Simulación mecánica, comportamiento futuro del producto
Uno de los grandes desafíos al que nos enfrentamos los ingenieros mecánicos a la hora de validar nuestro producto, es poder controlar su comportamiento vibratorio. En ocasiones, nos ocurre que tras un exhaustivo proceso de diseño, cálculo y validación, cuando llega la puesta en marcha de nuestro producto detectamos que aparecen vibraciones en algún componente, que aparentemente no tienen una clara explicación y que previamente no habíamos podido detectar. Vibraciones que en mayor o menor medida pueden afectar al confort, o lo que es peor, a la seguridad.
La evolución de la técnica y la búsqueda de productos más óptimos, hacen que cada día nuestros modelos consten de un mayor número de componentes, buscando espesores más reducidos, introduciendo más uniones atornilladas en detrimento de soldaduras, etc.
Esto conlleva que no solo debemos evaluar nuestro modelo a nivel “global”, sino que también poner el foco en cada uno de dichos componentes. Afortunadamente, hoy en día contamos con programas de simulación mecánica que nos permiten implementar estudios con los que podemos prever, con un alto grado de fiabilidad, comportamientos que aparecerán en nuestro modelo, como son las vibraciones. Nosotros nos apoyamos en el software ANSYS
Implementación de análisis modal
Un modo muy eficaz para obtener gran información de cuál será el comportamiento de nuestro producto cuando se vea sometido a cargas dinámicas, es implementar un análisis modal.
El objetivo principal del análisis modal, es obtener los modos de vibración y las frecuencias naturales de nuestro sistema. Sin embargo, la información que se puede obtener va mucho más allá y nos aporta un gran valor. Podemos evaluar a través del factor de participación asociado a un modo de vibración la tendencia que tendrá el modelo a vibrar acorde a ese modo ante la existencia de cargas dinámicas en una dirección determinada.
Esto nos explica el origen de cómo se comporta nuestro modelo ante fenómenos transitorios, como puede ser un sismo, cargas periódicas, etc.
Otra aplicación directa de gran utilidad se observa cuando obtenemos un modo de vibración, cuya frecuencia natural tiene un valor cercano a la frecuencia de excitación del sistema (la de un motor por ejemplo). En este caso podemos evaluar si realmente existe un riesgo real de aparición de fenómenos de resonancia en función de su factor de participación.
Como de costumbre, implementar una simulación mecánica requiere de ciertos aspectos que hay que tratar con suficiente criterio poder obtener resultados suficientemente rigurosos. En el caso del análisis modal, se ha de prestar especial atención a la selección del solver y al número de modos de vibración que se han de obtener, sin restar importancia a otros aspectos más generales como mallado, restricciones, etc.
Desde Ingeniería SAMAT, animamos a que los diseñadores evalúen profundamente todos los posibles escenarios a los que su producto tendrá que hacer frente a lo largo de su vida útil, y en caso de que se estime que el producto estará sometido a cargas de naturaleza dinámica, donde la componente inercial va a jugar un importante papel, se lleve a cabo un análisis modal, el cual como ya hemos comentado, nos va a aportar gran información, y nos puede servir como base para llevar a cabo cálculos dinámicos más específicos basados en la superposición modal.
Evidentemente, existen soluciones para evitar que un componente mecánico que desarrolla un comportamiento vibratorio en servicio no transmita esta vibración al resto de componentes, introduciendo un aislamiento adecuado. Tema complejo que merece, sin duda, un nuevo artículo.
