Diseño e implementación de un módulo experimental de Análisis Modal en viga empotrada con acelerómetros MEMS para uso en laboratorio.
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Date
2024-11
Authors
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Publisher
Universidad Nacional de Trujillo
Abstract
Este trabajo trata del diseño y construcción de un módulo experimental para determinar
frecuencias de resonancia en vigas en voladizo usando acelerómetros MEMS y las
técnicas desarrolladas por el área de la ingeniería denominada Análisis Modal
Experimental. Este trabajo fue realizado como un proyecto de ingeniería y fue
desarrollado en diferentes etapas, empezando con el diseño y la selección de los
dispositivos y materiales que iban a ser parte del sistema y luego acoplándolos para
realizar mediciones y evaluar su desempeño. La evaluación del desempeño fue realizada
comparando diferencias porcentuales entre las frecuencias de resonancia analíticas y
experimentales, que resultan del Análisis Modal Experimental.
Entre los diferentes pasos realizados para desarrollar e implementar el sistema, los tres
más importantes están relacionados con la selección de los acelerómetros, la selección
del elemento de prueba más adecuado (vigas en voladizo) y la selección de un martillo
convencional. Los pasos adicionales están relacionados con la selección del dispositivo
de adquisición de datos, el desarrollo del software que permitió el almacenamiento y
acondicionamiento de las señales de excitación y respuesta y el procesamiento final hasta
la determinación de las frecuencias de resonancia.
Entre los resultados más importantes se tienen las consideraciones de ponderación en la
elección que se deben tener con los tres elementos más importantes del sistema
(acelerómetro, elemento de prueba y martillo). Los tres elementos tienen asociados
características inherentes que están interrelacionadas tales como los rangos de aceleración
y frecuencia asociados al acelerómetro, la rigidez y la masa de los elementos de prueba y
la masa del martillo. El rango de frecuencias fue establecido por la máxima frecuencia
del acelerómetro seleccionado. El código desarrollado en Python fue capaz de almacenar,
acondicionar y procesar las señales de excitación y respuesta hasta la obtención de las
frecuencias de resonancia. Los resultados experimentales fueron comparados con los
resultados analíticos y se encontraron diferencias porcentuales por debajo del 10%
PALABRAS CLAVE
Análisis Modal Experimental, Martillo de Impacto, Test de Impacto, Función de
Respuesta en Frecuencia, Acelerómetros MEMS.
ABSTRACT
This work is about designing and constructing a test rig to find resonant frequencies on
cantilever beams using MEMS accelerometers and the techniques developed from the
Experimental Modal Analysis engineering technique. This work was performed as an
engineering project and was developed in different steps, starting with the design and
selection of the devices and materials that were going to be part of the entire system and
then coupling the parts to perform test measurements and evaluate its performance. The
performance evaluation was carried out by comparing percentual differences between the
analytical and experimental resonant computed frequencies.
Among the different steps made to develop and deploy the system, the three most
important, regard the selection of appropriate accelerometers, the selection of adequate
test pieces (cantilever beams were selected), and the selection of the commercial hammer,
the one that then was instrumented with the chosen accelerometer. Additional steps regard
the selection of the data acquisition device, the software development that allowed the
record of the excitation and response signals, the basic signal conditioning, and the final
processing until the resonant frequencies determination.
Important results that are worth mention start with the trade-off consideration that must
be had with the three most important parts of the system (accelerometer, test piece and
hammer). There are different associated inherent features that are correlated like the
acceleration and frequency range associated with the accelerometer, the stiffness and
mass of the test piece, and the mass of the hammer. The frequency range for this particular
system was settled for the maximum allowed frequency of the chosen accelerometer and
the electronic conditioning that was performed. The developed Python code could record,
condition, and process the excitation-response signals until the resonant frequencies were
obtained and those experimental results were compared with analytical ones, and under
10% differences were found.
KEYWORDS
Experimental Modal Analysis, Impact Test, Impact Hammer, Frequency Response
Function, MEMS Accelerometers.
Description
Keywords
TECHNOLOGY::Electrical engineering, electronics and photonics::Electrical engineering