Diseño y cálculo estructural mediante el Método de los Elementos Finitos de un sistema de vibrato para guitarra de 6 cuerdas

Abstract

[ES] Este proyecto describe el proceso de diseño de un sistema de vibrato para una guitarra de 6 cuerdas y estudia su comportamiento estructural mediante el método de elementos finitos. El proyecto comienza con la motivación de conseguir una alternativa comercial a los diseños existentes, buscando solucionar los problemas de estos con la estabilidad y el rango. Para poder desarrollar esta área, se estudiará la historia y el contexto del mecanismo con el objetivo de conocer y entender todo lo relacionado con estos diseños. Usando los conocimientos obtenidos en el estudio de los modelos comerciales, se definen unas pautas de diseño que se aplican en una geometría inicial. Esta geometría se estudiará y analizará para modelizar su comportamiento dinámico y del resto de elementos presentes. Poniendo especial énfasis en las cuerdas, ya que, para definir esta pieza, es necesario realizar un experimento que permitirá entender el comportamiento de las cuerdas en función del desplazamiento aplicado. En el siguiente paso del proceso se aplicarán los conocimientos sobre la pieza para definir los análisis por elementos finitos. Usando los resultados de los análisis, se procederá a mejorar la geometría inicial, ya sea aumentando la resistencia o aligerando la pieza. Este proceso se repetirá de forma iterativa hasta que los resultados de los análisis sean válidos. Este método de cálculo se aplicará a dos hipótesis de cálculo estructural: estática y fatiga. Una vez obtenidos los resultados de las dos hipótesis de cálculo, se consigue una geometría mejorada, valida. Usando esa geometría como base, se estudia el uso de los diferentes elementos constructivos que harán que la pieza sea funcional. El proyecto concluye con una pieza validada por los métodos de cálculo, que cumple con los objetivos de diseño propuestos y funcional desde el punto de vista del usuario.

[EN] This project describes the process of designing a vibrato system for a 6-string guitar and studies its structural behaviour using the finite element method. The project begins with the motivation to get a commercial alternative to the existing designs, seeking to solve their issues with stability and range. In order to develop around this area, the history and context of the mechanism will be studied with the objective of knowing and understanding everything related to these designs. The knowledge obtained in the study of the commercial models is used to define the design guidelines that are applied in an initial geometry. This geometry will be studied and analyzed to model its dynamic behaviour and the rest of the elements in the design. Putting special emphasis on the strings, since, to define this piece, it is necessary to perform an experiment that will allow understanding the behaviour of the strings as a function of the applied displacement. In the next step of the process, the knowledge about the piece will be applied to define the finite element analysis. Using the results of the analysis, the initial geometry will be improved, either increasing its resistance or lightening the piece. This process will be repeated iteratively until the results of the analysis are valid. This method of calculation will be applied to two hypotheses of structural calculation: static and fatigue. Once the results of the two calculation hypotheses have been obtained, an improved, validated geometry is achieved. Using that geometry as a reference, we study the use of different construction elements that will make the piece functional. The project concludes with a piece validated by the calculation methods, which complies with the proposed design objectives and is functional from the point of view of the user.

[CA] Este projecte descriu el procés de disseny d'un sistema de vibrato per a una guitarra de 6 cordes i estudia el seu comportament estructural mitjançant el mètode d'elements finits. El projecte comença amb la motivació d'aconseguir una alternativa comercial als dissenys existents buscant solucionar els problemes d'estos amb l'estabilitat i el rang. Per a poder desenvolupar aquesta àrea, s'estudiarà la història i el context del mecanisme amb l'objectiu de conéixer i entendre tot allò que s'ha relacionat amb estos dissenys. Utilitzant els coneixements obtinguts en l'estudi dels models comercials, es definixen unes pautes de disseny que s'apliquen en una geometria inicial. Esta geometria s'estudiarà i analitzarà per a modelizar el seu comportament dinàmic i de la resta d'elements presents. Posant especial èmfasi en les cordes, ja que, per a definir esta peça, és necessari realitzar un experiment que permetrà entendre el comportament de les cordes en funció del desplaçament aplicat. En el següent pas del procés s'aplicaran els coneixements sobre la peça per a definir les anàlisis per elements finits. Usant els resultats dels anàlisis, es procedirà a millorar la geometria inicial, ja siga augmentant la resistència o alleugerint la peça. Este procés es repetirà de forma iterativa fins que els resultats dels anàlisis siguen vàlids. Este mètode de calcule s'aplicarà a dos hipòtesis de calcule estructural: estàtica i fatiga. Una vegada obtinguts els resultats de les dos hipòtesis de càlcul, s'aconseguix una geometria millorada, valida. Utilitzant eixa geometria com a base, s'estudia l'ús dels diversos elements constructius que faran que la peça siga funcional. El projecte conclou amb una peça validada pels mètodes de càlcul, que complix amb els objectius de disseny proposats i funcional des del punt de vista de l'usuari.