Comparison between the performances of a linear isolator and an isolator with a geometrically nonlinear damper

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Nesta dissertação investiga-se o comportamento de um sistema de isolamento de vibrações de um grau de liberdade com amortecimento não linear. As transmissibilidades das forças e de movimento deste sistema são comparadas com as de um sistema de isolamento de vibrações linear. O sistema não linear é composto por uma mola e um amortecedor viscoso, ambos lineares, que estão acoplados a uma massa de modo tal que o amortecedor é perpendicular à mola. O sistema é excitado harmonicamente por um deslocamento da base ou por uma força na direção da mola. Quando o sistema é excitado por uma forca harmônica, as forças transmitidas através da mola e do amortecedor são analisadas separadamente, decompondo-as em termos dos seus harmônicos; permitindo assim determinar a contribuição individual de cada elemento no comportamento não linear do sistema como um todo. A transmissibilidade do sistema de isolamento não linear é calculada por meio de expressões analíticas validas para excitações com pequenas amplitudes, já para excitações com amplitudes grandes, calcula-se por meio de simulações numéricas.

In this work the behaviour of a single degree of freedom (SDOF) passive vibration isolation system with a geometrically nonlinear damper is investigated, and its displacement and force transmissibilities are compared with that of a linear system. The nonlinear system is composed of a linear spring and a linear viscous damper which are connected to a mass so that the damper is perpendicular to the spring. The system is excited with either a harmonic force or an imposed displacement of the base in the direction of the spring. When excited with a harmonic force, the forces transmitted through the spring and the damper are analysed separately by decomposing the forces in terms of their harmonics. This enables the effects of these elements to be studied and to determine how they contribute individually to the nonlinear behaviour of the system as a whole. The transmissibilities of the nonlinear isolation system are calculated using analytical expressions for small amplitudes of excitation and by using numerical simulations for high amplitudes of excitation.