Estudio sobre atenuación de vibraciones mediante un amortiguador granular con obstáculos

Abstract

Los amortiguadores granulares (AG) son recintos huecos con material granular en su interior que se acoplan a una estructura vibrante para atenuar la amplitud de vibración. Los AG son dispositivos pasivos que utilizan las propiedades disipativas de los materiales granulares (colisiones inelásticas y de fricción) para reducir la amplitud de vibración de diferentes sistemas mecánicos. Si bien los amortiguadores viscosos convencionales cumplen la misma función, los AG presentan grandes ventajas a la hora de ser utilizados en condiciones hostiles, tales como temperaturas y presiones extremas, sin perder su capacidad de amortiguación como sucede en los amortiguadores convencionales. Además, los AG son de fácil construcción, de bajo costo y mantenimiento, produciendo así un gran interés de parte de la industria para su implementación en diferentes aplicaciones. Sin embargo, su comportamiento es mucho más complejo que el de un amortiguador convencional (incluyendo respuestas no-lineales, incluso caóticas, a excitaciones armónicas) y esto limita sus aplicaciones actuales. En esta investigación experimental se propone el diseño y caracterización de distintos AG a los cuales se le insertan en su interior un obstáculo cilíndrico de diferentes diámetros (de 1.3 mm hasta 9.0 mm), con el fin de estudiar cómo estos afectan al factor de amortiguación. Se encontró que insertar un obstáculo con un diámetro mayor a 5 mm en el recinto del AG produce que el factor de amortiguación sea menos cambiante para un rango más amplio de amplitudes de aceleración. En particular, desaparece el fenómeno de collect-and-collide que aparece en los AG convencionales. Este fenómeno produce saltos bruscos en el factor de amortiguación al variar muy poco la amplitud de aceleración. The granular dampers (GD) are hollow enclosures with granular material inside that are coupled to a vibrating structure to attenuate the amplitude of vibration. GDs are passive devices that use the dissipative properties of granular materials (inelastic collisions and friction) to reduce the vibration amplitude of different mechanical systems. Although conventional viscous dampers serve to the same goal, GDs present significant advantages when used in harsh conditions, such as extreme temperatures and pressures, without losing their damping capacity as is the case with conventional dampers. In addition, GDs are easy to build and have a low cost and low maintenance, thus generating great industrial interest for their implementation in different applications. However, the GDs behavior is much more complex than that of a conventional damper (including non-linear, even chaotic, esponses to harmonic perturbations) and this limits their current applications. This experimental research considers the design and characterization of different GDs into which cylindrical obstacles of varying diameters (from 1.3 mm to 9.0 mm) are inserted, in order to study how these obstacles affect the damping factor. It was found that inserting an obstacle with diameter larger than 5 mm in the GD enclosure causes the damping factor to be less variable for a wider range of acceleration amplitudes. In particular, the obstacle prevents the collect-and-collide phenomenon that appears in conventional GD. This phenomenon is responsible for an abrupt change in the damping factor for a minute change in acceleration amplitude.