«Estudio de movimiento» es un término general para simular y analizar el movimiento de conjuntos y mecanismos mecánicos. Tradicionalmente, los estudios de movimiento se han dividido en dos categorías: cinemática y dinámica. La cinemática es el estudio del movimiento sin tener en cuenta las fuerzas que lo causan; la dinámica es el estudio de los movimientos que resultan de las fuerzas. Otros términos estrechamente relacionados para los mismos tipos de estudios son dinámica multicuerpo, simulación de sistemas mecánicos e incluso creación de prototipos virtuales.
El análisis cinemático es una tarea más simple que el análisis dinámico y es adecuado para muchas aplicaciones que involucran piezas móviles. Las simulaciones cinemáticas muestran las posiciones físicas de todas las piezas de un conjunto con respecto al tiempo que pasa por un ciclo. Esta tecnología es útil para simular el movimiento en estado estacionario (sin aceleración), así como para evaluar el movimiento con fines de interferencia, como secuencias de ensamblaje de sistemas mecánicos complejos. Sin embargo, muchos paquetes cinemáticos básicos van un paso más allá al proporcionar «fuerzas de reacción», fuerzas que resultan del movimiento.
La simulación dinámica es más compleja porque el problema debe definirse mejor y se necesitan más datos para tener en cuenta las fuerzas. Pero a menudo se requieren dinámicas para simular con precisión el movimiento real de un sistema mecánico. En general, las simulaciones cinemáticas ayudan a evaluar la forma, mientras que las simulaciones dinámicas ayudan a analizar la función.
Tradicionalmente, la cinemática y la dinámica han seguido el método clásico de software de análisis de preprocesamiento (preparación de los datos), resolución (ejecución de los algoritmos de solución, que implican la solución de ecuaciones simultáneas) y postprocesamiento (análisis de los resultados). A pesar de que los programas de hoy en día son mucho más interactivos, la mayoría de los programas siguen este proceso básico, ya que es una forma lógica de resolver el problema. La mayoría de los solucionadores están disponibles como programas de software independientes.
Una de las razones de la popularidad del modelado sólido es que sienta las bases para muchas aplicaciones. Prácticamente puede crear dibujos de trabajo de forma automática, renderizando modelos que se asemejan mucho a los objetos reales y generando modelos físicos a partir de equipos de creación rápida de prototipos. De manera similar, el estudio del movimiento de los mecanismos y ensamblajes en movimiento se está convirtiendo rápidamente en un subproducto «libre» del modelado de sólidos, lo que ayuda a los ingenieros a hacer lo siguiente:
- Simular mecanismos para ayudar a desarrollar diseños viables
- Ver animaciones físicamente realistas para detectar problemas y estudiar la estética
- Encontrar interferencias entre piezas móviles y arreglarlas
- Verificar un sistema mecánico completo con numerosos componentes móviles, incluso sin relación entre sí
- Trazar sobres de movimiento para diseñar carcasas y garantizar espacios libres.
- Crear animaciones de secuencias de ensamblaje para planificar una fabricación eficiente
- Generar información de carga precisa para un análisis estructural mejorado
- Calcular las especificaciones necesarias para motores, resortes, actuadores, etc. al principio del proceso de diseño
- Producir animaciones para la salida a video o para publicar en sitios web para mostrar a los clientes y clientes cómo funcionarán realmente los productos, no solo proporcionar un conjunto de imágenes de cómo podría funcionar
La salida básica de los estudios de movimiento es numerosa, incluida la animación, la detección de interferencias, las funciones de rastreo, los datos básicos de movimiento y las gráficas. Los movimientos animados son la salida clásica de análisis cinemáticos simples. Inicialmente, el diseñador utiliza la animación simple como una evaluación visual del movimiento para ver si es lo que se desea. Las animaciones más sofisticadas pueden mostrar movimiento desde ángulos críticos o incluso dentro de las piezas, una ventaja definitiva sobre la construcción y ejecución de un prototipo físico.
La capacidad de detectar y corregir interferencias sin cambiar de software es uno de los principales beneficios de integrar simulación de movimiento y CAD. La mayoría de los sistemas proporcionan retroalimentación de color, por ejemplo, girando a partes rojas que experimentan interferencias. Sin embargo, son más útiles los sistemas que convierten el volumen de interferencia en una pieza de geometría separada, que luego se puede usar para modificar las piezas para eliminar la interferencia.
Las funciones de rastreo proporcionan información adicional sobre el movimiento. El movimiento de una articulación o un punto particular de una pieza se puede representar en 3D como una línea o superficie. O bien, el sistema puede dejar copias de la geometría a intervalos especificados. Tales funciones pueden proporcionar una envolvente de movimiento que se puede usar para diseñar carcasas o garantizar espacios libres.
Generalmente se pueden extraer datos de movimiento, como fuerzas, aceleraciones, velocidades y la ubicación exacta de las articulaciones o puntos en la geometría, aunque tales capacidades son más aplicables a simulaciones dinámicas que a estudios cinemáticos. Algunos sistemas permiten a los usuarios adjuntar instrumentos a sus modelos para simplificar la especificación de los resultados que desean ver.
La mayoría de los paquetes proporcionan una gran cantidad de funciones de trazado y representación gráfica. Las gráficas y los gráficos se usan más comúnmente porque los valores varían con el tiempo y son más significativos que un solo valor en un momento dado. Una capacidad especialmente útil para estudiar alternativas de diseño es trazar los resultados de dos simulaciones diferentes en el mismo gráfico. Estos datos también pueden ayudar a los diseñadores a determinar el tamaño de los motores, actuadores, resortes y otros componentes del mecanismo.
Las fuerzas que resultan del movimiento son de particular interés porque se pueden usar como cargas (o, al menos, para calcularlas) para el análisis estructural de barras individuales. Típicamente, la carga más alta para un ciclo se usa para realizar un análisis de elementos finitos estáticos lineales (AEF) de componentes individuales críticos de un mecanismo. La integración de modelado sólido, simulación de movimiento y software FEA puede agilizar en gran medida este proceso, especialmente importante cuando se estudian alternativas de diseño, donde se requieren muchos análisis.
Los ingenieros han utilizado programas de software especializados para realizar diversos análisis durante años en proyectos como el diseño de suspensiones de automóviles. Hacer todas las tareas en un solo programa CAD se está convirtiendo en rutina, ya que los modeladores sólidos están estrechamente vinculados al software de simulación de movimiento.
