Multiphysics modeling and experimental behavior of viscous fluid dampers
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2011
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Abstract
Durante las últimas décadas, el uso de amortiguadores viscosos para la disipación de energía en estructuras expuestas a sismos severos ha aumentado progresivamente. Los objetivos principales de este trabajo son develar los parámetros de diseño que controlan el comportamiento de amortiguadores viscosos sometidos a excitaciones harmónicas y, posteriormente, desarrollar una comparación entre respuestas analíticas y experimentales. A pesar de que existe una amplia literatura relacionada a este tipo de dispositivos, poco se ha publicado sobre los detalles de diseño que afectan su comportamiento, debido a la complejidad de los fenómenos físicos involucrados y al secreto industrial que protege a los componentes de amortiguadores comerciales. Motivado por esto, se desarrollaron modelos matemáticos que consideran la dinámica de fluidos y el comportamiento térmico dentro del amortiguador, los cuales se resolvieron con software de simulación numérica con capacidades multifísicas, es decir, capaces de manejar distintos fenómenos físicos acoplados. Primero, se presentan las ecuaciones relevantes que gobiernan el problema y se discuten sus tendencias dominantes. Luego se llevan a cabo análisis paramétricos para entender en profundidad la influencia de aspectos tales como dimensiones, relaciones geométricas entre los distintos componentes y propiedades del fluido en el comportamiento del amortiguador. Para validar y calibrar los modelos se diseñó y fabricó un prototipo a escala completa con una capacidad de 600 k , el cual fue ensayado en el Laboratorio de Ingeniería Estructural. El prototipo incluye un pistón intercambiable, permitiendo ensayar distintas configuraciones internas y fluidos. Los resultados muestran una buena concordancia entre los modelos matemáticos y físicos, lo cual resulta relevante para el diseño futuro y la producción de otras capacidades y configuraciones. En general, las incertidumbres del modelo se pueden atribuir a la representación a través de ecuaciones diferenciales parciales complejas, pero también a las propiedades reológicas de los fluidos empleados, especialmente su relación constitutiva no lineal.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2011