Modelo de Parámetros Agrupados para el Análisis Estructural de un Mecanismo Paralelo de Múltiples Patas Sobrecargado que Soporta Sistemas Aplicados a Dispositivos Criogénicos
Autores: Piacentini, Luca; Dassa, Luca; Perini, Diego; Ratkus, Andris; Torims, Toms; Uberti, Stefano
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Modelo de Parámetros Agrupados para el Análisis Estructural de un Mecanismo Paralelo de Múltiples Patas Sobrecargado que Soporta Sistemas Aplicados a Dispositivos Criogénicos
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Diseño
Criostato
Sistema de soporte
Modelo de parámetros concentrados
Análisis de elementos finitos
Optimización.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Mientras se desarrolla el diseño de un criostato, uno de los subsistemas más relevantes es el sistema de soporte interno que sostiene el componente enfriado. Según la literatura, la disposición y el número de soportes elegidos a menudo resultan en una arquitectura sobredimensionada de múltiples patas. Estos suelen ser estudiados únicamente mediante herramientas de análisis de elementos finitos, lo que hace que estudios como la optimización de sistemas de soporte sean computacionalmente costosos. Este artículo propone un modelo analítico más estructurado y general en comparación con los modelos existentes para esta aplicación. El modelo de parámetros concentrados propuesto permite a los diseñadores estudiar la influencia de cargas externas, pre-carga y enfriamiento en los niveles de estrés y el estado de deformación de los soportes del dispositivo criogénico, así como el consiguiente desalineamiento del componente enfriado. Se propone un modelo general de parámetros concentrados para varillas de diferentes formas, dimensiones y materiales. Se validan dos modelos particularizados de ocho y once soportes comparando los resultados con los de software estándar de análisis de elementos finitos. Los resultados muestran que el modelo propuesto tiene una fuerte concordancia con las simulaciones de elementos finitos, y la mediana de los errores relativos es de aproximadamente 1.4%. Esta precisión se obtiene para modelos de soportes dispuestos aleatoriamente, lo que demuestra la efectividad del modelo para predecir resultados incluso para configuraciones de soporte no simétricas. Se obtienen resultados comparables y precisos, que son aproximadamente 130 veces más rápidos que en el análisis de elementos finitos, demostrando así la reducción efectiva en el costo computacional. Además, el código propuesto permite a los diseñadores cambiar los parámetros de entrada de manera más rápida y confiable.
Descripción
Mientras se desarrolla el diseño de un criostato, uno de los subsistemas más relevantes es el sistema de soporte interno que sostiene el componente enfriado. Según la literatura, la disposición y el número de soportes elegidos a menudo resultan en una arquitectura sobredimensionada de múltiples patas. Estos suelen ser estudiados únicamente mediante herramientas de análisis de elementos finitos, lo que hace que estudios como la optimización de sistemas de soporte sean computacionalmente costosos. Este artículo propone un modelo analítico más estructurado y general en comparación con los modelos existentes para esta aplicación. El modelo de parámetros concentrados propuesto permite a los diseñadores estudiar la influencia de cargas externas, pre-carga y enfriamiento en los niveles de estrés y el estado de deformación de los soportes del dispositivo criogénico, así como el consiguiente desalineamiento del componente enfriado. Se propone un modelo general de parámetros concentrados para varillas de diferentes formas, dimensiones y materiales. Se validan dos modelos particularizados de ocho y once soportes comparando los resultados con los de software estándar de análisis de elementos finitos. Los resultados muestran que el modelo propuesto tiene una fuerte concordancia con las simulaciones de elementos finitos, y la mediana de los errores relativos es de aproximadamente 1.4%. Esta precisión se obtiene para modelos de soportes dispuestos aleatoriamente, lo que demuestra la efectividad del modelo para predecir resultados incluso para configuraciones de soporte no simétricas. Se obtienen resultados comparables y precisos, que son aproximadamente 130 veces más rápidos que en el análisis de elementos finitos, demostrando así la reducción efectiva en el costo computacional. Además, el código propuesto permite a los diseñadores cambiar los parámetros de entrada de manera más rápida y confiable.