Laboratorio Dinámica de Estructuras
El equipo singular que caracteriza al Laboratorio de Dinámica de Estructuras del CITEEC es la torre de caída para ensayos de impacto. Se trata de una infraestructura pensada y diseñada para la realización de ensayos de impacto en componentes estructurales y materiales. La infraestructura fue financiada con fondos FEDER en un 80% y en un 20% por la Xunta de Galicia gracias a un proyecto de investigación del Grupo de Mecánica de Estructuras (GME) de la UDC. Su construcción e instalación se llevaron a cabo entre los meses de julio y octubre de 2020 por parte de la empresa VTI (Vázquez y Torres Ingeniería S.L). Los primeros ensayos se realizaron en noviembre de 2020.
La torre está formada por una bancada metálica de 2,5 m x 2,5 m que soporta dos pilares de 7 m de altura y una viga de cierre superior. Entre las dos torres corre un carro de elevación que sujeta mediante un sistema neumático un carro de impacto con una célula de carga dinámica y un impactador en su extremo, permitiendo su liberación y caída desde distintas alturas. De este modo, el carro de impacto se libera a la altura deseada e impacta contra la estructura a ensayar fijada a la bancada. El sistema está completamente automatizado y cuenta con las máximas garantías de seguridad.
Con el propósito de realizar tanto ensayos de componentes estructurales completos de distintos materiales, como probetas de materiales ligeros como espuma o corcho para estudiar sus propiedades dinámicas, se dispone de cuatro carros de impacto de distintos tamaños, desde uno ultraligero con una masa de 5 kg hasta un carro pesado con una carga máxima de 500 kg, con la posibilidad de realizar incrementos de masa entre 1 kg y 20 kg en las distintas configuraciones. Estas masas, combinadas con la posibilidad de lanzarlas desde 0,5 m de altura hasta una altura máxima de 5,5 m, hacen que el rango de energías de ensayo de la torre vaya desde los 10 J a los 25 kJ, con velocidades de hasta 10,4 m/s, y con la posibilidad de incrementar la energía máxima mediante un sistema elástico vertical.
La torre se acciona mediante un motor-reductor que mueve un husillo roscado trapezoidal irreversible con el que se eleva el carro de izado. La conexión entre el carro de izado y el de impacto es neumática, y se disponen de sistemas de medición de desplazamiento, velocidad y peso para el control del ensayo, junto con un sistema antirrebote de amortiguación de seguridad en la bancada. Con el fin de evitar vibraciones en el resto del CITEEC y aislar la torre, se ejecutó una zapata de 50 toneladas de hormigón armado, aislada del resto del laboratorio, a la que se ancla la torre con cuatro pernos pretensados.
Las mediciones de la célula de carga dinámica y de los acelerómetros son recogidas por un sistema doble de adquisición de datos: tarjetas Beckhoff con un rango de muestreo entre 20 kHz y 50 kHz en el caso de ensayos con estructura metálica u otros sistemas más flexibles; y una tarjeta Tasler de 4 canales de alta velocidad con capacidad de muestreo de hasta 2 MHz en el caso de impactos con materiales frágiles como el hormigón armado. Además, se disponen de cámaras de muy alta velocidad para la grabación del ensayo (ya que las piezas a ensayar se deforman en milisegundos) y el análisis mediante correlación de imágenes digitales - DIC.
La zona de ensayo tiene un ancho de 1 m y una longitud en la bancada de 2,5 m, ampliable hasta unos 6 m en el caso de necesitar ensayar vigas metálicas o de hormigón con apoyos situados fuera de la bancada.
La torre permite el ensayo de impacto en estructuras y componentes de automoción, aeronáuticos o ferroviarios; por ejemplo, tubos para la absorción de energía en impactos frontales de automóviles, así como aquellos utilizados en fuselajes y trenes de aterrizaje de aeronaves para reducir las consecuencias de un aterrizaje forzoso. También es posible realizar ensayos en componentes como parachoques, airbags, barreras de puentes de carretera, pretiles y sistemas de contención viaria, y en general en cualquier sistema que deba resistir impactos dentro del rango de energías y velocidades cubiertas.
Con esta infraestructura se complementa la capacidad de diseño de sistemas de absorción de energía por impacto del Grupo de Mecánica de Estructuras, basada en simulación y optimización numérica, ya que con este nuevo equipo también se puede realizar la verificación experimental de los diseños y su validación.
Esta infraestructura ofrece a todas las empresas y grupos de investigación del entorno del CITEEC la posibilidad de ensayar sus prototipos frente a cargas de impacto.