Analisis Modal Prática 1

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PRÁCTICA 1: FRECUENCIAS NATURALES DE UN SÓLIDO RÍGIDO

1. Introducción
El estudio de las frecuencias naturales es muy importante en Diseño de máquinas. En efecto, nos sirve para predecir fallos en los mejores casos y evitarlos en los peores. Esto porque los sistemas tienen frecuencias propias y hay que evitar que entren en resonancia, loque produciría daños.
Cómo lo indica el enunciado de la práctica, éste tipo de análisis se puede realizar de dos formas:
-Durante la fase de diseño, cuando todavía no disponemos del sistema real
-Directamente haciendo ensayos sobre el sistema cuando ya está operacional

2. Objetivos
El objetivo de esa práctica es de determinar las frecuencias propias de un sólido rígido, aquí una varilla,a través de una simulación.
Para ello nos ayudaremos de softwares adecuados, Inventor y ANSYS.
Además, la práctica nos permitirá conocer esos útiles, que son muy importantes para un ingeniero.
3. Fundamentos teóricos
Aquí vamos a utilizar dos fórmulas principales.
La primera define la pulsación propia de un sistema:
ω=12πkm (rad/s)
Siendo k la rigidez del sistema (N/m) y m su masa(kg).
La secunda define la relación de transmisión de una vibración:

Siendo el factor de amortiguación =cc0 y r el factor de resonancia ωfωn.
4.  Metodología
Utilizando los softwares Inventor y ANSYS, vamos a dibujar el sistema y llegar a analizarlo gracias a los métodos de elementos finitos.
Autodesk Inventor es un software que presenta un conjunto integrado de herramientas para el diseñode sistemas mecánicos.
En él se puede definir y diseñar de forma sencilla piezas, ensamblajes y conjuntos complejos, tratándolos en 3D de forma ágil y dinámica.
En la práctica que nos ocupa, el uso de este programa se va a centrar principalmente en sus propiedades para el análisis modal de piezas a través de Ansys. Gracias a esta aplicación se podrá visualizar el comportamiento de diferentespiezas en cada uno de sus modos de vibración, localizando de esta manera sus frecuencias naturales en un determinado rango de trabajo y el modo de vibración para cada una de ellas. El módulo funciona por análisis por elementos finitos, como sucede con otros programas como el propio Ansys o el Design Space.

ANSYS Workbench es un revolucionario entorno de trabajo que permite integrar en una solaherramienta desde los análisis preliminares más simples hasta los más complejos estudios de detalle y validación. La eficacia del entorno se basa en tres pilares básicos: la facilidad de manejo, la automatización del proceso de simulación y la transferencia de información.
En la práctica que nos ocupa, el uso de este programa se va a centrar más en sus propiedades para el análisis modal de piezas.A través del mismo se podrán visualizar el comportamiento de diferentes piezas en cada uno de sus modos de vibración, localizando de esta manera sus frecuencias naturales en un determinado rango de trabajo y el modo de vibración para cada una de ellas.

Cómo ya conocemos un poco Inventor y que los pasos están todos indicados en el guión, vamos directamente dibujando el sistema. Aquí lasimágenes del Inventor:

Vamos entonces a la simulación, asignamos el material, los grados de libertad, el mallado y llegamos aquí:

En la segunda parte, trabajamos con ANSYS, pero utilizando el modelo creado con Inventor.
Abrimos el ensamblaje, y definimos una nueva simulación. Igual que antes, asignamos el material, las restricciones, cargas, el mallado:

Para definir los muelles, utilizamos larelación k = A×EL siendo A el área, E el modulo de Young del material y L su longitud.

Una vez que todo está definido le damos a resolver

5. Resultados
CASO A:- SIMULACION VARILLA
Tras analizar el caso práctico A en el que realizamos un análisis modal de una varilla de metacrilato de 3*30*770mm obtenemos los siguientes resultados:
VARILLAPieza1 Estadísticas |
Cotas del cuadro...