Las propiedades dinámicas de un elemento guardan relación directa con sus propiedades geométricas y las propiedades mecánicas de los materiales. Por años se ha utilizado el análisis dinámico de estructuras en aplicaciones ingenieriles para el diseño de edificaciones y puentes. Aun así, su campo de aplicación es mucho más amplio.
Recientemente, a partir de la aplicación de los Elementos Finitos a la Dinámica Estructural, se ha buscado comprender el comportamiento de estructuras que presenten deterioro a través de los cambios en su comportamiento dinámico.
Las frecuencias naturales y los modos de vibración son parámetros de la estructura bastante sensibles a la alteración de propiedades mecánica de alguno de los elementos, de tal forma que un porcentaje de daño puede alterar las frecuencias naturales y modos de vibración de la estructura.
En un sistema estructural al aplicarse una excitación el movimiento armónico es determinado por las propiedades de la estructura, tanto de masa como de rigidez (geometría y propiedades mecánicas de los materiales) . Las frecuencias indicaran los tiempos en los que la estructura tiende a presentar un determinado modo de vibración. Los modos de vibración a su vez son patrones de la forma en los que el sistema vibrará, por lo cual, un movimiento armónico de la estructura puede ser descrito como la combinación de todos sus modos de vibración.
A través de este proyecto se pretende tener una herramienta pedagógica que permita a los estudiantes de pregrado de la asignatura de Análisis Estructural Aplicado y a los estudiantes de posgrado de la Asignatura de Análisis Dinámico, tener al alcance una aplicación del cálculo de las frecuencias naturales y los modos de vibración para identificar daño en diversos tipos de estructuras.
La herramienta pedagógica, requiere de dos procesos paralelos, 1) La modelación numérica de una probeta sin daño en la que se determinen los modos de vibración y las frecuencias naturales 2) La experimentación de dos probetas con y sin daño para la correlación con la identificación del daño de la probeta.
Esta herramienta también permitirá dar a los estudiantes una técnica de trabajo que puede aplicarse para identificar el daño en una estructura y tomar medidas de control oportunas para mitigarlo o medidas de reparación en la estructura.
El fundamento de este proyecto será la caracterización de las propiedades dinámicas de una estructura de un grado de libertad para proporcionar una herramienta pedagógica a los estudiantes. En dicho proceso se tendrá una fase de preparación de instrumentos y especímenes de evaluación.
Inicialmente se caracterizarán las propiedades mecánicas de la sección, realizando pruebas estáticas a la estructura determinando sus módulos de elasticidad reales. Posterior a esto, se utilizarán técnicas de ensayos dinámicos, por medio de las medidas de aceleraciones a lo largo del elemento, para determinar las propiedades dinámicas de varios especímenes, teniendo en cuenta que algunos de estos especímenes tendrán alteraciones intencionales en sus propiedades con el fin de simular el daño al cual puede verse sometida una estructura. Al mismo tiempo, se deberán generar modelos computacionales similares al montaje de laboratorio en los que se incluyan los tipos de alteraciones geométricas que tendrán los elementos. De estos modelos se obtendrán frecuencias naturales y modos de vibración para realizar la parte de análisis del módulo.
Con las propiedades reales correspondientes a los ensayos de laboratorio y las ideales correspondientes a los modelos numéricos del montaje, se compararán las variaciones que presentan en cada caso en especial las irregularidades geométricas de los elementos.
Finalmente se propondrá una GUÍA DE LABORATORIO en la que dejan planteados los montajes experimentales de los especímenes estudiados y los análisis para que el estudiante aplique los conocimientos de la dinámica estructural en casos reales. |