Estudio de la dinámica no lineal de un disparador de masa sintonizado sujeto a excitaciones armónicas horizontales y verticales

Abstract

En el contexto de la dinámica de estructuras, existen múltiples dispositivos que ayudan a reducir la respuesta de sistemas estructurales cuando estas se ven solicitadas por diferentes tipos de cargas, como las de viento y sismos. Uno de estos dispositivos corresponden a los Disipadores de Masa Sintonizada (DMS), los cuales corresponden a un sistema indirecto de disipación de energía que pretende reducir la respuesta en frecuencias de una estructura. Sin embargo, se ha visto pérdida en la eficacia de su funcionamiento cuando se descuida la no linealidad en su comportamiento, produciendo efectos negativos en la respuesta de la estructura a controlar.

El presente estudio muestra un análisis numérico y exploratorio de la dinámica no lineal de un Disipador de Masa Sintonizada del tipo pendular cuando está sujeta a excitaciones armónicas horizontales y verticales. Se estudia el comportamiento no lineal en un modelo pendular aislado y en un modelo pendular montado sobre una estructura que posee 1 grado de libertad horizontal, representando lo que es una estructura tipo marco de viga rígida.

Se analiza la incidencia de las excitaciones horizontales y verticales para distintas amplitudes y frecuencias de excitación, de tal modo de identificar un rango de frecuencias que muestren el cambio de comportamiento que sufre el DMS, esto es, el paso del comportamiento periódico, cuasi-periódico y caótico; considerando la teoría de los sistemas dinámicos no lineales. En particular, se presentan los diagramas de <<Portrait>>, <<Bifurcación>> y <<Poincaré>>.

Los resultados muestran la existencia de rangos en los cuales el dispositivo pendular cambia de comportamiento, cuando se tienen excitaciones cercanas y lejanas a la resonancia de la estructura. Se observa como la componente vertical afecta en el comportamiento del DMS para pequeñas escalas, una vez superado cierto límite de amplitud, la componente vertical deja de predominar y el comportamiento caótico se produce sólo con la incidencia de la componente horizontal.

Se confirma, de manera numérica, la poca efectividad de estos dispositivos cuando se incorpora la componente vertical de un sismo sobre una estructura, como ocurre en sismos interplaca subductivos, donde la componente vertical es más fuerte cercana al epicentro, generando comportamientos caóticos para pequeñas amplitudes de excitación.