Dynamic analysis of structural systems damped by means of single lap viscoelastic adhesive joints

Resumen

Este documento presenta la memoria de Tesis para la obtención del grado de Doctor. La investigación desarrollada en la Tesis doctoral "Dynamic analysis of structural systems damped by means of single lap viscoelastic adhesive joints" se centra en investigar la respuesta dinámica de sistemas estructurales con uniones adhesivas viscoelásticas y excitados por la base, donde el comportamiento viscoelástico del material adhesivo se presenta por medio de modelos de amortiguamiento no-viscoso. El conocimiento adquirido se utiliza para mejorar el comfort vibroacústico de marcha de una cabina de ascensor. Para analizar la influencia de los modos no viscosos, se estudia analítica y numéricamente sistemas discretos y continuos con amortiguamiento exponencial. Así, se obtiene la respuesta analítica de dos formas: con y sin variables internas. Además, se proponen dos formulaciones de elementos finitos: una está concebida para aplicar métodos de integración directa y la otra se ha desarrollado para aplicar superposición modal. Respecto a la caracterización experimental de materiales viscoelásticos, se presenta un procedimiento para preparar y validar probetas de ensayo de adhesivos flexibles. Los ensayos se realizan mediante la técnica análisis térmico mecánico dinámico (DMTA por sus siglas en inglés). De esta forma, se propone un procedimiento para construir las curvas maestras de relajación y dinámica basado en el principio de superposición tiempo-temperatura (TTS por sus siglas en inglés). Como modelos de material se proponen un modelo diferencial y uno con derivadas fraccionarias. Además, para reducir el número de ensayos necesarios, se propone un procedimiento de interconversión entre los módulos de relajación y complejo y vice-versa, basado en el algoritmo de la transformada rápida de Fourier. Con el objetivo de estudiar la influencia de la uniones adhesivas en la respuesta dinámica de un sistema estructural, se han llevado a cabo un estudio experimental y uno numérico sobre una viga delgada. El estudio se realiza en el dominio del tiempo mediante respuestas transitorias y en el dominio de la frecuencia mediante funciones de transmisibilidad. De esta forma, se investiga experimental y numéricamente la influencia de los parámetros de la unión, concretamente longitud de solape y espesor de la unión, junto con las propiedades del material adhesivo, módulo de relajación y modulo complejo en particular. Respecto al estudio experimental, se ha diseñado un banco de ensayos para desarrollar el programa de ensayos. Respecto al numérico, se ha desarrollado un modelo capaz de simular la respuesta observada experimentalmente, en el cual, el comportamiento viscoelástico de las uniones adhesivas se modeliza mediante integrales de convolución. Así, para la función de relajación del material se emplean datos puramente experimentales y por tanto se evita la necesidad de ajustar funciones analíticas.