{"id":3346,"date":"2019-10-21T13:00:00","date_gmt":"2019-10-21T13:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworkslatamyesp\/?p=3346"},"modified":"2022-11-21T08:43:10","modified_gmt":"2022-11-21T07:43:10","slug":"cuantificacion-de-la-comodidad-de-los-auriculares-con-un-ingeniero-profesional-estructural","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworkslatamyesp\/solidworks-blog\/simulacion\/solidworks_simulation\/cuantificacion-de-la-comodidad-de-los-auriculares-con-un-ingeniero-profesional-estructural\/","title":{"rendered":"Cuantificaci\u00f3n de la comodidad de los auriculares con un ingen\u00edero profesional estructural"},"content":{"rendered":"

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Nota del editor: la siguiente es una publicaci\u00f3n especial de Jim Shaw, Director Gerente, Fastway Engineering y Alex Kemmler, Vicepresidente de Desarrollo de Productos, Aiwa Corporation. En el post, el d\u00fao discute su experiencia usando simulaci\u00f3n avanzada con Structural Professional Engineer (anteriormente SIMULIA Structural Simulation Engineer).<\/em><\/p>\n

Posiblemente los auriculares de alta calidad son las cosas m\u00e1s dif\u00edciles de dise\u00f1ar en el mundo. No solo tenemos todos los factores que afectan la salida de audio: la respuesta de frecuencia, resonancias, curvas de fase y distorsi\u00f3n, presurizaci\u00f3n ac\u00fastica, DSP, etc., sino que tambi\u00e9n tenemos el dise\u00f1o centrado en el ser humano: los colores, las texturas , los materiales y, por supuesto, \u00abla sensaci\u00f3n\u00bb. Toda esta ingenier\u00eda necesita ser montada en un peque\u00f1o paquete del tama\u00f1o de una oreja.<\/p>\n

La forma en que los auriculares interact\u00faan con nuestra cabeza y o\u00eddos es una sensaci\u00f3n \u00fanica y subjetiva para cada individuo. Sin embargo, el ingeniero en todos nosotros dice \u00ab\u00a1cuantifiquemos eso!\u00bb, Que es exactamente lo que hicimos con AIWA, la ic\u00f3nica marca de audio de alta calidad que recientemente se ha reiniciado aqu\u00ed en los EE. UU. La marca AIWA ha resucitado en su apasionado b\u00fasqueda de unir a las personas en torno a la m\u00fasica. AIWA tiene una f\u00f3rmula simple para entregar equipos de audio serios sin compromiso, con el mejor talento ac\u00fastico, los componentes de la m\u00e1s alta calidad y un servicio al cliente de clase mundial. \u00bfC\u00f3mo se junta todo? Con investigaci\u00f3n y desarrollo de vanguardia.<\/p>\n

EL ENFOQUE<\/strong>
\nRealizar pruebas exhaustivas de la experiencia del usuario ser\u00eda una tarea enorme, ya que la poblaci\u00f3n de la muestra necesitar\u00eda cubrir una variedad casi infinita de atributos humanos: anchos, di\u00e1metros, alturas y formas relacionadas con nuestras cabezas y orejas. El dise\u00f1o de experimentos (DOE) para algo como esto requerir\u00eda mucho tiempo y ser\u00eda muy costoso. Aqu\u00ed es donde la simulaci\u00f3n hace su caso de negocios. En lugar de crear prototipos y probar una amplia variedad de productos y personas, \u00bfpor qu\u00e9 no utilizar el an\u00e1lisis de elementos finitos (FEA) para simular la interacci\u00f3n entre el auricular y la cabeza humana? Si se puede crear un modelo de trabajo que capture con precisi\u00f3n la f\u00edsica, entonces podemos aplicarlo f\u00e1cilmente a una amplia variedad de dise\u00f1os de auriculares y geometr\u00eda de cabeza humana.<\/p>\n

EL M\u00c9TODO<\/strong>
\nPrimero, se cre\u00f3 una geometr\u00eda representativa tanto para la cabeza humana como para los auriculares en SOLIDWORKS. Nuevamente, nuestro objetivo aqu\u00ed no era llevar a cabo un DOE completo (que requerir\u00eda cientos de formas y tama\u00f1os de cabeza humana, as\u00ed como docenas de dise\u00f1os de auriculares), sino m\u00e1s bien demostrar que se pod\u00eda crear un modelo de trabajo. Para hacer esto, nuestro enfoque estaba en representar con precisi\u00f3n la f\u00edsica en cuesti\u00f3n en FEA. Esto nos dar\u00e1 las fuerzas resultantes y, por lo tanto, las presiones que sentimos en nuestra cabeza cuando nos ponemos unos auriculares de alta calidad. Despu\u00e9s de algunos estudios simples, nos dimos cuenta de que el movimiento requerido para instalar un juego de auriculares era bastante complicado. Los auriculares se abren (\u00abpretensados\u00bb), se mueven sobre la cabeza, se ubican alrededor de las orejas y luego se cierran a su posici\u00f3n final.<\/p>\n

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Parec\u00eda un poco exagerado simular, por lo que el movimiento se simplific\u00f3 (y se aprovech\u00f3 la simetr\u00eda), con un modelo simple de auriculares que comenz\u00f3 en reposo, con la cabeza trasladada a su posici\u00f3n final. Al hacer esto, la simulaci\u00f3n se centr\u00f3 en la interacci\u00f3n compleja entre la cabeza y los auriculares, y no en el movimiento en s\u00ed.<\/p>\n

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LOS F\u00cdSICOS<\/strong><\/p>\n

La interacci\u00f3n entre un par de auriculares suaves y c\u00f3modos y nuestros o\u00eddos fr\u00e1giles y sensibles es algo muy complejo. Decir que este modelo matem\u00e1tico es \u00abno lineal\u00bb es una subestimaci\u00f3n. La no linealidad en FEA puede tomar muchas formas: geom\u00e9trica, las propiedades del material y el contacto deslizante \/ de fricci\u00f3n son tres de los m\u00e1s comunes. Bueno, para generar confianza en nuestro modelo de funcionamiento de auriculares, necesitar\u00edamos ejercer los tres:<\/p>\n

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    \n
  1. No linealidad geom\u00e9trica:<\/strong> el marco de los auriculares se compone de un marco largo y delgado que se desv\u00eda de una manera muy no lineal.<\/li>\n
  2. \u00a0No linealidad de contacto:<\/strong> a medida que los auriculares entran en contacto con la cabeza (o viceversa en nuestro modelo), hay mucho movimiento local y relativo en las superficies de la interfaz. Esta interacci\u00f3n compleja solo se puede capturar matem\u00e1ticamente con un paso temporal de las condiciones de contorno<\/li>\n
  3. No linealidad del material:<\/strong> la comodidad que sentimos con los auriculares proviene de la espuma suave dentro de las almohadillas, as\u00ed como de la cubierta elastom\u00e9rica (goma) que realmente toca nuestros o\u00eddos. Ambos materiales tienen relaciones muy complejas entre su estr\u00e9s y tensi\u00f3n. En otras palabras, su m\u00f3dulo de elasticidad (el alcance de la curva de tensi\u00f3n y deformaci\u00f3n) cambia bastante a trav\u00e9s del rango de movimiento.<\/li>\n<\/ol>\n

     <\/p>\n

    Debido a esta \u00abtriple amenaza\u00bb de requisitos no lineales, decidimos usar la nueva herramienta FEA no lineal de Dassault Systemes, llamada Structural Professional Engineer, que combina la potencia inform\u00e1tica y el solucionador f\u00edsico de SIMULIA con la conexi\u00f3n CAD param\u00e9trica y la usabilidad de SOLIDWORKS a trav\u00e9s de 3DEXPERIENCE plataforma. Pr\u00e1cticamente lo mejor de ambos mundos.<\/p>\n

     <\/p>\n

    LA CURVA DE APRENDIZAJE<\/strong>
    \nViniendo de SOLIDWORKS ten\u00edamos algunas cosas nuevas que aprender mientras saltamos a Structural Professional Engineer. Primero, necesit\u00e1bamos trasladar la geometr\u00eda a Structural Professional Engineer. Esto fue bastante f\u00e1cil ya que hay un complemento para SOLIDWORKS, por lo que solo fueron unos pocos clics. Luego, nos familiarizamos con la GUI, que fue bastante f\u00e1cil dado que el dise\u00f1o se ajusta al dise\u00f1o t\u00edpico de CAx con un \u00e1rbol modelo, una pantalla de gr\u00e1ficos y un panel de funciones en la parte inferior.<\/p>\n

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    El flujo de trabajo en Structural Professional Engineer se alinea con el flujo de trabajo est\u00e1ndar de FEA, que se puede dividir en 3 pasos principales: preprocesamiento, resoluci\u00f3n y postprocesamiento. En este caso, dado el alto nivel de no linealidad, nuestro preprocesamiento se centr\u00f3 en tres \u00e1reas importantes: definici\u00f3n de materiales, control de malla y gesti\u00f3n de contactos.<\/p>\n

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    MATERIALES:<\/strong> para los materiales no lineales, elegimos modelos hiperel\u00e1sticos para capturar con precisi\u00f3n la gran cantidad de deformaci\u00f3n y el m\u00f3dulo cambiante. Para el caucho usamos un modelo Mooney-Rivlin relativamente simple, y para la espuma usamos el material HyperMesh. Ambos son lo suficientemente simples como para ser estables, pero lo suficientemente complejos como para capturar con mayor precisi\u00f3n las desviaciones<\/p>\n

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    MALLA:<\/strong> para la malla, elegimos utilizar una malla basada en tetraedro, ya que puede capturar f\u00e1cilmente las superficies complejas de la cabeza humana, as\u00ed como las de los materiales blandos de los auriculares. Sin embargo, por lo general, para los modelos de alta deformaci\u00f3n (como los materiales hiperel\u00e1sticos), una malla hexagonal es ideal ya que los elementos tienden a deformarse de una manera m\u00e1s predecible. Entonces, para dar cuenta de esto, apretamos la malla en las \u00e1reas de contacto y en los vol\u00famenes de alta deformaci\u00f3n.<\/p>\n

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    El flujo de trabajo para la malla en Structural Professional Engineer es un poco m\u00e1s complejo que en SOLIDWORKS, pero por una buena raz\u00f3n: hay muchas m\u00e1s herramientas y, con ellas, mucho m\u00e1s control. Para los an\u00e1lisis no lineales, esto es obligatorio, especialmente con los modelos hiperel\u00e1sticos. La alta deformaci\u00f3n puede hacer que los elementos se deformen de maneras muy extra\u00f1as, y eso podr\u00eda hacer que el an\u00e1lisis diverja o incluso se bloquee. La resoluci\u00f3n de problemas es obligatoria en los an\u00e1lisis complejos de FE, pero minimizar el tiempo que dedicamos a ello sigue siendo un objetivo. Con un banco profundo de herramientas de malla, realmente podemos maximizar la calidad y prepararnos para el \u00e9xito, matem\u00e1ticamente.<\/p>\n

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    Para asegurarnos de que ten\u00edamos suficientes detalles para capturar el contacto, disminuimos el tama\u00f1o de la malla con varios objetivos en mente: crear elementos lo suficientemente peque\u00f1os como para capturar la geometr\u00eda, crear elementos lo m\u00e1s cercanos al equil\u00e1tero posible, asegurar los elementos a cada lado del contacto Son similares en tama\u00f1o.<\/p>\n

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    Con Mesh Manager, podemos revisar r\u00e1pida y f\u00e1cilmente el modelo FE<\/p>\n

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    CONTACTOS:<\/strong> la administraci\u00f3n de contactos en Structural Professional Engineer tambi\u00e9n es un poco diferente, y nuevamente es por razones similares a las mallas: el usuario tiene un mayor control sobre los modelos. Sin embargo, esto requiere un poco m\u00e1s de capacitaci\u00f3n, por lo que los nuevos usuarios deben estar preparados para hacer un poco m\u00e1s de tarea aqu\u00ed. La buena noticia es que el equipo de Structural Professional Engineer ha creado un pu\u00f1ado de p\u00e1ginas, modelos y tutoriales \u00fatiles para ayudarlo a avanzar en la curva de aprendizaje. Conf\u00ede en nosotros, este es un tiempo bien empleado, ya que una mayor comprensi\u00f3n da como resultado menos tiempo dedicado a la resoluci\u00f3n de problemas y una mayor confianza general en el modelo.<\/p>\n

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    EL RESOLVER<\/strong>
    \nCon el modelo configurado, el humano puede descansar y dejar que la computadora haga su trabajo. En este caso, el ingeniero profesional estructural sobresale absolutamente. Su solucionador configura autom\u00e1ticamente los pasos de tiempo, lo que quita la presi\u00f3n del usuario final. Los pasos de tiempo son cr\u00edticos para capturar con precisi\u00f3n la interacci\u00f3n compleja en los contactos. Esto se debe a que Structural Professional Engineer tiene que descubrir qu\u00e9 elementos y nodos se tocan y modelar con precisi\u00f3n el contacto de asociaci\u00f3n. Cuando hay una geometr\u00eda compleja involucrada, esto puede ser bastante desafiante. El ingeniero profesional estructural reconocer\u00e1 ciertos pasos de tiempo, que son desafiantes, y \u201cralentizar\u00e1\u201d el an\u00e1lisis, para permitir que el contacto se simule cuidadosamente. Todo esto se hace autom\u00e1ticamente. Adem\u00e1s, cuando se resuelve en modo \u00abinteractivo\u00bb, el usuario final puede observar este proceso y, por lo tanto, si el paso de tiempo comienza a disminuir realmente, el an\u00e1lisis puede detenerse y los resultados pueden observarse hasta ese momento. Esto es de vital importancia en la resoluci\u00f3n de problemas y ahorra muchas horas de espera, verificaci\u00f3n, ajustes y resoluci\u00f3n.<\/p>\n

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    LOS RESULTADOS<\/strong>
    \nLos resultados del an\u00e1lisis pueden representarse tanto en t\u00e9rminos cualitativos como cuantitativos. Cualitativamente, podemos revisar el estr\u00e9s (presi\u00f3n) que est\u00e1 ocurriendo en la superficie de la cabeza y alrededor del o\u00eddo. Por supuesto, la suposici\u00f3n de que nuestra cabeza es perfectamente r\u00edgida no es realista, pero nos da una idea de cu\u00e1l ser\u00eda la distribuci\u00f3n de la presi\u00f3n en la vida real. Para los llamados auriculares sobre la oreja, el \u00e1rea de contacto es el \u00e1rea \u00f3sea que rodea la oreja, por lo que la experiencia de presi\u00f3n del usuario (y el (des) confort) resultante se puede aproximar razonablemente con un objeto r\u00edgido.<\/p>\n

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    Cuantitativamente, podemos extraer un gr\u00e1fico de la fuerza de reacci\u00f3n por tiempo, y esto podr\u00eda darnos una idea de la \u00abexperiencia del usuario\u00bb durante todo el proceso de ponerse los auriculares. Correlacionar con los datos reales de la prueba ser\u00eda bastante dif\u00edcil, pero no imposible.<\/p>\n

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    LA CONCLUSI\u00d3N<\/strong>
    \nEl objetivo principal de este ejercicio era crear un modelo de trabajo donde la f\u00edsica pudiera capturarse con precisi\u00f3n, y ese objetivo se cumpli\u00f3 con bastante facilidad como se puede ver aqu\u00ed. Los siguientes pasos para este modelo son refinarlo un poco con m\u00e1s detalles en el lado de los auriculares e investigar m\u00e9todos para modelar las propiedades materiales de la cabeza y el o\u00eddo humanos. Adem\u00e1s, se crear\u00e1n planes de prueba sobre c\u00f3mo correlacionar este modelo con la actividad real del mundo real. Si se puede cerrar el \u201cciclo\u201d de la ingenier\u00eda, se puede construir un DOE completo utilizando SOLIDWORKS e Structural Professional Engineer para investigar y optimizar una amplia variedad de opciones de dise\u00f1o y geometr\u00eda humana.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Nota del editor: la siguiente es una publicaci\u00f3n especial de Jim Shaw, Director Gerente, Fastway Engineering y Alex Kemmler, Vicepresidente de Desarrollo de Productos, Aiwa Corporation. En el post, el d\u00fao discute su experiencia usando simulaci\u00f3n avanzada con Structural Professional<\/p>\n... Continuado<\/a>","protected":false},"author":418,"featured_media":3348,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[39],"tags":[420,98,127],"class_list":["post-3346","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-solidworks_simulation","tag-ingeniergia","tag-simulacion","tag-simulia"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworkslatamyesp\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3346","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworkslatamyesp\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworkslatamyesp\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworkslatamyesp\/wp-json\/wp\/v2\/users\/418"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworkslatamyesp\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=3346"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworkslatamyesp\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3346\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":3384,"href":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworkslatamyesp\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3346\/revisions\/3384"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworkslatamyesp\/wp-json\/wp\/v2\/media\/3348"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworkslatamyesp\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3346"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworkslatamyesp\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=3346"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworkslatamyesp\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=3346"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}