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¿Qué es SAM?
SAM (Síntesis y Análisis de Mecanismos) es un paquete interactivo de software para PC, para el diseño, análisis (movimiento y fuerza) y optimización de mecanismos planares arbitrarios. Los Mecanismos pueden generarse ya sea a través de los asistentes de diseño o a partir de los componentes básicos como vigas, deslizadores, engranajes, correas, muelles, amortiguadores y elementos de fricción. SAM integra análisis numérico de pre-procesamiento y pos-procesamiento, como animación y diagramas x-y, con un entorno fácil de usar ofreciendo menús desplegables, soporte para el ratón y recursos de ayuda.
La fundamentación matemática del núcleo de análisis, la cual fue inspirada por el bien conocido método de elementos finitos, ofrece un gran número de características y elimina muchos de los problemas de los programas tradicionales sobre mecanismo. Bucles abiertos, bucles cerrados, bucles múltiples e incluso mecanismo planetarios complejos, incluyendo los trenes planetarios de engranajes pueden modelarse en pocos minutos.
SAM está disponible en Español, Inglés, Alemán, Francés, Holandés y Chino.
Diseño
SAM ofrece un grupo de asistentes de diseño el cual ayuda a sintetizar los mecanismos para tareas específicas, tales como:
- Generación de la función Ángulo (se necesitan satisfacer como mínimo 3 pares de ángulos de entrada/salida).
- Síntesis de 3 posiciones/ángulo del plano acoplador
- Movimiento de línea recta aproximada
- Movimiento de línea recta exacta
En caso de que los asistentes de diseño no solucionen el problema de diseño específico, el usuario tiene que recurrir a su experiencia, diseños previos, manuales o ensayo y error para inventar el mecanismo, el cual posteriormente, puede ser modelado y analizado por SAM.
Modelamiento
SAM está equipado con una gran biblioteca de elementos básicos como:
- Viga, deslizador
- Correa, embrague
- Sensor
- Muelles, amortiguadores y elementos de fricción (tanto de traslación como de rotación)
- Muelle no lineal
El cual permite el análisis de una gran variedad de mecanismos. El fundamento matemático único del programa ofrece una gran cantidad de funciones y soluciona muchos de los problemas de los programas tradicionales de mecanismos. Mecanismos de bucles abiertos, cerrados e incluso múltiples se tratan de la misma manera incluyendo los mecanismos más complejos como trenes de engranajes planetarios los cuales pueden modelarse en pocos minutos.
Movimiento de Entrada
SAM permite la definición de entradas múltiples, las cuales pueden definirse ya sea en términos de desplazamientos absolutos o en términos de cambios elementales para darle forma a las entradas relativas del modelo (por ejemplo, la elongación de un cilindro hidráulico o rotación relativa de un codo de robot). Cada una de las entradas puede definirse independientemente. Varias leyes de movimiento de entrada usadas como:
- Velocidad constante
- Polinomial
- Movimiento Cíclico
- Perfil de velocidad de segundo 2 orden
- Ajustadores Cúbicos
Están disponibles y pueden combinarse para formar cualquier diagrama de entrada deseado. Las entradas también pueden leerse desde un archivo ASCII externo o definido a través de una tabla para activar la definición de movimientos arbitrarios. Esta última función es especialmente útil para el modelamiento de perfiles cam no estándares.
Interfaz CAD
La función de importación/exportación de DXF, le permite exportar el diseño conceptual del mecanismo a cualquier programa CAD para manejar los detalles y le deja importar la información CAD para configurar fácilmente el mecanismo en SAM o ejecutar la animación del mecanismo final.
Resultados de Análisis
Una vez que el mecanismo se ha construido y se han definido las entradas, cualquiera de las siguientes cantidades Cinemáticas pueden calcularse (todas relativas o absolutas):
- Posición nodal, desplazamiento, velocidad, aceleración
- Ángulos, velocidad angular y aceleración
Adicionalmente, SAM puede ejecutar análisis de fuerzas, así permite el cálculo de:
- Par motor (fuerza)
- Fuerzas de reacción en los cojinetes
- Fuerzas internas de los elementos
- Energía requerida o transmitida
Pos-Procesamiento
Los resultados de análisis pueden mostrarse ya sea en forma tabular o gráfica. La lista tabular puede verse en la pantalla, imprimirse o almacenarse en un archivo de lista formateado para leerse. La opción de diagramas x-y, permite representar cualquier variable contra el tiempo o cualquier otra variable. Pueden combinarse un ilimitado número de funciones en un diagrama x-y con dos escalas diferentes opcionalmente, para permitir visualizar variables múltiples apropiadas con diferentes rangos de amplitud. Es posible llevar los datos seleccionados a un archivo externo (formato ASCII) pos-procesamiento personalizado. SAM también puede animar el movimiento del mecanismo. Como ayuda posterior para el diseñador, se pueden diagramar cualquier número de puntos en movimiento. También puede generarse automáticamente, una documentación completa del proyecto (formato ASCII).
Optimización (SAM Profesional)
Tomando como punto de partida el diseño/topología inicial, uno puede posteriormente mejorar la calidad en la cual la trayectoria del punto de un acoplador iguala la trayectoria objetivo, cambiando la geometría del mecanismo dentro de los rangos predefinidos.
O uno puede minimizar el valor pico o RMS del par motor del mecanismo, agregando una masa de compensación y dejar que SAM determine el valor óptimo de la masa y su posición dentro del rango permitido. Solamente, como en el caso de la optimización de la trayectoria, uno puede también especificar la función de referencia y minimizar la diferencia entre la función actual y la de referencia. Cuando se está diseñando, por ejemplo, equipos para desarrollo físico, uno está buscando generalmente una fuerza predefinida como función de desplazamiento.
El objetivo de la optimización puede ser la minimización o maximización de una variedad de propiedades (pico, RMS, promedio, ...) de la diferencia entre el comportamiento actual y objetivo de un mecanismo, tales como:
- Trayectoria de un nodo (con o sin cronometraje prescrito)
- Cualquier cantidad de movimiento o fuerza (como función del tiempo u otra cantidad)
SAM busca lo óptimo para modificar las siguientes propiedades dentro de los rangos definidos por el usuario:
- Geometría del mecanismo
- Propiedades del Elemento, tales como masa, constante del muelle, proporción de la transmisión, ...
El proceso de optimización en SAM se basa en un método de dos pasos compuestos por:
- Exploración del área del diseño
- Optimización de una solución específica
Primero, el área completa de parámetros se explora globalmente usando una combinación de una técnica pura Monte-Carlo y la conocida como Algoritmo Evolutivo, la cual es una técnica de optimización derivada de la Optimización Genética. La lista de los mejores de tal exploración global se muestra en el cuadro de lista Explorar, el cual muestra el valor de la función de optimización y los parámetros correspondientes. El elemento con la mejor propiedad se ubica en la parte superior.
Luego, el diseñador puede seleccionar uno de los resultados de la Ventana del Explorador y empieza una optimización local. Esta búsqueda local puede basarse ya sea en la técnica Simplex o en el Algoritmo Evolutivo con un rango de parámetros menor centrado alrededor de la solución seleccionada.
La combinación de una estrategia global de exploración y de estrategia de optimización local (con el diseñador en el bucle para seleccionar el mecanismo que se optimiza posteriormente) pretende dar la mejor compensación entre la velocidad y el alcance del área del diseño. Junto a este método controlado por el usuario, puede seleccionarse un método completamente automatizado.
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