V

Nomb

Nomb

Nomb

Cdig

Fecha

Vibrac

bre del alumn

bre del Profe

bre del Ayud

o: 15035.

de Entrega:

Universid

Facultad d

Departam

Ingeniera

Ex

ciones

no: Sebastin

sor: Marcela

dante: Felipe

11/05/2015

dad de Santia

de Ingeniera

mento de Inge

a Mecnica

xperie

en Si

n Gutirrez S

a Cruchaga.

Gonzalez.

.

ago de Chile

a

eniera Mec

encia c

istema

Sandoval.

e

nica

c238:

as Est

tructuurales

1

Contenido Contenido............................................................................................................................................11. Resumen......................................................................................................................................22. Objetivos.....................................................................................................................................22.1 ObjetivosGenerales............................................................................................................22.2 ObjetivosEspecficos...........................................................................................................2

3. CaractersticasTcnicasdelosEquiposeInstrumentosUtilizados............................................33.1EstructuratipoPrtico..............................................................................................................33.2UnidaddePoder........................................................................................................................33.3AcelermetroPiezoelctrico.....................................................................................................33.4TarjetadeAdquisicindedatos................................................................................................33.5MesaVibratoria.........................................................................................................................43.6DVA............................................................................................................................................4

4. DescripcindelMtodoSeguido................................................................................................55. PresentacindelosResultados...................................................................................................65.1ResultadosdelEnsayosinADV.................................................................................................65.2ResultadosdelEnsayosconADV.............................................................................................125.3ResultadosObtenidosdelosGrficos....................................................................................16

6. ConclusionesyObservacionesPersonales................................................................................187. Apndice....................................................................................................................................197.1Bibliografa..............................................................................................................................19

2

1. Resumen

El siguiente informe contiene los datos y resultados obtenidos de la experiencia de Vibraciones en Sistemas Estructurales, esta consiste en el anlisis de una estructura tipo prtico de 3 pisos, a la cual se le incorpora un sistema absorbedor de vibraciones, para observar su comportamiento a distintas frecuencias forzadas.

Los resultados obtenidos sern por medio del programa Sigview, el cual permite obtener las respuestas en termino de frecuencia por medio de rpida transformada de Fourier, con los datos obtenidos por medio de un acelermetro.

2. Objetivos

2.1 Objetivos Generales Obtener el comportamiento en sistemas estructurales tipo (especficamente vigas y prticos) ante cargas y desplazamientos impuestos.

2.2 Objetivos Especficos

1. Familiarizar al alumno con instrumentos de vibraciones en estructuras. 2. Obtener la respuesta vibratoria en sistemas estructurales tipo. 3. Capacitar al alumno para interpretar la respuesta en sistemas estructurales tipo.

3.

3.1 Es

3.2 U

3.3 A

3.4 Ta

Caracter

structura t

El prtico Los pisosoldadura.

nidad de P

Marca: WiModelo: PCantidad dVoltaje al tBateras: 3

celermetr

Marca: WiModelo: 7SensibilidaRango de aTipo de meVoltaje de

arjeta de A

Marca: KeModelo: KFrecuenciaSalida de d

rsticas T

tipo Prtico

posee tres pios se un

Poder

ilcoxon. 703-B.

de canales: 3transductor:

3 a 9 [V] alca

ro Piezoelc

icoxon. 84-A. ad: 100mV/gaceleracin: edicin: unidentrada: 18

Adquisicin

eithley. KUSB-3100. a: hasta 5000datos: USB

cnicas de

o

isos. nen median

. 27VCD.

alinas

ctrico

g. hasta 50g.

direccional.a 30VCD

n de datos

00 datos/s.

los Equip

nte

F

Fig

Figu

pos e Instru

Figura 1. Estr

Figura 2. U

gura 3.Aceler

ura 4.Tajeta

umentos U

ructura tipo

Unidad de P

rometro Piez

de adquisici

Utilizados

Prtico.

Poder

zoelctrico

n de datos

3

3.5 M

3.6 DV

Mesa Vibrat

DimensionMasa totalSuperficie:Velocidad AceleraciPotencia: 4

VA

Placa cuadPosee 4 res

toria

nes: 61x13x4: 27.2 [kg] : 46x46 [cm]sin carga: 8

n sin carga: 400 [W]

drada delgadsortes.

46 [cm]

] 3.8 [cm/s] 24.5 [cm/s2

a.

] Figura 5.M

Figu

Mesa Vibrato

ura 6. DVA

oria.

4

5

4. Descripcin del Mtodo Seguido La experiencia comienza con una introduccin del programa SigView, con el objetivo analizar las respuestas del prtico al ser sometido distintas vibraciones forzadas, por medio de la rpida transformada de Fourier.

El primer ensayo que se realiza es con vibracin libre, para encontrar la frecuencia natural de la estructura, con el fin de no aplicar una vibracin forzada cercana a ese valor y as evitar el fenmeno de la resonancia en el sistema. Despus de cada ensayo se debe dejar la mesa centrada.

Los primeros cuatro ensayos de vibraciones forzadas que se realizaron, la estructura no tena instalado es sistema absorbedor de vibraciones (ADV). Las frecuencias elegidas en estos ensayos fueron 6 ,7 ,9 y 10, todas ellas en [Hz].

Los tres ltimos ensayos realizados de vibraciones forzadas, a la estructura se le instalo el sistema ADV. Las frecuencias elegidas fueron 7,8 y 10 [Hz].

5.

5.1 RA conttipo p

Frecu

F

Presenta

esultados dtinuacin sertico sin AD

uencia Natur

Figura 8. An

acin de lo

del Ensayo presentan loDV.

ral.

Figura 7.

nlisis de la

os Resultad

sin ADVos resultado

. Respuesta a

Respuesta e

dos

os obtenidos

a la vibraci

en vibracin

en forma de

n libre, sin A

libre utiliza

e grafico par

ADV.

ado la FFT, s

ra la estructu

sin ADV.

6

ura

Frecu

uencia 5 Hz

Figura

z

a 9. Respuest

Figura 10.

ta de la estru

. Anlisis de

uctura somet

la respuesta

tida a vibrac

a utilizando l

ciones forzad

la FFT.

das.

7

Frecu

uencia a 6 H

Figura

Hz

11. Respues

Figura 12.

sta de la estr

. Anlisis de

ructura some

la respuesta

etida a vibrac

a utilizando l

ciones forza

la FFT.

adas.

8

Frecu

uencia 7 Hz

Figura 13. Respues

Figura 14.

sta de la estr

. Anlisis de

ructura some

la respuesta

etida a vibrac

a utilizando l

ciones forza

la FFT.

adas.

9

Frecu

uencia 9 Hz

Figura

z

15. Respues

Figura 16.

sta de la estr

. Anlisis de

ructura some

la respuesta

etida a vibrac

a utilizando l

ciones forza

la FFT.

adas.

10

Frecu

uencia 10 H

Figura

Hz

17. Respues

Figura 18.

sta de la estr

. Anlisis de

ructura some

la respuesta

etida a vibrac

a utilizando l

ciones forza

la FFT.

adas.

11

5.2 RFrecu

esultados d

uencia Natu

Figu

del Ensayo

ural

Figura 1

ura 20. Anal

s con ADV

19. Respuest

isis de la est

V

ta de la estru

tructura con

uctura con A

ADV, utiliz

ADV.

zando la FFTT.

12

Frecu

uencia 7 Hz

Figura

z

21. Respues

Figura 22.

sta de la estr

. Anlisis de

ructura some

la respuesta

etida a vibrac

a utilizando l

ciones forza

la FFT.

adas.

13

Frecu

uencia 8 Hz

Figura

z

23. Respues

Figura 24.

sta de la estr

. Anlisis de

ructura some

la respuesta

etida a vibrac

a utilizando l

ciones forza

la FFT.

adas.

14

Frecu

uencia 10 Hz

Figura

z

25. Respues

Figura 26.

sta de la estr

. Anlisis de

ructura some

la respuesta

etida a vibrac

a utilizando l

ciones forza

la FFT.

adas.

15

16

5.3 Resultados Obtenidos de los Grficos Frecuencia Natural de la Estructura tipo Prtico

Frecuencia Terica [Hz] Frecuencia Obtenida [Hz] Amplitud [V] Amplitud [m/s2] Error [%]8 7,6294 0,02324 2,279844 4,632

Tabla 1.

Frecuencias Obtenidas sin ADV

Frecuencia Terica [Hz] Frecuencia Obtenida [Hz] Amplitud [V] Amplitud [m/s2] Error [%]5 5,0049 0,0674 6,61194 0,0986 6,042 0,132 12,9492 0,7007 7,263 0,1714 16,81434 3,7579 8,972 0,417 40,9077 0,31110 9,984 0,235 23,0535 0,160

Tabla 2.

Frecuencia Obtenida con ADV

Frecuencia Natural

Frecuencia Terica [Hz] Frecuencia Obtenida [Hz] Error [%] 1 Modo 5 6,95 392 Modo 12 13,97 16,42

Tabla 3.

Frecuencias para el Primer Modo de Vibracin

Primer Modo Frecuencia Terica [Hz] Frecuencia Obtenida [Hz] Amplitud [V] Amplitud [m/s2]

7 6,9580 0,0642 6,298028 7,934 0,027 2,648710 10,01 0,144 14,1264

Tabla 4.

Frecuencias para el Segundo Modo de Vibracin

Segundo Modo Frecuencia Terica [Hz] Frecuencia Obtenida [Hz] Amplitud [V] Amplitud [m/s2]

7 13,9770 0,02 1,9628 15,93 0,011 1,079110 11,1 0,018 1,7658

Tabla 5.

17

A continuacin se presenta una grfica de los desplazamientos versus la frecuencia para estructura con y sin ADV.

y=2,9891x2 +52,401x 197,86y=3,1008x2 50,112x+205,05

20100

10

20

30

40

50

0 2 4 6 8 10 12Aceleracin

[m/s

2 ]

Frecuencia[Hz]

FrecuenciavsAceleracion

SinADVConADVIntersecciondelascurvasPolinmica(SinADV)Polinmica(ConADV)

18

6. Conclusiones y Observaciones Personales LasconclusionesdelaexperienciaVibracionesenSistemasEstructurales,sonlassiguientes:

1. La frecuencianatural tericade laestructura tipoprtico,difierede laexperimental.Elerrorporcentualentreambasesde4,632%,valorqueanseconsideravlidoyaqueesmenoraun5%.Esteerrorsepuedenatribuir,a lafaltadesujecionesen laestructuraalmomento de hacer el ensayo, otro factor que influye es que la estructura adems dedeflexinpresentatorsin.

2. EnlosgrficosobtenidosdelosensayosdelaestructurasinADV,sepuedeobservarqueningunoparteen cero,por lo tanto se veuna contaminacinde la seal, la cual tardaaproximadamente5segundosenestabilizarse, laestructuraduranteelensayopresentatorsin,laestructuraestmalsujeta.Respectoalosresultadossepuedeobservarqueelmenor error registrado es para una frecuencia 5 Hz, se puede ver que la mximaaceleracinen laestructurasedaaunfrecuenciade9Hz.Laamplitudessepuedenverquevarandeformalineal,elnicodatoquesaledelamuestraeselensayorealizadoa9Hz sepuede asumirque estedato esmayorque losdemsporquepasa cerca de lafrecuencianaturaldelaestructura.

3. ParalosensayosrealizadosalaestructuraconelsistemaADV.Sepuedeobservarquelasfrecuencias registrada para el primer modo de vibracin, posen un error porcentualpromediomenoral1%, lasamplitudes registradasenesteensayonosuperar0,144 [V],registrando en la frecuenciams cercana a la frecuencia natural del sistema lamenoramplitud,tantocomoparaelprimeryelsegundomododevibracin.

4. Sepuedeverquemayor frecuencia laaceleracindelsistemasubecaside forma lineal,menosenelvalorcercanoalafrecuencianaturaldelaestructural,enesecasoelaumentodelaaceleracinsiempreesmayor.

5. Se puede observar que el sistema absorbedor de vibraciones (ADV), efectivamentefuncionayaquelasaceleracionesdelsistemadisminuyennotablementeconestesistema.Este sistema absorbedorde vibracionesobtiene el valormnimode aceleracinpara lafrecuenciade8Hz,lacualeslafrecuencianaturaltericadelaestructura.

6. ElrangooptimodondefuncionaelsistemaADVesde6,2a10,5[Hz]aproximadamente,fuera de esos rango, con la aproximacin cuadrtica que se hizo a los valores laaceleracinmedidaaumentara.PorlocualelsistemaADVnofuncionaria.

19

7. Apndice

7.1 Bibliografa CRUCHAGA, Marcela .Apuntes de ctedra Tpicos III, Departamento de Ingeniera Mecnica, Universidad de Santiago de Chile.

THOMSON, William. Teora de Vibraciones, aplicaciones 2 Ed. Editorial Prentice Hall Internacional. 1982