[Abstract]
Current research in simulation of multibody systems (MBS) dynamics is focused
on two main objectives: the increase of the computational efficiency of the software
that carries out the simulations, and the diversification of the problems this software
is able to tackle, sometimes through the inclusion in the calculations of non purely
mechanical phenomena. This work deals with these two objectives, studying the effect
of source code implementation in software performance, as well as the different
communication methods with external software that can contribute the interaction of
the MBS code with elements of a non mechanical nature.
The first Chapter of this thesis contains a brief introduction to the present state of
the art of MBS simulation software. It introduces the research lines this thesis forms
part of and outlines its main objectives.
The second Chapter describes the software architecture for MBS simulation that
has been developed for this research. The C++ language has been used for its implementation,
according to the object–oriented programming paradigm. This Chapter
also enumerates the programming tools employed in the process and draws general
conclusions about the development of MBS programs.
The third and fourth Chapters introduce efficient implementation techniques in the
field of linear algebra operations, and in the parallelization of the code, respectively.
The obtained improvements in performance have been quantified, and the range of
application of each technique has been delimited.
The fifth and sixth Chapters deal with the communication of the developed software
with external simulation software packages. A comparative study between the
different ways in which the coupling can be performed has been carried out and, besides,
the impact on the efficiency and accuracy of the use of multirate co–simulation
techniques has been assessed. A generic interface for multirate integration has been
designed to link the MBS software with MATLAB/Simulink, a mathematical and
block diagram package very popular in the multibody community.
Finally, the seventh Chapter summarizes the conclusions of the present work, and
proposes future research lines that can be derived from it.[Resumen]
La investigación actual en simulación dinámica de sistemas multicuerpo (MBS)
gira en torno a dos objetivos principales: el incremento de la eficiencia computacional
del software que lleva a cabo las simulaciones y la diversificación de las tareas que
este es capaz de realizar, a veces mediante la inclusión en los cálculos de fenómenos
no puramente mecánicos. Este trabajo aborda ambos objetivos, estudiando el efecto
de la implementación del código fuente en el rendimiento del software, así como las
diferentes estrategias de comunicación con programas externos que puedan aportar a
la simulación multicuerpo la interacción con elementos de naturaleza no mecánica.
El primer capítulo de esta tesis consiste en una breve introducción al estado actual
del software para simulaci´on de sistemas multicuerpo. En él se muestran también las
líneas de investigación en las que se enmarca el proyecto y se señalan sus objetivos
principales.
El segundo capítulo describe la arquitectura del software para la simulación de
sistemas multicuerpo que se ha creado en esta investigación. Para su implementación
se ha utilizado el lenguaje C++, dentro del paradigma de programación orientada a
objetos. En este capítulo se enumeran también las herramientas de programación utilizadas
en el proceso y se obtienen conclusiones de validez general para la generación
de programas multicuerpo.
Los capítulos tercero y cuarto presentan técnicas de implementación eficiente de
las operaciones de álgebra lineal y en la paralelización del código, respectivamente. Se
han cuantificado las mejoras en el tiempo de ejecución obtenidas y se han delimitado
los campos de aplicación de cada estrategia.
En los capítulos quinto y sexto se aborda la comunicación del software desarrollado
con otros programas de simulación externos. Se ha realizado un estudio comparativo
de los diversos modos posibles en que se puede realizar esta unión y, además,
se ha evaluado el impacto del empleo de técnicas de cosimulación multirate sobre la
eficiencia y la precisión de los cálculos. Se ha diseñado para ello una interfaz genérica
entre el software MBS y MATLAB/Simulink, una aplicación matemática y de diagramas
de bloques de gran aceptación entre la comunidad de investigación en sistemas
multicuerpo.
Por último, en el capítulo séptimo se resumen las conclusiones del presente trabajo
y se proponen líneas de investigación futuras que pueden derivarse de él
