Cada estructura tiene la tendencia a vibrar a ciertas frecuencias, llamadas frecuencias naturales o resonantes. Cada frecuencia natural se asocia a una forma determinada, llamada forma modal, que el modelo tiende a adoptar al vibrar a esa frecuencia.
Cuando una estructura es excitada adecuadamente por una carga dinámica con una frecuencia que coincide con una de sus frecuencias naturales, la estructura sufre grandes desplazamientos y tensiones. Este fenómeno se denomina resonancia. En el caso de los sistemas sin amortiguar, la resonancia teóricamente causa movimiento ilimitado. La amortiguación, sin embargo, pone un límite a la respuesta de las estructuras debido a las cargas resonantes.
Si el diseño está sujeto a entornos dinámicos, no se pueden utilizar estudios estáticos para evaluar la respuesta. Los estudios de frecuencia le ayudan a evitar la resonancia y los sistemas de aislamiento de vibración en el diseño. Además, constituyen la base para evaluar la respuesta de sistemas dinámicos lineales donde la respuesta de un sistema a un entorno dinámico se presupone que es igual a la suma de las contribuciones de los modelos utilizados en el análisis.
La resonancia es deseable en el diseño de ciertos dispositivos.
Un modelo real tiene una cantidad infinita de frecuencias naturales. Sin embargo, un modelo de elementos finitos tiene una cantidad finita de frecuencias que es igual a la cantidad de grados de libertad considerada en el modelo. Sólo son necesarios algunos de los primeros modos para la mayoría de los fines.
Las frecuencias naturales y las formas modales correspondientes dependen de la geometría, las propiedades de material y las condiciones de soporte. El cálculo de frecuencias naturales y formas modales se denomina análisis modal, de frecuencia y de modo normal.
Vídeo: Ejemplo de formas modales (animación de los primeros modos de una chapa rectangular sostenida únicamente a lo largo de sus dos aristas cortas).
Efecto de las cargas en el análisis de frecuencias
Al construir la geometría de un modelo, generalmente se crea según la forma original (no deformada) del modelo. Algunas cargas, como el peso propio de la estructura, están siempre presentes y pueden causar efectos considerables en la forma de la estructura y en sus propiedades modales. En muchos casos, este efecto puede omitirse, ya que las desviaciones inducidas son pequeñas.
Las cargas afectan las características de modalidad de un sólido. Por ejemplo, las cargas compresivas disminuyen las frecuencias de resonancia y las cargas de tracción las aumentan. Este hecho se demuestra fácilmente modificando la tensión de las cuerdas de un violín; cuanto más alta sea la tensión, más alta será la frecuencia (tono).
No tendrá que definir las cargas para un estudio de frecuencia, pero si lo hace se tendrán en consideración sus efectos.
Para incluir el efecto de carga en las frecuencias resonantes, deberá utilizar el solver Direct Sparse. Si la opción Solver se establece en Automático, se utilizará el solver Direct Sparse (solver directo de dispersión matricial) si las cargas se definen para un estudio de frecuencia.
Cargas dinámicas
Utilice estudios dinámicos lineales para calcular la respuesta ocasionada por cargas dinámicas y excitaciones de la base. El efecto de cargas estáticas en frecuencias y formas de modo no se tiene en cuenta al utilizar estudios dinámicos lineales.