On the modelling and dynamic stiffness prediction of rubber isolators

Resumen

El trabajo realizado en la presente tesis se centra en el comportamiento no lineal de apoyos de goma y en la propuesta de métodos para simular componentes de dicho material sometidos a cargas dinámicas. Debido a que muchos y muy diferentes sistemas utilizan elementos aislantes de caucho para mejorar su comportamiento vibroacústico, existe una gran necesidad de entender sus propiedades y predecir de forma adecuada su rigidez dinámica. El objetivo de esta tesis es, por lo tanto, contribuir al avance de la modelización de elementos aisladores de caucho en el rango de 0 a 500Hz, considerando la dependencia de las propiedades del material tanto con la frecuencia como con la amplitud de excitación. Se desea proponer procedimientos de cálculo que predigan de forma precisa su rigidez estática y dinámica y que puedan ser incorporados a paquetes de elementos finitos. Se resumen primero las propiedades más importantes del material. A continuación se profundiza en los modelos existentes para la elasticidad no lineal, viscoelasticidad y fricción. Se comparan diferentes funciones de energía de deformación para representar las características elásticas de la mezcla. Se sugiere el uso de la forma de Yeoh, debido a su simplicidad y a su capacidad para extrapolar resultados a modos de deformación complejos. En lo que al comportamiento dependiente de la frecuencia se refiere, se comparan la viscoelasticidad clásica y la de orden fraccional, al a par que se estudia la utilización de modelos de fricción para la dependencia con la amplitud. Se presenta un modelo no-lineal que tiene en cuenta todos los efectos dinámicos del material. El problema de considerar a un mismo tiempo las contribuciones elástica, viscoelástica y de fricción se solventa separándolas en tres sumandos diferentes. La respuesta viscoelástica implica un modelo de derivadas fraccionales, mientras que la dependencia con la amplitud se considera a través de ele