ELEMENTO ESTRUCTURAL.

La presente invención se refiere a un elemento estructural, tal como un panel, es decir, una pieza de material de construcción fabricado para formar parte de una superficie, de manera que la anchura y altura del panel son grandes en comparación con el grosor. El elemento estructural está destinado a su utilización en un vehículo, máquina lavadora, ventilador, o cualquier otro dispositivo que esté sometido a cargas transitorias y/o cíclicas y/o cargas al azar. La presente invención también se refiere a un procedimiento para el diseño de un elemento estructural. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los sistemas estructurales sometidos a cargas cíclicas, tales como vehículos, ventiladores o máquinas lavadoras presentan, normalmente, vibraciones estructurales. Estas vibraciones pueden provocar ruidos y problemas de fatiga y pueden molestar y alterar a las personas situadas en la vecindad de dichos sistemas, por lo que pueden constituir un riesgo para la seguridad. Las amplitudes de la vibración se pueden reducir parcialmente utilizando estructuras rígidas o reforzadas, aplicando resortes u otros tipos de medios de amortiguación o utilizando material de amortiguación para absorber la energía mecánica relacionada con las vibraciones. No obstante, estas soluciones no se pueden utilizar siempre, porque pueden cambiar el diseño del sistema, el peso o los costes del mismo. El documento US 6793276 da a conocer un piso para vehículos que está dividido en una serie de paneles sustancialmente rectangulares. Estos paneles están dispuestos de manera que la vibración en una modalidad 2x1, en la que dos antinodos son generados en la dirección del vehículo y un antitodo es generado en la dirección de anchura del vehículo, tiene lugar en los paneles del piso cuando se introducen vibraciones de una frecuencia predeterminada de 240 a 260 Hz, en los paneles del piso, desde el exterior del vehículo. Esto significa que dos secciones adyacentes de cada panel de piso se hacen vibrar en fase opuesta pero con la misma amplitud, de manera que los sonidos irradiados desde cada sección se anulan entre sí y existe una disminución considerable de la radiación acústica y, como consecuencia, se pueden reducir los ruidos de la carretera, entre 240 y 260 Hz. Los elementos de refuerzo que constituyen el armazón del vehículo aíslan cada uno de los paneles del piso, de manera que la vibración acoplada entre dichos paneles de piso y otros paneles de piso y estructuras circundantes queda mitigada, de manera que la modalidad de vibración deseada 2x1 se puede excitar en cada panel de piso. Una desventaja de este sistema es que si no se suprime el acoplamiento de la vibración, el sonido que se irradia desde los paneles del piso queda anulado de manera insuficiente. Además, la zona de vibración de los paneles de piso debe ser sustancialmente rectangular, a efectos de generar vibraciones en modalidad 2x1, lo que limita las opciones de diseño del fabricante del vehículo. El documento JP 09 2022269 da a conocer un procedimiento para la reducción de los sonidos emitidos por un panel de carrocería de un vehículo en el que se ajusta un parámetro estructural del panel, de forma que el panel tiene un bajo rendimiento de emisiones a una frecuencia determinada. El documento DE 102 15 911 se refiere a un componente realizado a base de chapa metálica que tiene un área de refuerzo que incrementa la resistencia que adopta la forma de una estructura en forma de tabla de lavar ondulada. El componente tiene una zona de conexión realizada por un proceso de embutición, de manera que el componente se encuentra más o menos libre de curvatura. El componente está dotado de ondulaciones situadas paralelamente al borde del área de refuerzo. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Un objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un elemento estructural, tal como un panel o un travesaño, o una estructura más compleja que provoque menores problemas de vibraciones en comparación con los elementos estructurales conocidos. Este objetivo se consigue mediante un elemento estructural embutido con una forma modal, es decir, con cualquiera de las modalidades de vibración estacionaria de las que es capaz el elemento estructural o una combinación de las mismas, es decir, una superposición de una serie de modalidades de vibración, dado que se ha descubierto que la topografía óptima de un elemento estructural sometido a carga cíclica es dicha forma modal. De acuerdo con una forma de realización de la invención, la modalidad de vibración, o cada una de las modalidades de vibración es amplificada por un factor superior a cero o menor de cero, pero que no es igual a cero antes de ser embutida en el elemento estructural por conformación por prensado o moldeo, por ejemplo. El factor C puede adoptar cualquier valor excepto cero. Siempre que la topografía del elemento estructural corresponda a una forma modal, la amplitud de los picos y valles de la forma modal pueden ser los mismos, o más pequeños, o más grandes 2   que la amplitud de los picos y valles de la modalidad de vibración. Si C es menor de cero, la dirección de embutición será opuesta a la dirección de embutición cuando C es superior a cero. Este factor de ampliación es el factor por el que aumenta o disminuye la profundidad máxima de un pico o valle de la modalidad de vibración del elemento estructural. Por ejemplo, si la profundidad máxima de un pico o valle de una modalidad de vibración del elemento estructural es de 0,1 mm y la modalidad de vibración se amplifica por un factor 200, entonces la profundidad máxima de la forma modal embutida en el elemento estructural será de 20 mm. Se debe observar que la expresión profundidad está destinada al significado de distancia en la que un punto de la superficie de un elemento estructural no embutido se desplaza hacia arriba o hacia abajo para producir un elemento estructural embutido. Una mejora significativa de rendimiento se consigue en comparación con elementos estructurales convencionales que utilizan material de amortiguación, nervios de refuerzo y travesaños, o modelos de embutición seleccionados, según otros criterios, utilizando el elemento estructural de la invención. El elemento estructural embutido de la invención no solamente reducirá el ruido irradiado desde el mismo debido a la vibración, sino que mostrará también una resistencia y rigidez incrementadas debido a su topografía contorneada u ondulada. Además, dado que no se añade estructuras de refuerzo u otros materiales al elemento estructural, éste se puede fabricar con un reducido coste y peso en comparación con elementos estructurales convencionales. Otras ventajas adicionales consisten en la reducción de molestias, reducción de fatiga humana y somnolencia, seguridad y fiabilidad mejoradas. De acuerdo con una realización de la invención, una modalidad de vibración estacionaria es una modalidad normal, es decir, una modalidad de vibración libre o una forma de desviación operativa (ODS), es decir, una modalidad de vibración forzada. Las modalidades normales, que son llamadas también modalidades naturales o vectores propios (eigenvectors) están asociadas con una frecuencia natural (frecuencia resonante) del elemento estructural. Las formas de desviación operativa son la suma de una serie de modalidades en la que la modalidad de vibración resultante, depende de la frecuencia de forzamiento y la distribución de excitación. La forma de desviación operativa es estacionaria o cambia a lo largo del tiempo y se puede comprender como la suma de datos modales (tales como, por ejemplo, frecuencia natural, forma modal, amortiguación) más los datos de forzamiento. Cada elemento estructural tiene sus propias modalidades de vibración, frecuentemente exclusivas, que dependen básicamente de la geometría y la forma en la que el elemento estructural está montado o está soportado, y que se puede calcular utilizando el método FEM (Método de Elementos Finitos) o que se puede medir por medio de sensores. De acuerdo con otra realización de la invención, la forma modal del elemento de estructura total se define por una de las siguientes ecuaciones: en las que las modalidades individuales del elemento estructural, no embutido, se designan por n, siendo n el número modal; la amplitud de embutición para la modalidad n es Cn, y el valor absoluto de una modalidad se designa con el símbolo | I |; De acuerdo con otra realización de la invención, dicha forma modal es determinada utilizando los valores absolutos o reales de una o varias modalidades. Si se utilizan valores absolutos, las partes convexas del elemento estructural embutido están dirigidas en la misma dirección. Si se utilizan valores reales, las partes convexas de la forma modal no estarán dirigidas en la misma dirección, sino que sobresaldrán del elemento estructural en la ambas... [Seguir leyendo]

1. Elemento estructural, tal como un panel, caracterizado porque es embutido con una forma modal (Φtotal) , es decir, con cualquiera de las modalidades de vibración estacionarias (Φn) de las que es capaz el elemento estructural, o una 5 combinación de las mismas, es decir, una superposición de una serie de modalidades de vibración.

2. Elemento estructural, según la reivindicación 1, caracterizado porque la modalidad de vibración o cada una de las modalidades de vibración (Φn) es amplificada por un factor (C) superior a cero o menor de cero, antes de ser embutida en el elemento estructural.

3. Elemento estructural, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dichas modalidades de vibración (Φn) son modalidades de vibración libre o modalidades de vibración forzada.

4. Elemento estructural, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicha forma modal

(Φtotal) está definida por una de las siguientes ecuaciones, en las que las modalidades de vibración individuales se han designado Φn, siendo n el número de la modalidad; el factor de amplitud para la modalidad n es Cn, y el valor absoluto de cada modalidad se indica por el símbolo | I |:

5. Vehículo (10) , caracterizado porque comprende un elemento estructural, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

6. Vehículo (10) , según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho elemento estructural constituye, como mínimo, una parte del piso o carrocería del vehículo. 25

7. Procedimiento para el diseño de un elemento estructural, tal como un panel, caracterizado porque comprende las etapas de determinar una o varias modalidades de vibración (Φn) de un elemento estructural, tal como un elemento estructural (12) , sustancialmente plano o preconformado, y embutiendo dicho elemento estructural con una forma modal (Φtotal) , es decir, cualquiera de las diferentes modalidades de vibración estacionaria (Φn) de las que es capaz el elemento estructural, o una combinación de las mismas, es decir, una superposición de una serie de modalidades de vibración.

8. Procedimiento, según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende la etapa de amplificar la modalidad de vibración, o cada una de ellas, por un factor (C) , que es superior a cero, o menor de cero para obtener una forma modal (Φtotal) que corresponde a una única modalidad de vibración amplificada (Φn) o una superposición de modalidades de vibración amplificadas (Φn) .

9. Procedimiento, según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque comprende la etapa de determinar una serie de formas modales (Φtotal) para un elemento estructural (12) , determinando las propiedades de vibración/acústicas y/o físicas de un elemento estructural que tiene cada una de dichas formas modales (Φtotal) , seleccionando la forma modal (Φtotal) que tiene las propiedades deseadas para una aplicación particular, y embutiendo el elemento estructural (12) con dicha forma modal (Φtotal) .

10. Procedimiento, según la reivindicación 9, caracterizado porque comprende la etapa de seleccionar la forma 45 modal (Φtotal) que tiene, como mínimo, una modalidad de vibración dentro de una gamma de frecuencia deseada y/o seleccionar la forma modal (Φtotal) que tiene, como mínimo, una rigidez local dentro de un rango deseado de rigidez.

11. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque comprende la etapa de determinar la frecuencia a la que existe un problema relacionado con vibraciones en el elemento estructural (12) , y 50 seleccionado una forma modal (Φtotal) que reduce o elimina el problema de vibraciones a dicha frecuencia.

12. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque comprende la etapa de determinar la frecuencia a la que se transmite la mayor parte de sonido por el elemento estructural (12) y seleccionando la forma modal (Φtotal) que reduce o elimina la transmisión de sonido a dicha frecuencia.

13. Procedimiento, según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende la etapa de seleccionar una forma modal (Φtotal) que reduce o elimina la transmisión de sonido dentro de un rango de frecuencias d.

2. 35 Hz .

3. 100 Hz.

14. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque comprende la etapa de determinar la forma modal (Φtotal) de un elemento estructural (12) por incremento o disminución iterativos del factor de amplitud (C) en etapas finitas y/o incrementado o disminuyendo la profundidad de embutición en etapas finitas, determinando las propiedades de vibración/acústicas y/o físicas de un elemento estructural que tiene cada una de dichas modales (Φtotal) , seleccionando la forma modal (Φtotal) que tiene las propiedades deseadas para una aplicación particular, y embutiendo el elemento estructural (12) condicha forma modal (Φtotal) .

15. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 14, caracterizado porque dichas modalidades de vibración (Φn) son calculadas por medio, por ejemplo, de FEM, o son medidas por medio de sensores.

16. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 15, caracterizado porque dichas modalidades de vibración (Φn) son modalidades de vibración o modalidades de vibración forzada.

17. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 16, caracterizado porque dicha forma modal (Φtotal)

es determinada utilizando los valores absolutos o valores reales (28, 30, 32) de una o varias modalidades de 25 vibración (Φn) .

18. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 17, caracterizado porque dicha forma modal (Φtotal) es definida por una de las siguientes ecuaciones, en las que las modalidades individuales son indicadas por Φn, siendo n el número de modalidad, la amplitud de embutición para la modalidad n es Cn, y el valor absoluto de cada modalidad queda designada por el símbolo | I |:

19. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 18, caracterizado porque comprende la etapa de determinar dichas modalidades de vibración del elemento estructural en un elemento estructural (12) montado o soportado en la aplicación específica en la que será utilizado.

20. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 19, caracterizado porque comprende la etapa de embutir el elemento estructural (12) con una serie de modalidades de vibración (C · Φn) una cada vez, o a la misma vez, es decir, embutiendo el elemento estructural (12) con una forma modal (Φtotal) , que es una superposición de las modalidades de vibración (Φn) .

21. Producto de programa de ordenador, caracterizado por comprender un programa de ordenador que contiene medios de código de programa de ordenador dispuestos para provocar que un ordenador o un procesador ejecute, como mínimo, una de las etapas de un procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 20, almacenadas en un soporte legible por ordenador o una onda portadora.