Fenómenos Termoelásticos como Inductores de Vibraciones

Oscar Altuzarra

Bilbao 2003

Departamento de Ingeniería Mecánica

Programa de Doctorado

Introducción (1)

• Vibraciones de sistemas mecánicos son generadas por excitaciones dinámicas tales como fuerzas o desplazamientos.

Introducción (2)

• Los cambios de temperaturas producen dilataciones térmicas.

• Variaciones dinámicas de la distribución de temperatura generarán desplazamientos dinámicos e inducirán vibraciones.

Introducción (3)

• Las fuentes de calor en sistemas mecánicos:

– fricción de elementos en contacto.

– fuentes externas por radiación o convección.

Disciplinas de base (1)

• La Mecánica del Continuo– Teoría de la Elasticidad– Relación entre deformaciones y tensiones– Ecuaciones analíticas– Análisis FEM– Análisis experimental: extensiometría.

• Transferencia de Calor– Conducción, convección y radiación.– Ecuaciones analíticas.– Análisis FEM.– Análisis Experimental:

• Termopares, Infrarojos, Cámaras termométricas.

Disciplinas de base (2)

Disciplinas de base (3)

• Termoelasticidad– Dilataciones térmicas– Tensiones térmicas– Análisis FEM

Fenómenos térmicos

• Dos fenómenos térmicos relacionados con las vibraciones:– Inestabilidad termoelástica en el contacto.– Dinámica inducida térmicamente.

Thermo-elastic Instability

• ¿Qué es la inestabilidad termoelástica TEI?• Fenómeno dinámico de evolución de la dilatación

térmica hacia la distribuciones no uniformes que forman hot spots.

• ¿Cuál es la consecuencia de la TEI?• La aparición de protuberancias térmicas que

aceleran el desgaste, inducen vibraciones, transforman localmente el material, etc...

• J. Barber 1967• Contacto en

deslizamiento.• Velocidad crítica e

iniciadores.

Thermo-elastic Instability

• Embragues, frenos, juntas, escobillas, etc.

Thermo-elastic Instability

Thermal Induced Dynamics• ¿Qué son vibraciones inducidas térmicamente?

– Vibraciones que surgen por distribuciones de temperatura que varían con el tiempo iniciadas durante transiciones de órbita.

• ¿Cuáles son las consecuencias?– El movimiento de componentes flexibles resultan en

rotaciones de sólido rígido del satélite completo generando errores de posicionamiento e inestabilidad.

Thermal Induced Dynamics• Fuente de calor

externa y variable.

Thermal Induced Dynamics• Radiación solar en el

espacio. Orbitas.

Trabajos Curso 2002-2003• Antonio, Erik

• Fenómenos dinámicos inducidos térmicamente en estructuras de barras espaciales.

• Julen• Fenómenos TEI en álabes de turbinas y juntas de sellado.

• Nerea• Simulación CAE de fenómenos TEI y de dinámica inducida.

• Olatz• Materiales para componentes en deslizamiento a altas

temperaturas y los efectos de desgaste por TEI.