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https://hdl.handle.net/20.500.12104/104822Registro completo de metadatos
| Campo DC | Valor | Lengua/Idioma |
|---|---|---|
| dc.contributor.author | Rivas Iñiguez, Josue Gilberto | |
| dc.date.accessioned | 2024-09-18T17:10:04Z | - |
| dc.date.available | 2024-09-18T17:10:04Z | - |
| dc.date.issued | 2023-11-23 | |
| dc.identifier.uri | https://wdg.biblio.udg.mx | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.12104/104822 | - |
| dc.description.abstract | Resumen En la naturaleza, las ondas de torsión permiten a algunos animales desplazarse, ya sea en agua para algunos peces (como el pez cuchillo), o en el aire para algunas aves e insectos. En este trabajo se estudia la oscilación por torsión de una placa flexible alrededor de un eje que pasa por el centro de su anchura y recorre todo su largo. Esta placa cuenta con varillas rígidas colocadas a intervalos regulares de manera perpendicular a su eje, de tal manera que la sección transversal de la placa quede recta. Además, está forzada armónicamente en su borde de ataque. Cambiando la frecuencia de forzamiento se puede observar que la amplitud del borde de fuga cambia, pasando por un máximo en su frecuencia de resonancia. Esta frecuencia de resonancia es igual a la frecuencia teórica. Luego, se somete esta placa a un flujo de aire y se mide otra vez la amplitud del borde de fuga, así como el desfase entre las oscilaciones del borde de fuga y del borde de ataque. Observamos que el máximo de amplitud se desplaza hacia las pequeñas frecuencias. Comparamos las curvas de resonancia con un modelo de oscilador armónico que incluye una disipación cuadrática. Este modelo nos permite cuantificar el aumento de disipación que observamos en las curvas de resonancia. Cuando el flujo de aire aumenta en intensidad, el ancho de las curvas aumenta y se puede asociar un coeficiente de disipación a cada velocidad del aire. Concluimos que, además de provocar un decrecimiento en la frecuencia de resonancia, un flujo de aire más intenso genera una disipación mayor. In nature, torsional waves allow some animals to move, either in water for some fish (such as knifefish), or in air for some birds and insects. In this work, the oscillation by torsion of a flexible plate around an axis that passes through its width center and runs along its complete length is studied. This plate has rigid rods placed at regular intervals perpendicular to its axis, in such a way that the cross section of the plate is straight. In addition, it is harmonically forced on its leading edge. By changing the forcing frequency it can be observed that the amplitude of the trailing edge changes, passing through a maximum at its resonant frequency. This resonant frequency is equal to the theoretical frequency. This plate is then inmersed in airflow and the trailing edge amplitude is measured again, as well as the phase between the trailing edge and leading edge oscillations. We observe that the maximum amplitude is shifted towards lower frequencies. We compare the resonance curves with a harmonic oscillator model that includes a quadratic dissipation. This model allows us to quantify the increase in dissipation that we observe in the resonance curves. When the air flow increases in intensity, the width 6 of the curves increases and a dissipation coefficient can be associated with each air speed. We conclude that, in addition to causing a decrease in the resonant frequency, a more intense airflow generates greater dissipation. Palabras clave: | |
| dc.description.tableofcontents | Índice general Resumen 6 1. Introducción y antecedentes 8 1.1. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1.1. Oscilaciones transversales de una placa flexible . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1.2. Frecuencia de resonancia de torsión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.1.3. Ondas de torsión: antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2. Modelo teórico de oscilación con disipación cuadrática . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3. Hipótesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.4. Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.5. Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2. Metodología 17 2.1. Descripción del sistema experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.1.1. Estimación del módulo de Young de la placa usando el método de oscilaciones libres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.1.2. Montaje del dispositivo experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2. Metodología experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.3. Procesamiento de señales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.4. Modelo del oscilador armónico con disipación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3. Resultados y discusiones 24 3.1. Resultados experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.2. Análisis de los datos experimentales por medio de un modelo de oscilador armónico amortiguado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.2.1. Análisis del modelo teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.2.2. Comparación de los datos experimentales con el modelo . . . . . . . . . . 31 3.3. Discusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4. Conclusiones y recomendaciones 36 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1 Índice de figuras 1.1. Cuando se somete una placa flexible a oscilaciones transversales como se muestra en (a), la amplitud del extremo libre pasa por un máximo cuando la frecuencia de forzamiento es igual a la frecuencia natural de la placa (b). . . . . . 9 1.2. Pez cuchillo (Apteronotus albifrons, Foto: The National Aquarium) y Mantarraya (Gymnura micrura). Fuente: Rosenberg (2001). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3. Estructura de mantarraya robot propulsado por dos aletas pectorales y dos propulsores verticales auxiliares (Huang et al. 2021). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.4. Fotografía de la hidroala dentro de la sección de pruebas del túnel de cavitación (Chae et al. 2016). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.5. Gráfica con la frecuencia fundamental torsional f∗ θ de una hidroala para distintos valores de la velocidad reducida de flujo U. En esta gráfica f∗ h y f∗ h,2 corresponden al primer modo y al segundo modo respectivamente de los modos de flexión transversal (Chae et al. 2016). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.1. Arreglo experimental para obtener el módulo de Young de una placa flexible por medio de su frecuencia de oscilación propia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2. Oscilaciones libres del extremo libre de la placa libre (a) (izquierda) y espectro de Fourier (b). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.3. Arreglo experimental de la placa flexible sujeta a un eje con ayuda de láminas y cilindros, sometida a una vibración torsional en un flujo de aire. . . . . . . . . . . . 19 2.4. Fotografía de la placa flexible sujeta a un eje con ayuda de láminas y cilindros dentro de la sección de puebras del túnel de viento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.5. Imagen extraida de la cámara donde se muestran las tres líneas que marcan la extracción de la posición para el borde de fuga (borde derecho) y para el borde de ataque (borde izquierdo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.6. Señal de la posición del borde de ataque (a) y borde fuga así como sus espectros de Fourier (b). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.7. Solución Θ(t) de la ecuación 1.5 para los parámetros siguientes: Momento de inercia I = 5; coeficiente de disipasión c = 3,0; constante de torsión k = 1,0; amplitud de oscilación M = 1,0 (a). Después de un transitorio hasta 400 s aproximadamente, la solución adquiere una amplitud constante, como se puede observar en la gráfica (b) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2 3.1. Perfil superior de la placa en su primer modo de oscilación para el caso v = 0 m/s y ff = 2,5 Hz captada con ayuda de una cámara de vídeo. . . . . . . . . . . . . . . 24 3.2. Curvas de resonancia de una placa sometida a torsión para diferentes valores de la velocidad del aire. En y: razón de la amplitud del borde de fuga AT sobre la amplitud del borde de ataque AL. En x: valores de las frecuencias de forzamiento. Los diferentes colores corresponden a diferentes velocidades. . . . 25 3.3. Curvas de resonancia de una placa sometida a torsión para diferentes valores de la velocidad del aire. En y: valor de la diferencia de fase. En x: valores de las frecuencias de forzamiento. Los diferentes colores corresponden a diferentes velocidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.4. Evolución de la frecuencia de resonancia fmax para la amplitud (azul) y para el desfase (rojo), con la velocidad del flujo de aire v (a) y evolución de la razón de la frecuencia de resonancia fmax sobre la frecuencia de resonancia para una velocidad del aire igual a cero f0 para la amplitud (azul) y para el desfase (rojo), con la velocidad del flujo de aire v (b). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.5. Gráfica de las curvas teóricas para distintos valores de c/I para la amplitud. . . . 28 3.6. Gráfica de las curvas teóricas para distintos valores de c/I para la diferencia de fase. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.7. Gráfica de las curvas de nuestro modelo para distintos valores de c/I contra el cociente Δf/fmax. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.8. Gráfica de las curvas de nuestro modelo para distintos valores de c/I contra el cociente fmax,A/f0,A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.9. Gráfica de las curvas experimental normalizadas para la amplitud (a) y para el desfase para distintos valores de la velocidad del aire (b). . . . . . . . . . . . . . . 32 3.10.Gráfica de la curva teórica de nuestro modelo para c/I = 3,0 y datos experimentales correspondiente a la diferencia de fase contra el cociente ff /fmax,ϕ para una velocida de flujo v = 7,5m/s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.11.Gráfica de la curva teórica de nuestro modelo para c/I = 55,7 y datos experimentales para el valor de la amplitud de oscilación adimensional contra el cociente ff /fmax,A para una velocida de flujo v = 15,2m/s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 0.1. Curvas experimental y teórica para la diferencia de fase, con velocidad de flujo v = 0m/s y valor de c/I = 1,3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 0.2. Curvas experimental y teórica para la amplitud, con velocidad de flujo v = 0m/s y valor de c/I = 29. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 0.3. Curvas experimental y teórica para la diferencia de fase, con velocidad de flujo v = 2,3m/s y valor de c/I = 1,3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 0.4. Curvas experimental y teórica para la amplitud, con velocidad de flujo v = 2,3m/s y valor de c/I = 29. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3 0.5. Curvas experimental y teórica para la diferencia de fase, con velocidad de flujo v = 4,9m/s y valor de c/I = 2,7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 0.6. Curvas experimental y teórica para la amplitud, con velocidad de flujo v = 4,9m/s y valor de c/I = 25,6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 0.7. Curvas experimental y teórica para la diferencia de fase, con velocidad de flujo v = 7,5m/s y valor de c/I = 3,0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 0.8. Curvas experimental y teórica para la amplitud, con velocidad de flujo v = 7,5m/s y valor de c/I = 23,8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 0.9. Curvas experimental y teórica para la diferencia de fase, con velocidad de flujo v = 10,1m/s y valor de c/I = 10,8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 0.10.Curvas experimental y teórica para la amplitud, con velocidad de flujo v = 10,1m/s y valor de c/I = 23,0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 0.11.Curvas experimental y teórica para la diferencia de fase, con velocidad de flujo v = 12,6m/s y valor de c/I = 35,0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 0.12.Curvas experimental y teórica para la amplitud, con velocidad de flujo v = 12,6m/s y valor de c/I = 35,4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 0.13.Curvas experimental y teórica para la diferencia de fase, con velocidad de flujo v = 15,2m/s y valor de c/I = 100,9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 0.14.Curvas experimental y teórica para la amplitud, con velocidad de flujo v = 15,2m/s y valor de c/I = 55,7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4 Índice de cuadros 2.1. Característica de la placa utilizada y de cada una de las varillas. L es la longitud, w es su ancho, d su grosor y E su módulo de Young. . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.1. Determinación de los valores de c/I con los valores de Δf/fmax para la amplitud. 33 3.2. Determinación de los valores de c/I con los valores de fmax,A/f0,A para la amplitud. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.3. Determinación de los valores de c/I con los valores de Δf/fmax para la diferencia de fase. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 | |
| dc.format | application/PDF | |
| dc.language.iso | spa | |
| dc.publisher | Biblioteca Digital wdg.biblio | |
| dc.publisher | Universidad de Guadalajara | |
| dc.rights.uri | https://www.riudg.udg.mx/info/politicas.jsp | |
| dc.subject | Resonancia Flexible A Un Flujo | |
| dc.title | RESONANCIA DE UNA PLACA FLEXIBLE SOMETIDA A UNA TORSIÓN Y A UN FLUJO DE AIRE | |
| dc.type | Tesis de Maestría | |
| dc.rights.holder | Universidad de Guadalajara | |
| dc.rights.holder | Rivas Iñiguez, Josue Gilberto | |
| dc.coverage | GUADALAJARA JALISCO | |
| dc.type.conacyt | masterThesis | |
| dc.degree.name | MAESTRIA EN CIENCIAS EN FISICA | |
| dc.degree.department | CUCEI | |
| dc.degree.grantor | Universidad de Guadalajara | |
| dc.rights.access | openAccess | |
| dc.degree.creator | MAESTRO EN CIENCIAS EN FISICA | |
| dc.contributor.director | Cros, Anne | |
| dc.contributor.codirector | Godoy- Diana, Ramiro | |
| Aparece en las colecciones: | CUCEI | |
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