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Amortiguación Granular

Como los medios granulares son disipativos, pueden usarse para convertir energía cinética de muchos sistemas mecánicos (maquinarias, estructuras civiles, vehículos, etc) en calor. De este modo es posible diseñar nuevos tipos de amortiguadores basados en materiales granulares (amortiguadores de partículas  en lugar de los tradicionales fluidos viscosos. Mediante simulaciones de elementos discretos hemos caracterizado algunas propiedades de amortiguación de vibraciones de una caja llena de granos. Ver VIDEO

Algunos resultados

Tamaño optimo del recinto de contención

Se ha demostrado que el amortiguador de partículas es eficaz en un amplio rango de frecuencias. Sin embargo, parámetros tales como el tamaño y la forma de las partículas, la distribución de tamaño, la densidad, el coeficiente de restitución, el coeficiente de fricción, la forma y la superficie del recinto, el tipo de excitación del sistema primario, la amplitud de la vibración, las frecuencias de excitación, entre otras tantas características, pueden tener importancia en la eficiencia del amortiguamiento.

Al variar la altura del recinto de contención o la amplitud de excitación de base se observan corrimientos de las funciones de respuesta en frecuencia que dan lugar a una masa efectiva variable. Se han predicho en la literatura  dos limites en el corrimiento: el limite inferior cuando la masa efectiva es la suma de la masa del sistema primario y de las partículas (los granos siempre en contacto con el sistema primario) y el superior cuando las partículas no tienen influencia en la masa efectiva (los granos siempre volando, prácticamente si contacto con el sistema primario).

Al estudiar detalladamente (por ajuste) la masa efectiva encontramos que los limites descriptos en la literatura no se alcanzan de una manera monótona. Esto sucede tanto para variaciones de altura de recinto como para variaciones de amplitud de excitación.

A través del análisis el movimiento de la cama granular como así también la fuerza generada por las partículas contra el recinto justificamos el corrimiento de las frecuencias de resonancia del sistema. Resulta crítico el momento en el cual se da el impacto de la cama granular contra las paredes del recinto. Cuando se maximiza la velocidad relativa entre la cama granular y el sistema primario se produce la mejor eficiencia de amortiguación.

Desarrollamos un método que permite obtener la altura óptima del recinto de contención para lograr la mejor eficiencia de amortiguación granular.

 

Publicaciones

TituloAutoresPublicado enAño
Tesis: Estudio de mecanismos de amortiguación de vibraciones mecánicas mediante el uso de partículas disipativas.M. SánchezUniversidad Tecnológica Nacional2012
Effect of particle shape and fragmentation on the
response of particle dampers
M. Sánchez, C. M. Carlevaro, L. A. PugnaloniJournal of Vibration and Control 20, 1846-18542014
Nonlinear dynamic analysis of an optimal particle damperM. Sánchez, C. M. Carlevaro,Journal of Sound and Vibration 332, 2070-2080 2013
Universal response of optimal granular damping devices
M. Sánchez, G. Rosenthal, L. A. PugnaloniJournal of Sound and Vibration 331, 4389-43942012
Effective mass overshoot in single degree of freedom mechanical systems with a particle damperM. Sánchez, L. A. Pugnaloni

Journal of Sound and Vibration 330, 5812-5819 2011
Modelado de un amortiguador granular
M. Sánchez, L.A. PugnaloniMecánica Computacional 29, 1849-18592010