Guía esencial de la simulación dinámica: Herramientas para diseños más confiables

Indice o Temario

• Análisis Transitorio
• Tipos de análisis de vibraciones con ANSYS
• Análisis Modal
• Superposición modal (MSUP)
• Análisis Armónico
• Análisis Aleatorio
• Análisis Espectral

1. Tipos de análisis de vibraciones con ANSYS
   Las vibraciones son movimientos oscilatorios de un cuerpo alrededor de una posición de equilibrio, generados por fuerzas internas o externas que actúan de manera periódica o irregular. Están presentes en prácticamente todos los sistemas mecánicos y pueden darse por efectos naturales, inducidas por motores, impactos o condiciones del entorno.
   Ansys incluye cuatro formas de análisis dinámico, cada uno con un propósito específico y son las siguientes:
   – Modal
   – Armónico
   – Aleatorio
   – Espectral
   – Transitorio
   – RBD
2. Simulación Modal
   La simulación modal determina las frecuencias naturales y modos propios de vibración. Todo análisis de vibraciones debe tener como base una simulación modal y debe esta ser parte de cualquier diseño mecánico.
   Toda estructura mecánica es sensible a un punto de resonancia y cada efecto dinámico propio puede influir a llegar a este punto el cual debe evitarse. Cargas como vibraciones de motores o bombas, desbalanceo de masas, giro de ejes, movimientos sísmicos o de viento, entre otras son comunes al funcionamiento estructural.
   ANSYS es capaz de determinar los puntos de resonancia, frecuencias, factores de participación y utilizar esta información como base para estructurar una simulación modular más compleja.
3. Análisis de Superposición Modal (MSUP)
   Es un método alternativo de resolución que ANSYS utiliza para poder obtener respuestas dinámicas utilizando los modos propios calculados previamente para resolver análisis dinámicos más complejos y es aplicable en cualquier caso lineal. Reduce la carga computacional y permite obtener resultados muy similares al método tradicional (Método Full), con una reducción de tiempo de haste 3 o 5 veces más rápido.
4. Análisis Armónico
   El primer módulo de aplicación de cargas dinámicas que ofrece ANSYS es el de resolución de cargas armónicas. Las cargas son de carácter sinusoidal definidas como entrada y como resultados se obtienen amplitudes en zonas de estudio en todo el rango de frecuencias definido por el usuario. ANSYS permite trabajar también enfocándose en las frecuencias naturales para obtener una mayor resolución en las frecuencias más críticas además de configurar los diferentes coeficientes de amortiguación. El análisis armónico puede ser resuelto usando el método MSUP y es ideal para otros análisis posteriores como fatiga y confiablidad.
5. Análisis Aleatorio
   El análisis aleatorio se superpone a un análisis modal previo y permite modelar vibraciones no determinísticas típicamente resultado de terrenos irregulares, contacto con rocas de diferente granulometría, impactos no repetitivos, movimientos sísmicos y cargas de viento. Los resultados son valores probabilísticos de respuesta ante cargas de entrada definidas como PSD (Power Spectral Density) que son valores en el rango de frecuencia determinados al medir las vibraciones con sensores, como acelerómetros, y filtradas por anchos de banda.
   Con estos análisis podríamos predecir qué tan probable es que un sistema, por ejemplo, la suspensión de un tractor recorriendo terreno irregular, pueda alcanzar como máximo una amplitud de resonancia.
6. Análisis Espectral
   A diferencia del análisis previo, esté análisis se aleja de la respuesta probabilística y recurre una respuesta máxima una carga definida especifica en todo un espectro de frecuencias también especifico. Los casos de análisis suelen ser similares: Terreno irregular, movimientos sísmicos, cargas de viento, etc. Y también es superpuesto a un análisis modal previo. En este caso las mediciones de vibración de entrada se convierten en un espectro de respuestas formado por la excitación de sistemas similares con un solo grado de libertad, pero con diferentes frecuencias naturales, ante la misma carga vibracional a la que se analiza el sistema.
7. Análisis Transitorio
   De entre todos los módulos tratados hasta ahora, este es el único que resuelve la simulación en el dominio del tiempo. Debido a la mayor carga computacional, es ideal cuando se requiere determinar las desplazamientos, deformaciones o esfuerzos que ocurren en un periodo corto de tiempo. Usualmente desde microsegundos en casos de impactos hasta unos cuantos segundos en caso de cargas que varían en el tiempo como el accionamiento de una pala minera. En caso de no tener no-linealidades se puede también superponer a un análisis modal y reducir el tiempo de simulación.