Las técnicas de amortiguamiento activo y pasivo son métodos comunes para atenuar las vibraciones resonantes excitadas en una estructura. Las técnicas de amortiguamiento activo no son aplicables en todas las circunstancias debido, por ejemplo, a los requisitos de energía, el costo, el medio ambiente, etc. Bajo tales circunstancias, las técnicas de amortiguamiento pasivo son una alternativa viable. Existen varias formas de amortiguamiento pasivo, incluido el amortiguamiento viscoso, el amortiguamiento viscoelástico, el amortiguamiento por fricción y el amortiguamiento por impacto. El amortiguamiento viscoso y viscoelástico generalmente tiene una dependencia relativamente fuerte de la temperatura. Los amortiguadores de fricción, si bien son aplicables en amplios rangos de temperatura, pueden degradarse con el desgaste. Debido a estas limitaciones, la atención se ha centrado en los amortiguadores de impacto, particularmente para su aplicación en sistemas criogénicos .ambientes o a temperaturas elevadas.
La tecnología de amortiguación de partículas es un derivado de la amortiguación de impactos con varias ventajas. La amortiguación de impacto se refiere a una sola masa auxiliar (algo más grande) en una cavidad, mientras que la amortiguación de partículas se usa para implicar múltiples masas auxiliares de pequeño tamaño en una cavidad. El principio detrás de la amortiguación de partículas es la eliminación de la energía vibratoria a través de las pérdidas que ocurren durante el impacto de partículas granulares que se mueven libremente dentro de los límites de una cavidad unida a un sistema primario. En la práctica, los amortiguadores de partículas son amortiguadores altamente no lineales cuya disipación de energía, o amortiguamiento, se deriva de una combinación de mecanismos de pérdida, incluida la fricción y el intercambio de cantidad de movimiento. Debido a la capacidad de los amortiguadores de partículas para funcionar en una amplia gama de temperaturas y frecuencias y sobrevivir durante una vida útil más larga, se han utilizado en aplicaciones como los entornos ingrávidos del espacio exterior, [1] [2] en estructuras de aeronaves, para atenuar vibraciones de estructuras civiles, [3] e incluso en raquetas de tenis. [4]
Por lo tanto, son adecuados para aplicaciones en las que se necesita un servicio prolongado en entornos hostiles.
El análisis de los amortiguadores de partículas se lleva a cabo principalmente mediante pruebas experimentales, simulaciones mediante el método de elementos discretos o el método de elementos finitos y mediante cálculos analíticos. El método de elementos discretos hace uso de la mecánica de partículas, mediante la cual las partículas individuales se modelan con una dinámica de 6 grados de libertad y sus interacciones dan como resultado la cantidad de energía absorbida/disipada. Este enfoque, aunque requiere computación de alta potencia y las interacciones dinámicas de millones de partículas, es prometedor y puede usarse para estimar los efectos de varios mecanismos en la amortiguación. Por ejemplo, se realizó un estudio [5] usando un modelo que simulaba 10 000 partículas en una cavidad y estudiaba la amortiguación bajo varios efectos de la fuerza gravitacional.
Olson [6] presentó un modelo matemático que permite evaluar analíticamente los diseños de amortiguadores de partículas. El modelo utilizó el método de dinámica de partículas y tuvo en cuenta la física involucrada en la amortiguación de partículas, incluidas las interacciones de contacto por fricción y la disipación de energía debido a la viscoelasticidad del material de partículas.
Fowler et al. [7] discutió los resultados de los estudios sobre la eficacia y la previsibilidad de la amortiguación de partículas. Los esfuerzos se concentraron en caracterizar y predecir el comportamiento de una gama de posibles materiales, formas y tamaños de partículas en el entorno del laboratorio, así como a temperatura elevada. Las metodologías utilizadas para generar datos y extraer las características de los fenómenos de amortiguamiento no lineal se ilustraron con los resultados de las pruebas.