Estudio de la respuesta dinámica de estructuras sumergidas en un fluido

Abstract

Este proyecto se ha realizado con el objetivo de estudiar y comparar la respuesta dinámica cuando se sumerge cierta estructura en un fluido de alta densidad. Por una parte, se ha calculado la respuesta de la estructura en aire, caso que se ha considerado como vacío, y en agua. Por otra parte, la estructura completa correspondiente a un conjunto formado por un eje acoplado a un disco se ha descompuesto en sus dos estructuras más simples, para estudiarlas por separado y luego acopladas, para así poder analizar la influencia que estas tienen sobre el conjunto. El estudio se ha centrado en la obtención de diferentes propiedades modales, concretamente las frecuencias naturales y los modos de vibración. La metodología escogida para realizar este trabajo ha sido mediante la simulación numérica computacional con el software ANSYS mediante el método de los elementos finitos, donde primeramente se ha realizado un análisis de la sensibilidad del mallado para poder asegurar la precisión del modelo. Se han realizado dos tipos de cálculos: el análisis modal estructural, en el cual las estructuras se modelan como si estuvieran en el vacío; y el análisis modal acústico, en el que se las estructuras se modelan rodeadas de elementos acústicos que simulan que están sumergidas en agua. Una vez calculados los modos de vibración en las diferentes condiciones, se han comparado los resultados entre ellos mediante el ratio de reducción de la frecuencia para poder sacar conclusiones de la interacción fluido estructura y la masa agregada. También, se han analizado los efectos del acoplamiento entre eje y disco, incluyendo la influencia que tiene en los parámetros modales soportar el eje en diferentes posiciones donde se deberían instalar rodamientos para poner el sistema en rotación. Los resultados obtenidos han sido representativos de los efectos esperados al principio del proyecto. Por una parte, se ha observado que las frecuencias naturales son menores si se sumerge en agua la estructura. Esto es debido al efecto de la masa agregada que debe ser desplazada cuando el fluido que rodea a la estructura no es aire y tiene una elevada densidad. También, se ha observado que este efecto no afecta de la misma manera a los diferentes componentes de la estructura debido a la geometría particular de cada parte. Por último, se ha observado que también existe una cierta diferencia en las frecuencias y modos de vibración según si se analiza la estructura acoplada o si se analizan sus partes por separado.