Dinámica estructural

Todas las estructuras, grandes o pequeñas, se ven sometidas a fuerzas físicas que influyen en su comportamiento.

Pensemos en los álabes de un aerogenerador marino que vibran en mitad de un temporal, en un avión cuando entra en una zona de turbulencias o una máquina expuesta a sus propias vibraciones. El caso es que todas estas fuerzas ponen a prueba la integridad de las estructuras. No obstante, si bien las estructuras deben ser resistentes y rígidas, un sobre dimensiona miento excesivo puede resultar tan innecesario como costoso.

Sobre todo si el peso importa. Además, algunas estructuras, como las bancadas de los 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 condiciones operativas permite a los ingenieros optimizar los diseños, controlar la integridad estructural y maximizar el rendimiento.

Caracterización estructural y análisis modal

La dinámica estructural se ocupa de caracterizar las propiedades estructurales y el comportamiento de las estructuras. Las propiedades estructurales se expresan mediante una serie de parámetros modales, cada uno de los cuales consiste en una forma modal con una frecuencia natural (de resonancia) y un valor de amortiguación.

Los parámetros modales se derivan de un modelo matemático que describe la relación entre una excitación (entrada) y una respuesta (salida). Estos parámetros pueden obtenerse utilizando análisis modal clásico o análisis modal operacional (OMA).  

En el análisis modal clásico, la estructura se excita empleando martillos de impacto o excitadores modales (vibradores modales). En cambio, en el análisis modal operacional se emplea una excitación natural. En ambos casos, la respuesta se mide típicamente por medio de acelerómetros.

Un tipo especial de caracterización estructural consiste en determinar cómo afectan los impactos a una estructura. En esta aplicación, se calcula un espectro de respuesta a impactos (SRS) a partir de transitorios en el dominio temporal.

El comportamiento estructural se observa con ayuda de técnicas tales como el análisis de formas de deflexión operacional (ODS), que permiten determinar los patrones de vibración de las estructuras en distintas condiciones operativas. También se puede recurrir a una monitorización de la salud estructural (SHM) permanente, que sirve para llevar un seguimiento continuo del estado de una estructura y definir las medidas de gestión oportunas.

Integración de ensayos y simulación (FE)

Con frecuencia, las estructuras se diseñan empleando modelos de elementos finitos (FE), con los que se generan modelos geométricos y predicciones de resultados muy útiles para optimizar los ensayos.

La importación de modelos FE detallados no solo permite crear modelos de ensayo más sencillos y precisos, sino que también ayuda a definir los grados de libertad óptimos de excitación y respuesta para obtener los mejores resultados posibles de un ensayo.

Después, las predicciones de FE pueden correlacionarse con los resultados de los ensayos, y los datos de los ensayos pueden reimportarse a las herramientas de simulación, para refinar los modelos FE.