Planteamiento de un modelo analítico para el estudio del comportamiento dinámico de rotores flexibles

Resumen

La presente Tesis ha sido desarrollada como requisito para la obtención del título de Doctor en Ingeniería Mecánica, Aplicada y Computacional, ofertado por el Departamento de Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales de la Universidad Pública de Navarra. El objetivo principal perseguido en esta Tesis es el "Planteamiento de un modelo analítico para el estudio del comportamiento dinámico de rotores flexibles", cuya estructura soporte no tiene porqué ser completamente rígida, con apoyos lineales y que tenga en cuenta la flexibilidad a torsión de rotor. El área de estudio en la que se ha desarrollado la presente investigación es la Dinámica de Rotores. No obstante, el estudio realizado tiene un carácter multidisciplinar por lo que ha sido necesaria la profundización en distintas áreas o campos de trabajo que van desde la misma Dinámica de Estructuras y de Rotores Flexibles, hasta el uso de Lenguajes de Programación Y métodos Informáticos, pasando por Método de los Elmentos Finitos, Métodos Matemáticos, Análisis Numérico y las técnicas de Análisis Modal. Para la consecución del objetivo principal ha sido necesario llevar a cabo otros objetivos parciales que, a su vez, han ayudado a configurar el contenido de cada uno de los capítulos que componen esta Tesis. El primer capitulo de ésta Memoria corresponde a la "Introducción". En ésta, se presenta una revisión del estado del arte de las diferentes áreas que engloban el desarrollo de la presente Tesis. Aquí se establecen los factores que influyen en el comportamiento dinámico de los rotores flexibles; los modelos analíticos y los métodos matemáticos empleados para su estudio; así como la influencia de la potenciación de los ordenadores, y de las herramientas informáticas, en el estudio y comprensión de la dinámica de los rotores flexibles. Finalmente, se establece el objetivo principal y los objetivos parciales de la investigación, al igual que la metodología empleada para su desarrollo. El segundo Capítulo, denominado -Modelo de Cálculo-, abarca la descripción de los trabajos realizados en el establecimiento del modelo analítico que permite analizar, de forma genérica, el comportamiento dinámico de los rotores flexibles. Éste capítulo incluye, por un lado, la generación y planteamiento de las ecuaciones que gobiernan el comportamiento dinámico de un rotor flexible y, por otro, los métodos de solución de dichas ecuaciones. La descripción de la aplicación, al presente modelo, del Método de los Elementos Finitos, de las ecuaciones de Lagrange, del método de Newton Raphson y del método de Newmark, entre otros, forman parte del contenido de este Capítulo. Con el objetivo de validar el modelo analítico planteado en ésta Tesis, en el Capítulo 3 se presenta la implementación de una aplicación informática, denominada RotoDin, que permite simular el comportamiento dinámico de un rotor flexible. En el capítulo se describe, tanto las características del entorno de RotoDin, los ficheros que genera y su funcionamiento, como las estructura interna del programa. El compendio de resultados asociados a una series de casos, realizados con el objetivo de llevar a cabo un estudio genérico parametrizado de la influencia de diferentes factores, propios de los rotores flexibles, en el comportamiento dinámico de éstos, es presentado en el Capítulo 4. En éste, se detallan las características y condiciones de las pruebas realizadas y la descripción de los resultados obtenidos. Finalmente, el Capítulo 5 recoge las conclusiones de carácter genérico derivadas de la labor realizada y los logros alcanzados en las diferentes áreas en las que se ha profundizado, seguido de las líneas de investigación abiertas a partir de la base de conocimiento establecida en esta Tesis.