Dinámica estructural

Dinámica estructural

Todas las estructuras se ven sometidas a fuerzas físicas que influyen en su comportamiento. Deben tener una rigidez suficiente, sin llegar a excesos de sobredimensionamiento.

Todas las estructuras, grandes o pequeñas, se ven sometidas a fuerzas físicas que influyen en su comportamiento. Desde el álabe de un aerogenerador offshore que vibra con el temporal hasta una estructura de ingeniería civil que se deforma bajo el tráfico peatonal. Las fuerzas —grandes y pequeñas— ponen a prueba la integridad de las estructuras. No obstante, si bien las estructuras deben ser lo suficientemente fuertes y rígidas, un sobredimensionamiento excesivo puede resultar tan innecesario como costoso. Sobre todo, si el peso importa. Además, algunas estructuras, como las bancadas de motores, no pueden ser demasiado rígidas, sino que deben ser capaces de absorber las vibraciones para maximizar el confort. Conocer el comportamiento de las estructuras en acción permite a los ingenieros optimizar los diseños, controlar la integridad estructural y maximizar el rendimiento.

Caracterización estructural

Para entender el comportamiento de una estructura, es preciso analizar cómo reacciona ante las fuerzas. Si excitamos una estructura con un martillo o un vibrador y medimos su respuesta mediante acelerómetros, podemos caracterizar sus modos y frecuencias de resonancia naturales. Hay técnicas, como el análisis modal operacional (OMA) o el análisis de formas de deflexión operacional (ODS), que se pueden aplicar mientras la estructura esta operativa. De este modo, ofrecen una visión realista sin necesidad de excitar la estructura de forma artificial.

Importación de modelos de diseño de elementos finitos

Dado que a menudo las estructuras se diseñan mediante modelos de elementos finitos (FE), es muy práctico interaccionar con estos modelos de manera fluida. La importación de modelos de diseño FE detallados permite crear modelos de ensayo más sencillos y precisos. Eso permite ubicar los acelerómetros en los puntos más adecuados para obtener los mejores resultados. Los programas de modelización de FE predicen y simulan el comportamiento estructural de un producto; no obstante, deben validarse mediante comparaciones con datos del mundo real. La posibilidad de importar fácilmente datos de pruebas reales en los modelos FE es un paso esencial en las pruebas estructurales.

En el análisis modal operacional (OMA) solo se mide la reacción de una estructura a las fuerzas ambientales y operativas (que constituyen una entrada no sujeta a medición). El OMA se utiliza en lugar del análisis modal clásico para la caracterización modal en condiciones de funcionamiento reales y en situaciones donde es difícil —o imposible— excitar la estructura de forma artificial. El tamaño físico, la forma o la ubicación de muchas estructuras mecánicas y de ingeniería civil dificulta su excitación por medios artificiales. Las estructuras de ingeniería civil también reciben cargas de fuerzas ambientales. Por ejemplo, las olas que rompen contra estructuras marinas, el viento que azota los edificios o el tráfico que transita sobre los puentes. Otras estructuras mecánicas, como aeronaves, vehículos, embarcaciones y maquinaria, exhiben vibraciones autogeneradas durante su funcionamiento. Todas esas fuerzas, que darían lugar a resultados erróneos en el análisis modal clásico, se consideran fuerzas de entrada en el OMA. El OMA se puede llevar a cabo in situ durante la actividad normal; el tiempo de configuración es reducido y se evitan periodos improductivos.

Sistema recomendado

Operating deflection shapes analysis system overview

Si desea un sistema de análisis y ensayo modal basado en PULSE sencillo e integrado, utilice el software PULSE Modal Test Consultant™ para adquirir datos en función de la geometría y después transferirlos al software de análisis modal operacional con fines de estudio y validación. Para que la solución sea óptima, utilice una cadena de medición completa de Brüel & Kjær: acelerómetros, martillos de impacto, transductores de fuerza, sistemas de excitación modal, hardware de adquisición de datos LAN-XI y software de medición y posprocesamiento.

Los sistemas OMA de Brüel & Kjær son escalables: tanto el hardware como el software se amplían con facilidad. El software se encuentra disponible en tres versiones: Light, Standard y Pro, que difieren fundamentalmente en el número de técnicas que incluyen.

> Structural Dynamic Test Consultants

> Miniature CCLD Accelerometer Type 4507

> Miniature DeltaTron Accelerometer Type 4508

> Piezoelectric Accelerometer, Miniature Triaxial CCLD Accelerometer Type 4524

> Piezoelectric Accelerometer, Miniature Triaxial CCLD Accelerometer, TEDS, Type 4524-B

> CCLD Laser Tacho Probe - MM-0360 (product data sheet)

En el análisis modal clásico se obtiene un modelo de comportamiento dinámico de una estructura excitándola con fuerzas medibles y determinando la relación respuesta/excitación.

El análisis modal clásico abarca desde pruebas de movilidad sencillas con martillos de impacto hasta ensayos de grandes estructuras con múltiples vibradores. Los resultados se utilizan en una gran variedad de aplicaciones: resolución de problemas y diagnóstico, comparación con cotas de referencia, estudios de simulación y optimización de diseños.

Nuestras soluciones de análisis modal guían al usuario a lo largo de todo el proceso de configuración, medición y análisis, en pasos sencillos e intuitivos. Proporcionan resultados precisos y fiables en las situaciones más exigentes, con un conjunto formado por los mejores estimadores de parámetros modales y herramientas de validación. Por si esto fuera poco, nuestras soluciones son ampliables y pueden crecer al ritmo de las necesidades.

Sistema recomendado

Classical modal analysis system overview

Nuestras soluciones de análisis modal clásico PULSE comprenden la totalidad de la cadena de análisis y medición, e incluyen acelerómetros y transductores de fuerza, martillos de impacto, sistemas de excitación modal, hardware de adquisición de datos LAN-XI y software PULSE Reflex para medición, análisis e integración de pruebas y análisis de elementos finitos.

 

University of Windsor, Canada - Reflex Modal Analysis (Case Study)

How to Determine the Modal Parameters of Simple Structures (Application Note)

Modal Analysis using Multi-reference and Multiple-Input Multiple-Output Techniques (Application Note)

Structural Testing - Part 1 (Primer)

Structural Testing - Part 2 (Primer)

> PULSE Reflex Measurements 

> PULSE Reflex Modal Analysis

> PULSE Reflex Advanced Modal Analysis

El análisis de formas de deflexión operacional (ODS) es una aplicación muy versátil para la determinación de los patrones de vibración de máquinas y estructuras en diversas condiciones de uso. Los patrones de vibración se muestran como modelos geométricos animados de la estructura, en los que se combina la función de fuerza que actúa sobre la estructura y las propiedades dinámicas de esta.
La función de fuerza depende de las condiciones de uso. En el caso de la maquinaria, por ejemplo, influyen factores como la velocidad del motor, la carga, la presión, la temperatura o el caudal. En el caso de las estructuras de ingeniería civil, también pueden ser de aplicación fuerzas ambientales como viento, oleaje o tráfico.
El análisis ODS se puede efectuar en tres dominios: temporal, espectral y aceleración/desaceleración.

Los sistemas ODS escalables de Brüel & Kjær proporcionan orientación a lo largo de todo el proceso de configuración, medición, validación y animación de cada tipo de ODS y facilitan el análisis en tiempo real o durante el posprocesamiento de los historiales temporales.

Sistema recomendado

Operational modal analysis system overview

La aplicaciób Operating Deflection Shapes Test Consultant™ (ODSTC) integra la plataforma multianalizador PULSE en una solución de pruebas completa y simplificada que también incluye los transductores y accesorios necesarios.

 

Subspace Algorithms in Modal Parameter Estimation for Operational Modal Analysis: Perspectives and Practices (Conference Paper)

Parameter Estimation algorithms in Operational Modal Analysis: A Review (Conference Paper)

A Modal Appropriation based method for Operational Modal Analysis (Conference Paper)

Operational modal analysis on wind turbine blades (Case study)

 

 

> Miniature CCLD Accelerometer Type 4507

> Miniature DeltaTron Accelerometer Type 4508

> Piezoelectric Accelerometer, Miniature Triaxial CCLD Accelerometer Type 4524

> Piezoelectric Accelerometer, Miniature Triaxial CCLD Accelerometer, TEDS, Type 4524-B

> Triaxial CCLD Accelerometer Type 4529-B

> Piezoelectric Accelerometer, Seismic CCLD Accelerometer Type 8340

> Piezoelectric Accelerometer, CCLD Accelerometer - Type 8344

 

 

Las simulaciones virtuales han acelerado drásticamente el proceso general de desarrollo de aeronaves. No obstante, las pruebas físicas siguen siendo esenciales para validar los modelos y para entender las características estructurales de nuevos materiales y procesos de fabricación. Los ensayos de vibraciones en tierra (GVT) para aeronaves constituyen una forma económica de determinar los parámetros y formas modales de una estructura. Normalmente se llevan a cabo en una fase muy avanzada del proceso de desarrollo. El resultado se utiliza para actualizar el modelo analítico de la aeronave y para predecir la velocidad de flameo (flutter) crítica. Este valor se utiliza después como entrada de la prueba de flutter que las aeronaves deben superar para obtener su certificación de navegabilidad aérea, así como para detectar fallos estructurales y resolver problemas dinámicos de control del vuelo.
Las GVT son obligatorias para cualquier aeronave nueva o que se modifique.

Sistema recomendado

Ground vibration testing system overview

Un sistema GVT típico consta de vibradores de excitación, acelerómetros específicos para análisis estructural y hardware de adquisición de datos LAN-XI. El posprocesamiento se realiza con el software de análisis modal PULSE Reflex. La geometría del objeto de ensayo se define en función de un modelo de elementos finitos (FE). El modelo FE también se toma como base para un análisis previo al ensayo que permita definir los grados de libertad (GDL) de excitación y respuesta, y los modos de interés.

Este sistema es escalable y se adapta al tamaño del objeto de ensayo. Concretamente, en el caso de los objetos grandes, el hardware de adquisición de datos LAN-XI se puede distribuir, minimizando así el cableado.

 

> PULSE Modal Test Consultant

> PULSE Reflex Modal Analysis Type 8721-A

> Modal exciter type 4824

Piezoelectric CCLD accelerometer Type 4507-B

> LAN-XI data acquisition hardware

> Test for I-deas

La integración de los ensayos y el análisis de elementos finitos (FEA) es una disciplina esencial del análisis estructural. La integración de las pruebas y el FEA ayuda a rebajar los costes de desarrollo, reduce la cantidad de prototipos físicos que es preciso fabricar y acelera el proceso desde el diseño hasta la producción: todo ello mediante la optimización de las estrategias para las estructuras de prueba y la mejora del desarrollo de modelos de elementos finitos (FE). El uso de modelos FE de línea base ayuda a optimizar las pruebas estructurales en fases tempranas de un proyecto. Después, los modelos FE se pueden mejorar con los resultados de ensayo optimizados.

PULSE Reflex ofrece herramientas muy potentes que proporcionan resultados más fiables en las pruebas y simulaciones. Mejoran la capacidad de juicio y beneficia a los ingenieros responsables de las pruebas, a los analistas y los responsables de la toma de decisiones.

Sistema recomendado

Test-FEA integration system overview

PULSE Reflex ofrece una plataforma que permite correlacionar las mediciones estructurales y el modelo FE.
PULSE Reflex Modal puede importar modelos FE de los principales programas FEA, como Nastran® (MSC, NX, NEi), ANSYS® y ABAQUS® para la planificación (análisis previos a la prueba) y la validación de los ensayos.

 

El análisis de correlación de PULSE Reflex permite efectuar un análisis de correlación completo de dos modelos modales con el fin de identificar deficiencias en los ensayos modales y posibles carencias en la calidad de los modelos FE.

PULSE Reflex Structural Dynamics (Brochure)

PULSE Reflex Correlation Analysis and Finite Element Interfaces

PULSE Reflex Modal Analysis

PULSE Reflex Measurements

Structural Dynamic Test Consultants, Modal Test Consultant and Operating Deflection Shapes Test Consultant

Operational Modal Analysis

 

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