1. Resonancia
Cuando un sistema está sujeto a excitación externa, su amplitud de vibración forzada puede llegar a ser muy grande si la frecuencia de excitación está cerca de una de las frecuencias naturales del sistema. Esto se conoce como resonancia.
Los sistemas tienen muchas frecuencias naturales, pero generalmente nos centramos en frecuencias del rango más bajo.
En física, la resonancia se refiere al fenómeno de dos objetos con la misma frecuencia vibratoria que hacen que un tercer objeto vibre cuando uno de ellos vibra.
El término "resonancia" también se utiliza en mecánica para describir el fenómeno en el que un objeto produce sonido debido a la vibración en su frecuencia de resonancia.
Por ejemplo, cuando dos diapasones con la misma frecuencia se colocan cerca uno del otro, uno producirá sonido cuando vibre y el otro también comenzará a vibrar y producir sonido.
2. Vibración de vórtice
La vibración de vórtice se refiere a la vibración causada por la alternancia de desprendimiento de vórtice después del flujo alrededor de un cuerpo sólido bajo la influencia del viento medio.
El estudio de la vibración de los vórtices en puentes es un campo de la aerodinámica.
La vibración de puentes inducida por vórtices es un tipo de vibración que tiene características de vibración autoexcitada y forzada, con amplitudes finitas.
Puede mantener constante la frecuencia inducida por el vórtice dentro de un amplio rango de velocidades del viento, lo que resulta en un fenómeno de "bloqueo".
Calcular la amplitud finita de la resonancia inducida por el vórtice del puente es un problema crucial pero desafiante.
Actualmente, no se ha desarrollado completamente una teoría integral para el análisis de las vibraciones de los vórtices de puentes, ni a nivel nacional ni internacional.
En la práctica, se utiliza una combinación de métodos semiteóricos y semiexperimentales para aproximar la amplitud de la resonancia inducida por el vórtice.
3. Vibración
Flutter se refiere a un fenómeno de vibración autoexcitada causado por la interacción entre las fuerzas aerodinámicas y la elasticidad e inercia de la estructura. Es el resultado del acoplamiento entre flujo y estructura.
Las sacudidas, por otro lado, se refieren a la respuesta forzada de una estructura a fuerzas aerodinámicas periódicas causadas por condiciones de flujo inestables, como la separación del flujo y la interferencia de choque de la capa límite.
Por lo tanto, según la definición tradicional, el aleteo clásico es un tipo de vibración autoexcitada, mientras que el zarandeo es un tipo de vibración forzada.
También existe un fenómeno conocido como aleteo de pérdida, que se produce en ángulos de ataque elevados.
Algunos expertos creen que este tipo de vibración estructural, caracterizada por fuertes condiciones de separación, coexiste con vibraciones y golpes.
4. Dinámica
La vibración dinámica ( buffing) en aeronaves se refiere a la vibración de los componentes de la aeronave debido a la excitación de la corriente de aire separada o estela, lo que hace que oscilen en su frecuencia natural.
Un ejemplo común de golpe es el golpe del ala de la cola, que ocurre cuando la cola está detrás del ala, la junta del fuselaje u otros componentes. La perturbación de la estela hace que la cola vibre fuertemente.
Los ángulos de ataque elevados pueden hacer que un avión sea especialmente propenso a oscilaciones de cola, que han sido causa de accidentes graves en el pasado.
El ala también puede sufrir golpes debido a la separación de su propio flujo de aire. En el rango transónico, la separación de la capa límite inducida por ondas de choque es otra causa importante de impactos.
Los golpes imponen límites al coeficiente de sustentación disponible y al número de Mach de la aeronave. Para evitar las sacudidas, normalmente se corrige la forma aerodinámica y se dispone adecuadamente la posición relativa entre la cola, el ala y el fuselaje.
El golpeteo es una vibración aleatoria, pero es regular en el dominio de la frecuencia, y el pico principal de su espectro de potencia suele corresponder a la primera frecuencia natural.
Aunque el impacto no daña inmediatamente la estructura de la aeronave, aumenta la tensión estructural, reduciendo la vida útil de la aeronave. También tiene un impacto negativo en el rendimiento aerodinámico, el sistema de armas, los instrumentos y equipos mecánicos y electrónicos, así como en la comodidad de los pasajeros.
En casos graves, el golpe puede provocar que el piloto pierda el control, poniendo en riesgo la seguridad del vuelo y del piloto.
Por lo tanto, las sacudidas se consideran un factor importante en el diseño de aeronaves.
5. anormal
Es una vibración anormal que se produce en un compresor de turbina, también conocido como compresor de paletas, cuando el flujo disminuye hasta cierto nivel.
Los compresores centrífugos, que son un tipo de compresores de turbina, son particularmente vulnerables a las sobretensiones.
La aparición de vibraciones está relacionada con las características de las máquinas y las tuberías de fluidos. Cuanto mayor sea la capacidad del sistema de conductos, más fuerte será la oleada y menor será su frecuencia.
La sobretensión interrumpe el flujo regular del medio dentro de la máquina, genera ruido mecánico, provoca fuertes vibraciones en sus componentes y acelera el desgaste de cojinetes y juntas.
Si la vibración causa resonancia en las tuberías, la maquinaria y sus cimientos, puede tener consecuencias graves.
6. Cruzada
La vibración cruzada es un tipo de vibración que se produce en estructuras con secciones no aerodinámicas complejas e irregulares, como formas cuadradas, rectangulares y otras similares.
La causa es que la curva de elevación tiene una pendiente negativa, lo que crea un efecto de amortiguación negativo en la elevación de aire, lo que hace que la estructura absorba continuamente energía externa y forme una vibración divergente similar a una vibración.
Según el mecanismo de generación, el galope se puede dividir en dos tipos: estela y flujo cruzado.
La estela es una vibración inestable causada por la excitación de la estructura aguas abajo por el flujo que pasa a través de la estructura frontal flotante. Estructuras como cables de puentes atirantados y tirantes de puentes colgantes son más susceptibles a la estela galopante.
El flujo cruzado es una vibración autoexcitada debido a la flexión divergente causada por la pendiente negativa de la curva de elevación. Esta pendiente negativa hace que el desplazamiento de la estructura se alinee con la dirección de la fuerza del aire durante la vibración, lo que hace que la estructura absorba continuamente energía externa y resulte en una vibración inestable.
El flujo cruzado generalmente ocurre en estructuras livianas y flexibles con secciones angulares no aerodinámicas, como cables y tirantes en sistemas de puentes colgantes.
También existe la posibilidad de una divergencia desenfrenada en otras estructuras, como puentes de vigas de acero con una pequeña relación ancho-alto, puentes atirantados de luces largas, altos y flexibles, torres de puentes colgantes y vigas principales de estructura de acero continua. puentes. durante la fase de construcción del voladizo máximo.
7. Vórtice
La calle Vortex es un fenómeno común en la mecánica de fluidos que se observa con frecuencia en la naturaleza.
Cuando un flujo de entrada constante pasa alrededor de objetos bajo ciertas condiciones, vórtices con direcciones de rotación opuestas y disposiciones regulares se desprenderán periódicamente de ambos lados del objeto, formando una calle de vórtices Carmen después de una acción no lineal.
Por ejemplo, si el agua pasa por un muelle o el viento pasa por una torre, una chimenea o un cable eléctrico, se formará una calle de vórtice Carmen. El fenómeno lleva el nombre de Carmen, quien fue la primera en proponer su existencia.
En el laboratorio de Carmen trabajaron los destacados ingenieros mecánicos chinos Qian Xuesen, Guo Yonghuai y Qian Weichang.
Si la frecuencia alterna del desprendimiento del vórtice coincide con la frecuencia de la onda estacionaria acústica del objeto, se producirá resonancia.
Muchos precalentadores y calderas industriales están compuestos de tubos circulares, y el fluido que fluye alrededor del tubo circular puede provocar que el desprendimiento alternativo del vórtice Carmen haga vibrar la columna de gas en la carcasa del precalentador.
Si la frecuencia alterna del vórtice de la calle coincide con la frecuencia de la onda estacionaria acústica del objeto, puede causar resonancia acústica y hacer que la carcasa del tubo vibre violentamente. En casos severos, el tambor vibratorio de la carcasa del tubo del precalentador puede volverse inestable o incluso romperse.
Para evitar daños al equipo, las frecuencias naturales de las tuberías y la carcasa de gas se pueden ajustar para escalarlas desde la frecuencia de generación de vórtices de Carmen Street, evitando resonancia.
