miniatura|Amortidor de massa sintonitzat a la part superior de Taipei 101 Un amortidor de massa sintonitzat (TMD), també conegut com a absorbent harmònic o amortidor sísmic, és un dispositiu muntat en estructures per reduir vibracions mecàniques, que consisteix en una massa muntada sobre una o més molles esmorteïdes. La seva freqüència d'oscil·lació s'ajusta per ser similar a la freqüència de ressonància de l'objecte sobre el qual està muntat, i redueix l'amplitud màxima de l'objecte mentre pesa molt menys que aquest.
Els TMD poden prevenir molèsties, danys o fallades estructurals directes. S'utilitzen amb freqüència en la transmissió d'energia, els automòbils i els edificis. miniatura|Amortidor de massa sintonitzat de la Torre de Xangai
Principi miniatura|Un esquema d'un sistema simple de ressort-massa-amortidor utilitzat per demostrar el sistema d'amortidor de massa sintonitzat Els amortidors de massa sintonitzats s'estabilitzen contra el moviment violent causat per la vibració harmònica. Utilitzen un component relativament lleuger per reduir la vibració d'un sistema de manera que les vibracions en el pitjor dels casos siguin menys intenses. En termes generals, els sistemes pràctics s'ajusten per allunyar el mode principal d'una freqüència d'excitació problemàtica o per afegir amortiment a una ressonància que és difícil o costosa d'amortiment directe. Un exemple d'aquest últim és un amortidor torsional del cigonyal. Els amortidors de massa s'implementen sovint amb un component de fricció o hidràulic que converteix l'energia cinètica mecànica en calor, com un amortidor d'automòbil.
Donat un motor amb una massa m1 fixat a terra mitjançant suports de motor, el motor vibra mentre funciona i els suports tous del motor actuen com una molla i un amortidor paral·lels, k1 i c1. La força sobre els suports del motor és F0 . Per tal de reduir la força màxima sobre els suports del motor mentre el motor funciona en un rang de velocitats, una massa més petita, m2, es connecta a m1 mitjançant una molla i un amortidor, k2 i c2. F1 és la força efectiva sobre el motor a causa del seu funcionament.
El gràfic mostra l'efecte d'un amortidor de massa sintonitzat sobre un sistema simple de ressort-massa-amortidor, excitat per vibracions amb una amplitud d'una unitat de força aplicada a la massa principal, m1. Una mesura important del rendiment és la relació entre la força sobre els suports del motor i la força que fa vibrar el motor, . Això assumeix que el sistema és lineal, de manera que si la força sobre el motor es dupliqués, també ho faria la força sobre els suports del motor. La línia blava representa el sistema de referència, amb una resposta màxima de 9 unitats de força a unes 9 unitats de freqüència. La línia vermella mostra l'efecte d'afegir una massa sintonitzada del 10% de la massa de referència. Té una resposta màxima de 5,5, a una freqüència de 7. Com a efecte secundari, també té un segon mode normal i vibrarà una mica més que el sistema de referència a freqüències inferiors a aproximadament 6 i superiors a aproximadament 10.
Les altures dels dos pics es poden ajustar canviant la rigidesa de la molla de l'amortidor de massa sintonitzat. Canviar l'amortiment també canvia l'alçada dels pics, de manera complexa. La divisió entre els dos pics es pot canviar modificant la massa de l'amortidor (m2). miniatura|Un diagrama de Bode dels desplaçaments en el sistema amb (vermell) i sense (blau) la massa sintonitzada al 10%. El diagrama de Bode és més complex, i mostra la fase i la magnitud del moviment de cada massa, per als dos casos, en relació amb F1.
Als gràfics de la dreta, la línia negra mostra la resposta de la línia de base (m2= 0). Ara considerant m2 = , la línia blava mostra el moviment de la massa amortidora i la línia vermella mostra el moviment de la massa primària. El diagrama d'amplitud mostra que a baixes freqüències, la massa amortidora ressona molt més que la massa primària. El diagrama de fase mostra que a baixes freqüències, les dues masses estan en fase. A mesura que augmenta la freqüència, m2 es desfasa amb m1 fins que al voltant de 9,5 Hz està 180° desfasat amb m1, maximitzant l'efecte d'amortiment maximitzant l'amplitud de x2 − x 1, això maximitza l'energia dissipada en c2 i simultàniament estira la massa primària en la mateixa direcció que els suports del motor.
Amortidors de massa en automòbils Motorsport L'amortidor de massa sintonitzat va ser introduït com a part del sistema de suspensió per Renault al seu cotxe de F1 del 2005 (el Renault R25), al Gran Premi del Brasil de 2005. Segons s'informa, el sistema va reduir els temps de volta en 0,3 segons: un guany fenomenal per a un dispositiu relativament senzill. Els comissaris de la reunió ho van considerar legal, però la FIA va apel·lar contra aquesta decisió.
Cotxes de producció Els amortidors de massa sintonitzats s'utilitzen àmpliament en els cotxes de producció, normalment a la politja del cigonyal per controlar la vibració torsional i, més rarament, els modes de flexió del cigonyal. També s'utilitzen a la transmissió per al xiulet dels engranatges i en altres llocs per a altres sorolls o vibracions a l'escapament, la carrosseria, la suspensió o qualsevol altre lloc. Gairebé tots els cotxes moderns tenen un amortidor de massa, i alguns poden tenir-ne deu o més. miniatura|Amortidor de massa sintonitzat a la torre de proves de l'ascensor TK
Amortidors de massa en ponts L'amortidor de massa sintonitzat s'utilitza àmpliament com a mètode per afegir amortiment als ponts. Un cas d'ús dels amortidors de massa sintonitzats en ponts és evitar grans vibracions a causa de la ressonància amb càrregues per a vianants. En afegir un amortidor de massa sintonitzat, s'afegeix amortiment a l'estructura, cosa que fa que la vibració de l'estructura es redueixi, ja que l'amplitud de l'estat estacionari de la vibració és inversament proporcional a l'amortiment de l'estructura.
Amortidors de massa en naus espacials Una proposta per reduir la vibració a l'impulsor de combustible sòlid Ares de la NASA va ser utilitzar 16 amortidors de massa sintonitzats com a part d'una estratègia de disseny per reduir les càrregues màximes de 6 g a 0,25 g, sent els TMD responsables de la reducció d'1 g a 0,25 g, i la resta es feia mitjançant aïllants de vibracions convencionals entre les etapes superiors i l'impulsor. miniatura|Els petits objectes negres enganxats als cables són amortidors Stockbridge d'aquest 400 Línia elèctrica de kV prop de Castle Combe, Anglaterra
Amortidors en línies de transmissió d'energia Les línies d'alta tensió sovint tenen petits amortidors Stockbridge en forma de barra que pengen dels cables per reduir l'oscil·lació d'alta freqüència i baixa amplitud anomenada aleteig.
Amortidors en edificis i estructures relacionades Quan s'instal·len en edificis, els amortidors solen ser enormes blocs de formigó o cossos d'acer muntats en gratacels o altres estructures, que es mouen en oposició a les oscil·lacions de freqüència de ressonància de l'estructura mitjançant molles, fluids o pèndols. miniatura|Ubicació de l'amortidor de massa sintonitzat més gran de Taipei 101
Referències
Categoria:Ones Categoria:Estructures