Science and Technology Production
Thesis
Authorship
Date
01/01/2015
Summary
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SIGEVA
Las vibraciones que suelen presentarse en algunas estructuras pueden producir efectos perjudiciales, cuyas consecuencias económicas y sociales van desde una simple incomodidad, pasando por bajas productividades en fábricas, hasta la pérdida irreparable de patrimonio económico, cultural y, principalmente, de vidas humanas. Con el objetivo de mitigar estos efectos perjudiciales, existe un conjunto de medios técnicos, llamado control de vibraciones, los cuales pu...
Las vibraciones que suelen presentarse en algunas estructuras pueden producir efectos perjudiciales, cuyas consecuencias económicas y sociales van desde una simple incomodidad, pasando por bajas productividades en fábricas, hasta la pérdida irreparable de patrimonio económico, cultural y, principalmente, de vidas humanas. Con el objetivo de mitigar estos efectos perjudiciales, existe un conjunto de medios técnicos, llamado control de vibraciones, los cuales pueden clasificarse en: control pasivo, control activo, control semiactivo y control híbrido. Los sistemas con control semiactivo, los cuales se basan en la variación en tiempo real de parámetros de ciertos dispositivos mecánicos, permiten obtener efectividades superiores a sus contrapartes con control pasivo, sin los grandes presupuestos en implementación y consumo de energía de los sistemas con control activo. En esta Tesis se propone un nuevo sistema de control semiactivo de vibraciones compuesto por dispositivos denominados Tensores Semiactivos de Fricción (TSF). Cada TSF consta de un disipador semiactivo de fricción, cuya fuerza normal es variable, en paralelo con un resorte auxiliar y en serie con un cable que lo vincula a la estructura a controlar. La vinculación de disipadores mediante cables puede resultar particularmente ventajosa en estructuras esbeltas, livianas y desplegables; como, por ejemplo, en las grandes estructuras espaciales. Recientemente, este concepto también se ha considerado para estructuras civiles en la literatura especializada. Se desarrolla un modelo matemático no lineal para el sistema de control de vibraciones propuesto, considerando una estructura de un grado de libertad controlada por dos TSF dispuestos en oposición. Para el control semiactivo del disipador de fricción se proponen tres leyes de control: la primera se basa en la teoría de Lyapunov, la segunda se obtiene a partir de la aplicación de simplificaciones a la primera y la tercera se desarrolla a partir de un razonamiento intuitivo tendiente a la prevención del aflojamiento del cable. El modelo matemático se valida y calibra a través de un estudio numérico-experimental. El modelo matemático se utiliza luego para estudiar detalladamente las características de la propuesta a través de dos abordajes complementarios. Un estudio analítico simplificado evidencia la principal limitación del TSF cuando se lo hace trabajar con control pasivo, la cual es que la fuerza normal tiene un valor óptimo que depende de la excitación y de la pre-tensión; mientras que, con control semiactivo, esta limitación no existe. Este hecho hace que el sistema con control semiactivo sea más efectivo y robusto ante pérdida de pre-tensión. Paralelamente, un estudio numérico paramétrico permite observar cómo influyen los principales parámetros de diseño de los TSF en el desempeño del sistema de control de vibraciones, para cada una de las tres leyes de control. Finalmente, se extiende la formulación del modelo a estructuras de múltiples grados de libertad y con múltiples TSF. Utilizando esta formulación, se demuestra la efectividad y las principales características de los TSF a través de un ejemplo de aplicación concreto. Los resultados muestran que la propuesta es efectiva en el control de vibraciones de la estructura de ejemplo, siendo significativamente más efectiva con control semiactivo que con control pasivo.
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Key Words
CONTROL SEMIATIVOCONTROL DE VIBRACIONES