Vibració

Amplitud de vibracions en la carrosseria d'un cotxe, originades en les irregularitats del paviment.

Un dels possibles maneres de vibració d'un tambor circular.

Es denomina vibració a la propagació d'ones elàstiques produint deformacions i tensions sobre un mitjà continu (o posició d'equilibri).

En la seva forma més senzilla, una vibració es pot considerar com un moviment repetitiu al voltant d'una posició d'equilibri. La posició d'equilibri és a la qual arribarà quan la força que actua sobre ell sigui zero. Aquest tipus de vibració es diu vibració de cos sencer, el que vol dir que totes les parts del cos es mouen juntes en la mateixa dirreció en qualsevol moment.

Introducció

Convé separar el concepte de vibració del d'oscil·lació, ja que les oscil·lacions són d'una amplitud molt major; així per exemple, al caminar, les nostres cames oscil·len, al contrari de quan tremolem -de fred o de por-. Com les vibracions generen moviments de menor magnitud que les oscil·lacions entorn d'un punt d'equilibri, el moviment vibratori pot ser linealitzat amb facilitat. En les oscil·lacions, en general, hi ha conversió d'energies cinètica en potencial gravitatòria i viceversa, mentre que en les vibracions hi ha intercanvi entre energia cinètica i energia potencial elàstica.

A més les vibracions al ser de moviments periòdics (o quasiperiódics) de major freqüència que les oscil·lacions solen generar ones sonores la qual cosa constituïx un procés dissipatiu que consumeix energia. A més les vibracions poden ocasionar la fatiga de materials.

Per amplituds petites d'oscil·lació el moviment es pot aproximar a un moviment harmònic complex, amb la següent equació:

${\mathbf {M}}{\ddot {\mathbf {q}}}(t)+{\mathbf {C}}{\dot {\mathbf {q}}}(t)+{\mathbf {K}}{\mathbf {q}}(t)={\mathbf {f}}(t)$

Donde:

${\mathbf {M}},{\mathbf {C}},{\mathbf {K}}$, son respectivament las matrius de massa, amortiment i rigidesa del sistema

${\mathbf {q}}(t)$, es un (pseudo)vector de coordenades generalitzades que representa el moviment d'un conjunto de punts rellevants del sistema.

${\mathbf {f}}(t)$, representa el conjunto de forces que generen la vibració.

Efectes de la vibració

La vibració és la causa de generació de tot tipus d'ones. Tota força que s'apliqui sobre un objecte genera pertorbació. L'estudi del soroll, la vibració i la severitat en un sistema es denomina NVH (noise, vibration and harshness, en català Soroll, vibració i duresa). Aquests estudis van orientats a mesurar i modificar els paràmetres que li donen nom i que es donen en vehicles a motor com als cotxes i camions.

Tipus de vibracions

Vibracions lliures

Es produeixen quan un sistema mecànic es posa en marxa amb una aportació inicial i després se li permet vibrar lliurement. Un exemples d'aquest tipus de vibració es la de colpejar una forquilla de sintonia i deixar que soni. Els sistemes llavors vibren a una o més de les seves "freqüències naturals" fins arribar a zero.

• Vibracions sense amortiment

La força aplicada a la massa pel la molla és proporcional a la distància que la molla s'estira "x" (suposarem que la molla ja està comprimida pel pes de la massa). La constant de proporcionalitat, k, és la rigidesa de la molla i té unitats de força/distància (per exemple, lbf/in o N / m). El signe negatiu indica que la força sempre s'oposen al moviment de la massa.

Fs=-k*X

Vibració aleatòria

La vibració aleatòria no compleix amb els patrons especials que es repeteixen constantment o és massa difícil detectar a on comença un cicle i on acaba. Aquestes vibracions estan associades generalment a turbulències(per exemple les que causa una bomba), a problemes de lubricació, contacte metall-metall(en elements que roden) o a la capitació(també en el cas de les bombes). Aquest tipus de patrons es millor interpretar-los en un espectre, i no en funció del temps.

Vibració forçada

És quan una força alterna o de moviment s'aplica a un sistema mecànic. Exemples d'aquest tipus de vibració inclouen un tremolor rentadora causa d'un desequilibri, les vibracions de transport (causada pel motor de camió, molls, carreteres, etc), o la vibració d'un edifici durant un terratrèmol. En vibració forçada la freqüència de la vibració és la freqüència de la força o el moviment aplicat, amb ordre de magnitud ja que depenen del sistema mecànic real.

Vibració de cos sencer

Es coneix com vibració de cos sencer, quan un element es troba oscil·lant repetitivament al voltant d'una posició d'equilibri. En el moment que la suma de forces que actuen sobre aquest objecte s'iguali a 0, l'objecte es mantindrà en la posició d'equilibri. S'anomena vibració de cos sencer perquè totes les parts del cos es mouen cap a la mateixa adreça.

Proves de vibració

Els assaigs de vibració s'aconsegueix mitjançant la introducció d'una funció de força en una estructura, generalment amb algun tipus d'agitador. Alternativament, un DUT (Device Under Test| dispositiu de mesura) s'adjunta a la "taula" d'un agitador. Per a la freqüències de força relativament baixes s'utilitzen agitadors servo-hidràulics. Per a freqüències més altes s'utilitzen agitadors electrodinàmics. Generalment un o varis punts de controls són situats a la DUT-lateral d'un aparell que el manté amb una acceleració especificada. Altres punts de resposta són el nivell de vibració màxima (ressonància) o nivell de vibració mínima (anti -ressonància).

Dos tipus de proves de vibració típics són realitzades a l'atzar:

• Proves sinusoidals: són realitzades per a l'estudi de la resposta estructural del dispositiu sota prova (DUT).
• Proves aleatories: (totes les freqüències a la vegada), aquesta es considera generalment per replicar més de prop el món real, com ara aportacions de la carretera a un automòbil en moviment.

La majoria de proves de vibració es realitzen en un únic eix DUT a la vegada, encara que la majoria de les vibracions del món real es produeix en els diferents eixos simultàniament.

Veure també

• Anàlisi modal amb elements finits
• Soroll, vibració i duresa

Enllaços externs

Vegeu Vibració en el Viccionari, el diccionari lliure.Viccionari

• Què és la vibració (www.DLIengineering.com)
• Thermotron Industries, Fundamentals of Electrodynamic Vibration Testing Handbook
• Nelson Publishing, Evaluation Engineering Magazine
• Informació en castella [1]