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SIMULACIÓN Y DISEÑO INNOVADOR: VIBRACIONES
Se pueden considerar vibraciones, las variaciones periódicas temporales de diferentes magnitudes. En concreto, una vibración mecánica es el movimiento de un cuerpo que oscila alrededor de una posición de equilibrio.
Las causas de las vibraciones mecánicas son muchas pero, básicamente, están íntimamente relacionadas con tolerancias de mecanización, desajustes, movimientos relativos entre superficies en contacto o balances de piezas en rotación u oscilación. Los fenómenos que acabamos de enumerar producen casi siempre un desplazamiento del sistema desde su posición de equilibrio estable originando una vibración mecánica.
La mayor parte de las vibraciones en máquinas y estructuras son indeseables porque aumentan los esfuerzos y por las pérdidas de energía que las acompañan. Además, son fuente de desgaste de materiales, de daños por fatiga y de movimientos y ruidos molestos.
La simulación por elementos finitos permite obtener los modos propios de una estructura es decir, las frecuencias de resonancia intrínseca de la estructura con la representación de la deformación en dichas frecuencias (MODELO MODAL.). El conocimiento de los modos propios de la estructura permite evaluar sus prestaciones de manera independiente de su entorno de operación. Además, los resultados del análisis modal, facilitan la definición de mejoras estructurales al aportar un modelo numérico y gráfico del comportamiento mecánico.
Para la determinación del comportamiento dinámico de una estructura mecánica existen 3 tipos de modelo:
- Modelo espacial: Toda estructura se puede modelar espacialmente a través de un conjunto de sistemas de masa, amortiguador y molde equivalente. Por eso, se definen una serie de matrices (matriz de la masa, matriz del amortiguador y matriz de rigideza) características del sistema que está siendo analizado.
- Modelo modal: dadas dichas matrices, el análisis modal se reduce a la resolución de un problema de autovalores.
- Modelo de respuesta: Expresión matemática que, a partir del modelo modal y del valor de amortiguación, nos permite obtener los FRFs de una estructura; es decir, cuál es su comportamiento en función de la frecuencia de excitación.
- Fatiga de componentes:
La aplicación de cargas o desplazamientos periódicos en un componente pueden llevarlo a fallar en unos niveles de carga muy inferiores a los que se esperaría en una situación de carga monotónica. La predicción de la vida en fatiga de un componente se puede abordar con dos estrategias muy diferentes:
- Reproducir las condiciones de trabajo en el laboratorio y ciclar hasta que la pieza falle.
- Estudiar las propiedades del material en fatiga y estimar su vida según las cargas a las que es sometido.
En el estudio del comportamiento en fatiga, la simulación es una herramienta muy potente ya que permite determinar el estado de tensiones y deformaciones de los componentes en servicio bajo estados de carga muy diferentes. Estas tensiones y deformaciones se pueden combinar con la caracterización del material y los modelos teóricos existentes con el fin de obtener una estimación de la vida en fatiga del componente. De esta manera se puede reducir notablemente el esfuerzo experimental y económico que representa la primera estrategia.
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