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Título:
Cálculo de las frecuencias críticas rotacionales de un sistema propulsor con el método de elementos finitos
Autor:
Zuloaga Sepúlveda, Daniel Iván
Profesor Patrocinante:
Salas Inzunza, Marcos Adolfo
Grado a Optar:
Ingeniero Naval - Licenciado en Ciencias de la Ingeniería
Materia:
vibraciones rotacionales - eje propulsor; vibraciones rotacionales - método de elementos finitos
Universidad:
Universidad Austral de Chile
Facultad:
Facultad de Ciencias de la Ingeniería
Escuela:
Escuela de Ingeniería Naval
Año de Aceptación:
2006
Resumen:
El presente trabajo discute el uso y la validación de una metodología basada en el método de elementos finitos, para la aproximación de las características de vibración rotacional del eje propulsor. Para esto se estudia teóricamente el fenómeno de vibraciones rotacionales en ejes propulsores, la teoría básica de vibraciones laterales en vigas y una introducción al Método de Elementos Finitos para el análisis dinámico estructural. El caso de estudio considerado es un crucero turístico de 39.07 metros de eslora, con un serio problema de vibración. La vibración produce altos niveles de ruido audibles en la sala de máquinas, sobre los arbotantes de estribor y babor. En una primera aproximación a la solución del problema, se determina la velocidad crítica del motor, donde se produce la resonancia que presumiblemente ocurre en un modo de vibración rotacional. Debido a que este tipo de vibración es particularmente sensible a una configuración errónea de la estructura, se realizaron modificaciones evaluados con mediciones de ruido. En este esfuerzo inicial, tendiente a mejorar el estado vibracional de la estructura, no se lograron mejorías notorias. La metodología propuesta para calcular las características dinámicas de vibración rotacional en un eje propulsor, a diferencia de las metodologías tradicionales, considera descansos no rígidos en un análisis modal. Se realizó un análisis modal con el programa ANSYS, versión 9.0, usando la siguiente modelación mixta del sistema propulsor: los arbotantes y el tubo codaste se modelaron con elementos de placas (SHELL63), el eje con elementos de viga (BEAM188) y la hélice se simplificó con un elemento de masa puntual (MASS21). Los comportamientos no lineales (problema de contacto) de los descansos de goma (Cutless Bearing Bronze/Rubber) y de la prensa estopa, se aproximaron a un comportamiento lineal, usando un elemento de resorte (COMBIN14). Se usó la metodología propuesta en modelos diferentes del sistema propulsor, los que consideran la configuración original y las modificaciones a la rigidez de los arbotantes. Estos resultados se compararon con un espectro de frecuencia, con las frecuencias de excitación cuando el motor opera en la velocidad crítica y con los resultados obtenidos considerando los descansos rígidos. Además se verificaron las frecuencias fundamentales de los arbotantes y tubo codaste. El desarrollo de esta investigación permite comparar resultados experimentales con los resultados analíticos obtenidos con la metodología propuesta. La validación se obtiene al coincidir las frecuencias de excitación definidas por métodos experimentales con las frecuencias naturales de vibración rotacional calculadas analíticamente. Además permite mostrar la ventaja de modelar las estructuras solidarias al eje (descansos no rígidos), sobre la metodología tradicional.
Palabras Clave:
vibraciones rotacionales - eje propulsor; vibraciones rotacionales - método de elementos finitos
Editor:
Universidad Austral de Chile - Sistema de Bibliotecas - Programa Cybertesis
Formato:
text/pdf
Idioma:
es
Copyright:
Zuloaga Sepúlveda, Daniel Iván
Dirección Electrónica:
http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2006/bmfciz.94c/doc/bmfciz.94c.pdf