Absorción activa de vibraciones aplicada a una viga en voladizo para un rango definido de frecuencias de excitación

Abstract

Extendiendo la teoría existente acerca de los absorsores activos de vibración, se abordó el estudio de un absorsor de vibraciones controlado por un electroimán implementado en una viga en voladizo. El absorsor dinámico de vibraciones o TMD convencional es un sistema secundario mecánico acoplado a un sistema primario entendido como una máquina o estructura en el que se deseen mitigar vibraciones no deseadas. Consta de una masa y rigidez diseñadas para que el sistema en conjunto provea una fuerza inercial de sentido contrario a la fuerza de excitación a la que está sometido el sistema primario y así reducir la amplitud de vibración. El TMD posee una desventaja clara y es que sólo reduce la amplitud de vibración en una frecuencia de excitación determinada y deja de ser efectivo cuando el sistema primario es sometido a otras. La implementación del electroimán a este sistema secundario permite gobernar en tiempo real la magnitud y frecuencia de una fuerza activa a fin de reconfigurar el sistema según sea la frecuencia de excitación, razón por la cual pasa a ser un absorsor activo de vibraciones. En este estudio, un modelo continuo de un sistema viga en voladizo-que representa el modelamiento más real que puede existir- fue propuesto para la implementación de un absorsor activo a fin de evaluar su comportamiento dinámico y efectividad en la reducción de amplitudes de vibraciones no deseadas. Asimismo, se discutieron los parámetros de diseño en el modelo del absorsor desarrollado en términos de su masa y rigidez y cómo estos influyeron en la reducción de vibraciones y el comportamiento dinámico de un sistema. Se diseñaron los parámetros que debe tener el controlador a fin de que el electroimán provea la magnitud de corriente necesaria en el tiempo para que el absorsor activo ser sintonizado a una frecuencia de excitación de operación cercana a la primera o segunda frecuencia de resonancia. El modelo completo de la viga en voladizo implementado con el absorsor activo de vibraciones se simuló mediante Matlab Simulink siendo excitado en su primera y segunda frecuencia de resonancia, los resultados indicaron que el absorsor activo es capaz de sintonizarse a cualquier frecuencia de excitación, especialmente las de resonancia logrando atenuar la amplitud de vibración hasta su 5% del caso original sin absorsor. El análisis establecido para la evaluación de un absorsor activo de vibraciones puede ser extrapolado a sistemas de mayor complejidad mediante modelos analíticos del sistema en cuestión o FEM cuyas características dinámicas pueden ser calibradas mediante métodos experimentales como OMA y EMA.