Comparación de un nuevo método de aceleración de análisis dinámicos con métodos de reducción de modelos [thesis]

Juan García Martínez
Structural dynamics studies the response of a structure under loads or phenomena which vary over time. In many cases, these phenomena require the use of parametric analyses taking into consideration several design con...gurations or modi...cations of the structure. This is a typical need in an engineering o¢ ce, no matter the structural design is in early or ...nal stages. These changes modify the physical properties of the structure, and therefore, the ...nite element model to analyse it. A
more » ... e study, that exempli...es this circumstance, is the structural health monitoring to predict the variation of the dynamical behaviour after damage, such as a delaminated structure, a crack onset or growth, an aircraft that su¤ers a blade loss event or civil structures (buildings or bridges) under seismic loads. Not only large structures require complex analyses to appropriately acquire an accurate solution, but also the variation of certain parameters. There is a need to simplify the analytical process, in order to bring CPU time, data ...les, management of solutions to a reasonable size. In the current doctoral thesis, the most common ...nite element reduction methods for large structures are reviewed. Results of case studies are compared between a recently proposed method, herein named DACMAM (Dynamic Analysis in Complex Modal space Acceleration Method ), and di¤erent condensation methods, namely static or Guyan condensation and dynamic condensation in di¤erent vectorial spaces. All these methods are suitable for considering non-classical damping. The reduction method DACMAM consist of a structural modi...cation in the complex modal domain which provides a dynamic response solution for the reduced models. This process allows the selection of a few degrees of freedom that are relevant for the dynamic response of the system. These d.o.f. are the load application points, relevant structural points or points in which it is important to know the response. Consequently, an analysis with structural modi...cations implies only the calculation of the dynamic response of the selected degrees of freedom added, but with no loss of information. Therefore, mass, sti¤ness or damping modi...cations are easily considered as well as new degrees of freedom. Taking into account the size of the equations to be solved, the parameterization of the dynamic solutions is not only possible, but also manageable and controllable due to the easy implementation of the procedure in the standard ...nite element solvers. In this thesis, the proposed reduction method for large structural models is compared with other published model order reduction methods. The comparison shows and underlines the e¢ ciency of the new method, and veri...es the di¤erences in the response when compared with the response of the full model. The CPU time, the data ...les and the scope of the parameterization are also addressed. Agradecimientos Cuando empecé con la idea de realizar la tesis pensaba que era un trabajo bastante unipersonal, pero a medida que ha ido pasado el tiempo no he hecho otra cosa que con...rmar, día tras día, que estaba totalmente equivocado. Sin la ayuda, apoyo y consejos de todo el mundo que me ha rodeado en este tiempo dudo que hubiera conseguido ...nalizarla. En primer lugar quiero resaltar a mi familia, que han vivido día a día el desarrollo de la tesis, dándome todo su apoyo. Durante este tiempo, que son años, me he casado y he tenido dos hijos: Nora y Bruno. Gracias a ellos y a mi esposa Sandra por su paciencia y amor. No quiero olvidarme de mis padres, Juan y Balbina, que siempre me han apoyado y animado con los estudios. Y otro recuerdo a mis hermanas, sobrinos y a Ana María (la Tata). Al resto de la familia, carnal y política, en especial a Rosa, y a mis amigos, todos ellos muy importantes y numerosos, de lo cual me alegro, les llevo siempre en mi corazón. Al haber realizado esta tesis mientras desarrollaba mi carrera profesional fuera de la Escuela, en el INTA, no puedo dejar de recordar y dar las gracias a todos aquellos que me han apoyado en mi trabajo con su conocimiento, sus ánimos y dándome tantos buenos pequeños recuerdos de risas y alegrías: Santacruz, Ramón F., Ramón S., San Millán, Rafael, José Miguel, Roberto, Antonio, Gabriel, muchos otros con los que he compartido trabajos y retos, y en especial a Iñaki, con quien he compartido y comparto en el aspecto académico multitud de inquietudes. La tesis la he realizado en el Departamento de Vehículos Aeroespaciales de la Escuela de Aeronáuticos. Empecé con Jesús López Díez, al que recordaré siempre por su gran conocimiento y por sus chistes, con los que siempre me hacía reír. También quiero darle las gracias a Gregorio López, de quien no me faltó apoyo en ningún momento. El tutor con quien tengo la suerte de entregar la tesis, Paco Montans, ha sido pieza clave para que la tesis llegue a buen puerto y me ha aportado siempre su conocimiento y buenos consejos, mil gracias. No me olvido de Iván Muñoz y del resto de sus compañeros del Área de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras, con quienes, a pesar de no haber tenido un contacto diario, siempre me han prestado su apoyo si lo necesitaba y me han recibido con una gran sonrisa. Finalmente quiero mencionar a Paco Herrada, con quien he recorrido este largo camino muy estrechamente y con el que espero tener la suerte de poder compartir proyectos de investigación en el futuro.
doi:10.20868/upm.thesis.39455 fatcat:u6y2gbg7sna53b3b4avfqu7imu