Determinación de las características de vibración y actualización del modelo de elementos finitos de vigas unidas por fricción
Autores: en, Murat
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Determinación de las características de vibración y actualización del modelo de elementos finitos de vigas unidas por fricción
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Investigar
Ejes
Soldadura por fricción
Características dinámicas
Velocidades de rotación
Análisis modal experimental
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio tuvo como objetivo investigar las características dinámicas de los ejes unidos por soldadura por fricción y actualizar sus modelos de elementos finitos. Se determinaron las primeras cinco frecuencias de resonancia de modo de flexión, las razones de amortiguamiento y las formas de modo de vigas de acero SAE 304, soldadas por fricción a tres velocidades de rotación diferentes (1200, 1500 y 1800 rpm), utilizando el método de Análisis Modal Experimental. Este enfoque permitió examinar cómo las propiedades dinámicas de las vigas soldadas por fricción cambian a diferentes velocidades de rotación. Se observó una ligera disminución en los valores de frecuencia de resonancia con la transición de velocidades de rotación más bajas a más altas. La mayor diferencia del 3.28% se observó en el primer modo, y la menor diferencia del 0.19% se observó en el segundo modo. Se observaron diferentes tendencias en las razones de amortiguamiento para diferentes modos. En los primeros, segundo y cuarto modos, las razones de amortiguamiento tendieron a aumentar con el incremento de las velocidades de rotación, mientras que tendieron a disminuir en los terceros y quintos modos. La mayor diferencia se calculó como 52.83% en el tercer modo de vibración. Sin embargo, no se observó un cambio significativo en las formas de modo para diferentes velocidades de rotación. Basado en los resultados del Criterio de Aseguramiento Modal (MAC) examinados, las comparaciones cruzadas de las formas de modo obtenidas para las tres velocidades diferentes arrojaron una similitud mínima del 93.8%, alcanzando hasta el 99.9%. Para la actualización del modelo, se empleó un método basado en el Criterio de Aseguramiento de Respuesta en Frecuencia (FRAC) utilizando funciones de respuesta en frecuencia (FRFs). Inicialmente, se creó un modelo numérico del eje soldado utilizando MATLAB-R2015a, basado en la teoría de vigas de Euler-Bernoulli. Dado que no se utilizaron coordenadas rotacionales en los análisis de EMA, se realizó una reducción de modelo estático en el modelo numérico para reducir el efecto de las coordenadas rotacionales a coordenadas translacionales. Para la actualización del modelo, se utilizaron las FRFs obtenidas experimentalmente de EMA y las FRFs del modelo numérico. Se utilizaron el módulo de elasticidad equivalente y la densidad equivalente de la región de soldadura por fricción como parámetros de actualización. Se lograron resultados exitosos al desarrollar un algoritmo que garantizara la convergencia de las FRFs y frecuencias naturales del modelo numérico.
Descripción
Este estudio tuvo como objetivo investigar las características dinámicas de los ejes unidos por soldadura por fricción y actualizar sus modelos de elementos finitos. Se determinaron las primeras cinco frecuencias de resonancia de modo de flexión, las razones de amortiguamiento y las formas de modo de vigas de acero SAE 304, soldadas por fricción a tres velocidades de rotación diferentes (1200, 1500 y 1800 rpm), utilizando el método de Análisis Modal Experimental. Este enfoque permitió examinar cómo las propiedades dinámicas de las vigas soldadas por fricción cambian a diferentes velocidades de rotación. Se observó una ligera disminución en los valores de frecuencia de resonancia con la transición de velocidades de rotación más bajas a más altas. La mayor diferencia del 3.28% se observó en el primer modo, y la menor diferencia del 0.19% se observó en el segundo modo. Se observaron diferentes tendencias en las razones de amortiguamiento para diferentes modos. En los primeros, segundo y cuarto modos, las razones de amortiguamiento tendieron a aumentar con el incremento de las velocidades de rotación, mientras que tendieron a disminuir en los terceros y quintos modos. La mayor diferencia se calculó como 52.83% en el tercer modo de vibración. Sin embargo, no se observó un cambio significativo en las formas de modo para diferentes velocidades de rotación. Basado en los resultados del Criterio de Aseguramiento Modal (MAC) examinados, las comparaciones cruzadas de las formas de modo obtenidas para las tres velocidades diferentes arrojaron una similitud mínima del 93.8%, alcanzando hasta el 99.9%. Para la actualización del modelo, se empleó un método basado en el Criterio de Aseguramiento de Respuesta en Frecuencia (FRAC) utilizando funciones de respuesta en frecuencia (FRFs). Inicialmente, se creó un modelo numérico del eje soldado utilizando MATLAB-R2015a, basado en la teoría de vigas de Euler-Bernoulli. Dado que no se utilizaron coordenadas rotacionales en los análisis de EMA, se realizó una reducción de modelo estático en el modelo numérico para reducir el efecto de las coordenadas rotacionales a coordenadas translacionales. Para la actualización del modelo, se utilizaron las FRFs obtenidas experimentalmente de EMA y las FRFs del modelo numérico. Se utilizaron el módulo de elasticidad equivalente y la densidad equivalente de la región de soldadura por fricción como parámetros de actualización. Se lograron resultados exitosos al desarrollar un algoritmo que garantizara la convergencia de las FRFs y frecuencias naturales del modelo numérico.