Desarrollo de un modelo simplificado para la simulación de la dinámica corporal en un impacto

Abstract

Actualmente se ha abierto la posibilidad de abaratar costes en el sector automovilístico creando modelos matemáticos que tengan la suficiente precisión que garanticen la fiabilidad de ensayos virtuales y arrojen resultados que permitan la extracción de conclusiones para la mejora de los sistemas de seguridad de vehículos sin incurrir en el coste del uso de un “Crash Test Dummy” físico. La creación de modelos virtuales precisos y con bajo coste computacional, es necesario para prescindir cada vez más de los Dummies físicos. En este proyecto se propone estudiar una metodología básica para la creación de los Dummies virtuales. Para ello se ha generado un modelo de columna vertebral. La propuesta de diseño es un modelo modular y adaptativo de eslabones concatenados. Se elaboraron dos propuestas de diseño CAD del eslabón y seleccionando uno de ellos. Estos diseños han sido generados de forma paramétrica para poder ajustar medidas como su longitud y diámetro. Posteriormente, se ha creado un ensayo simplificado de Elementos Finitos en ANSYS simulando una colisión con el fin de obtener el conocimiento del modelaje de dicho ensayo. Seguidamente se ha verificado el correcto funcionamiento del ensayo mediante otros métodos matemáticos como la Mecánica Lagrangiana y Multibody Rigid Dynamics haciendo uso de un diagrama de bloques en SIMSCAPE. Se obtuvieron los mismos resultados en los modelos de Elementos Finitos y Multibody Rigid Dynamics lo que ha permitido concluir que el ensayo está correctamente modelado. Debido a la falta de datos reales de un ensayo físico el modelo no ha podido ser optimizado para responder como una columna real, pero las bases de una metodología para el diseño de esta han quedado descritas y verificadas.

Nowadays, the possibility to reduce costs in the automotive sector by creating mathematical models with enough precision to guarantee the reliability of the tests and have results from which you can draw conclusions for the improvement of the security systems of the vehicles has appeared. This possibility has appeared without the need of having the costs of using a “Crash Test Dummy”. The creation of virtual models that are efficient in terms of precision with low computational cost have become relevant for increasing the use of this models and not the physical Dummies. The proposition of this project is to study the basic methodology for the creation of such models. To achieve this, a vertebral spine model was generated. The design of the spine is formed of concatenated links. Two types of designs for the link were proposed and one of them was selected. These designs have been created parametrically to be able to adjust parameters as length and diameter. Afterwards, a simplified test by Finite Elements with ANSYS for a collision was designed. The goal is to gain knowledge of the modelling of this test. Also, the correct performance of the test was verified by other kind of methods such as Lagrange Mechanics and Multibody Rigid Dynamics, which uses SIMSCAPE that creates block tree of the model. Same results were obtained by Multibody Rigid Dynamics and Finite Elements. Therefore, it can be concluded that the test is designed correctly. Due to the impossibility to find data regarding a real physical test, the model could not be optimized for the response of a real vertebral spine, but the basis of the methodology of the design are exposed and verified.