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Una estructura activa (también conocida como estructura inteligente o adaptativa ) es una estructura mecánica con la capacidad de alterar su configuración, forma o propiedades en respuesta a cambios en el entorno. [ cita requerida ]

El término estructura activa también se refiere a estructuras que, a diferencia de las estructuras de ingeniería tradicionales (por ejemplo, puentes, edificios), requieren un movimiento constante y, por lo tanto, una entrada de energía para permanecer estables. [ cita requerida ] La ventaja de las estructuras activas es que pueden ser mucho más masivas que una estructura estática tradicional : un ejemplo sería una fuente espacial , un edificio que llega al espacio.

Función

El resultado de la actividad es una estructura más adecuada al tipo y magnitud de la carga que transporta. Por ejemplo, un cambio de orientación de una viga podría reducir el nivel máximo de tensión o deformación, mientras que un cambio de forma podría hacer que una estructura sea menos susceptible a las vibraciones dinámicas. [ cita requerida ] Un buen ejemplo de una estructura adaptativa es el cuerpo humano donde el esqueleto soporta una amplia gama de cargas y los músculos cambian su configuración para hacerlo. Considere llevar una mochila. Si la parte superior del cuerpo no ajustaba ligeramente el centro de masa de todo el sistema inclinándose hacia adelante, la persona caería de espaldas.

Una estructura activa consta de tres componentes integrales además de la parte portadora de carga. Son los sensores , el procesador y los actuadores . [ cita requerida ] En el caso de un cuerpo humano , los nervios sensoriales son los sensores que recopilan información del medio ambiente. El cerebro actúa como procesador para evaluar la información y decide actuar en consecuencia y, por lo tanto, instruye a los músculos, que actúan como actuadores para responder. En ingeniería pesada, ya existe una tendencia emergente para incorporar la activación en puentes y cúpulas para minimizar las vibraciones bajo el viento y los terremotos. cargas.

La ingeniería de aviación y la ingeniería aeroespacial han sido la principal fuerza impulsora en el desarrollo de estructuras activas modernas. [ cita requerida ] Las aeronaves (y las naves espaciales ) requieren adaptación porque están expuestas a muchos entornos diferentes y, por lo tanto, a cargas, durante su vida útil. Antes del lanzamiento están sujetos a la gravedad o cargas muertas, durante el despegue están sujetos a cargas dinámicas e inerciales extremas y en vuelo deben estar en una configuración que minimice la resistencia pero promueva la sustentación. Se ha realizado un gran esfuerzo para adaptar las alas de los aviones.para producir uno que pueda controlar la separación de las capas límite y la turbulencia. Muchas estructuras espaciales utilizan la adaptabilidad para sobrevivir a desafíos ambientales extremos en el espacio o para lograr precisiones precisas. Por ejemplo, las antenas y los espejos espaciales se pueden activar para obtener una orientación precisa. A medida que avanza la tecnología espacial, se requiere que algunos equipos sensibles (a saber, instrumentos astronómicos interferométricos ópticos e infrarrojos ) sean precisos en una posición tan delicada como unos pocos nanómetros , mientras que la estructura activa de soporte tiene decenas de metros de dimensiones.

Diseño

Los actuadores hechos por humanos que existen en el mercado, incluso los más sofisticados, son casi todos unidimensionales. [ cita requerida ] Esto significa que solo son capaces de extenderse y contraerse a lo largo, o girar alrededor de 1 eje. Los actuadores capaces de moverse tanto hacia adelante como hacia atrás se conocen como actuadores bidireccionales, en contraposición a los actuadores unidireccionales que solo pueden moverse en una dirección. La capacidad limitante de los actuadores ha restringido las estructuras activas a dos tipos principales: estructuras de truss activas , basadas en actuadores lineales, y brazos manipuladores , basados ​​en actuadores rotativos.

Una buena estructura activa tiene varios requisitos. Primero, debe activarse fácilmente. La actuación debe ahorrar energía. Por lo tanto, no es deseable una estructura que sea muy rígida y que resista fuertemente la transformación. En segundo lugar, la estructura resultante debe tener integridad estructural para soportar las cargas de diseño. Por tanto, el proceso de actuación no debe poner en peligro la resistencia de la estructura. Más precisamente, podemos decir: Buscamos una estructura activa donde la actuación de algunos miembros conducirá a un cambio de geometría sin alterar sustancialmente su estado de tensión. En otras palabras, una estructura que tiene tanto una determinación estática como una cinemática es óptima para la actuación. [ cita requerida ]

Aplicaciones

La tecnología de control activo se aplica en ingeniería civil, ingeniería mecánica e ingeniería aeroespacial. Aunque la mayoría de las estructuras de ingeniería civil son estáticas, el control activo se utiliza en algunas estructuras civiles para su despliegue contra cargas sísmicas, cargas de viento y vibraciones ambientales. [1] Además, se propone que el control activo se utilice con fines de tolerancia al daño cuando la intervención humana esté restringida. [2] Korkmaz y col. Configuración demostrada del sistema de control activo para tolerancia a daños y despliegue de un puente. [3]

Ver también

Referencias

  1. ^ S. Korkmaz (2011). Una revisión del control estructural activo: desafíos para la ingeniería informática. Computadoras y estructuras . doi : 10.1016 / j.compstruc.2011.07.010
  2. ^ S. Korkmaz y col. (2011). Determinación de estrategias de control para la tolerancia al daño de una estructura de tensegridad activa. Estructuras de ingeniería , 33: 6, p. 1930-1939. doi : 10.1016 / j.engstruct.2011.02.031
  3. ^ S. Korkmaz y col. (2011). Configuración del sistema de control para tolerancia a daños de un puente de tensegridad. Informática de Ingeniería Avanzada . doi : 10.1016 / j.aei.2011.10.002

Enlaces externos