cumplir con el movimiento para una combinación de parámetros de diseño. Esto reemplaza la engorrosa derivación analítica del par. Este artículo introduce técnicas de interpolación escasa para evitar el muestreo a fuerza bruta del espacio de diseño. La ventaja de este enfoque es que es fácilmente escalable a más parámetros de diseño, ya que el método de interpolación minimiza el número de muestras necesarias. Este artículo explica el trasfondo matemático de nuestro enfoque de interpolación desarrollado. Sin embargo, se presenta un procedimiento paso a paso para permitir el uso de la técnica de interpolación por parte de los diseñadores de máquinas sin la necesidad de entender las matemáticas subyacentes. Finalmente, la expresión matemática, obtenida de la interpolación, permite aplicar optimizadores globales. En un estudio de caso de un mecanismo de ventilador de emergencia con tres parámetros de diseño, 1870 simulaciones de movimiento CAD permitieron reducir el par RMS del mecanismo en un 67%.