Vibrações naturais em um sistema de interação viga-água incluindo o efeito de onda de superfície

Este trabalho tem como objetivo o estudo modal de um sistema estruturafluído, modelado pela equação de Euler-Bernoulli, para uma viga elástica, sujeita a pressão da água, e por ondas de superfície livre. O sistema acoplado possui condições para o domínio sólido (viga fixa-livre), para o domínio fluído (impermeabilidade e rigidez inferior), com ondas de superfície, e de interfacec fluido-estrutura (condições de continunidade na deflexão, ângulo de rotação, força de corte interno e momento de curvatura). Para deteerminar as vibrações livres e deslocamento no seco e no molhado, utiliza-se o método espectral para eliminar a dependência oscilatória temporal e concentrar-se na determinação dos modos através do estudo de problemas de contornos espaciais. Os modos podem ser calculados com o uso da base clássica de Euler ou da base dinâmica gerada pela resposta impulso. Foram feitas simulações para um material específico, e apresentados os resultados obtidos.

Vibrações naturais em um sistema de interação viga-água sem o efeito de onda de superfície livre

Neste trabalho é apresentado um estudo sobre o comportamento dinâmico de sistemas flexíveis com interação viga-água. Especificamente, é escolhida uma barragem freqüentemente encontrada em problemas de engenharia de irrigação e represas. O modelo matemático utilizado para descrever tal fenômeno tem como variáveis principais a pressão hidrodinâmica e os deslocamentos horizontais da barragem. Uma vez formuladas as equações governantes de tal sistema, que resultam em uma equação de onda para a pressão e uma equação de Euler-Bernoulli para os deslocamentos, é utilizada a técnica de separação de variáveis para proceder à sua solução. Por simplicidade, assumiu-se que no modelo não havia o efeito de onda da superfície livre. Primeiro, foi resolvida a equação para a pressão, sendo calculadas as suas componentes temporais e espaciais. Depois, foi resolvida a equação de Euler-Bernoulli junto com a condição de interface. Foram simulações para o material específico, e apresentados os resultados conseguidos. No final do trabalho são enunciadas as conclusões pertinentes.

Identificação de falhas em engrenagens na transmissão de trator agrícola por meio de análise de vibrações

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um método de análise de falhas, por meio de análise de vibrações, para a bancada de final de linha das transmissões dos tratores linha 5000 da John Deere Brasil, o qual tem como finalidade diferenciar transmissões aprovadas de transmissões com defeito em engrenagens na caixa de marchas, e também auxiliar na identificação da engrenagem com defeito. Para o desenvolvimento deste método foram utilizados equipamentos de medição e aquisição de dados disponíveis na John Deere Brasil. Os testes foram realizados na bancada de final da linha de transmissões, possibilitando a aplicação do método sem a necessidade de alteração na bancada de testes. Os sinais padrões da transmissão em cada uma das quatro marchas foram levantados através da medição de quatro transmissões boas. De posse destes padrões, (assinatura em cada marcha), partiu-se para a identificação de como estes são alterados por diferentes defeitos em diversas engrenagens da caixa de marchas, sendo para isto induzidos defeitos em diferentes engrenagens da caixa de marchas de transmissões boas. Os sinais em todas as marchas nestas transmissões com defeito induzido foram medidos e analisado as alterações em relação aos padrões, resultando a conclusão de que a aplicação do método de análise de vibrações no final de linha de transmissões da John Deere Brasil é possível, tanto para a diferenciação entre transmissões boas e transmissões com defeito em engrenagens da caixa de marchas, quanto como auxiliar na identificação de qual engrenagem da caixa de marchas está com defeito.

Vibrações livres e forçadas no modelo de Timoshenko

O objetivo deste trabalho é o cálculo modal da resposta impulso distribu ída de uma viga descrita pela equação de Timoshenko e das vibrações forçadas, devidas a influência de cargas externas. Os modos vibratórios foram obtidos com o uso da base dinâmica, gerada por uma resposta livre e suas derivadas. Esta resposta é caracterizada por condições iniciais impulsivas. Simulações foram realizadas para os modos, a resposta impulso distribuída e vibrações forçadas em vigas apoiadas em uma extremidade e na outra livre, fixa, deslizante ou apoiada, sujeitas a cargas oscilatórias espacialmente concentradas ou distribuídas através de pulsos.

Controle de vibrações em estruturas usando amortecedores metálicos

Recentes terremotos e furacões mostraram quão vulneráveis são as estruturas às forças da natureza. Ainda em países desenvolvidos, existe alto risco a desastres naturais. Portanto, um dos principais desafios da Engenharia é a prevenção de desastres mediante o desenvolvimento de conceitos inovadores de projeto, para proteger eficientemente as estruturas, seus moradores e o conteúdo, dos efeitos destrutivos das forças ambientais. O tradicional procedimento de projeto de construções para prevenir falhas catastróficas é baseado na combinação de resistência e capacidade de deformação (ductilidade). Solicitações de baixos níveis provocadas por ventos ou sismos são freqüentemente idealizados com cargas laterais que devem ser resistidas só pela ação elástica da estrutura, enquanto que, em eventos moderados ou severos permite-se certos níveis de dano estrutural e não estrutural, mas não, colapso da mesma. Esta filosofia proporcionou a base da maioria dos códigos de construção (fundados em métodos estáticos equivalentes) desde princípios do século, com resultados satisfatórios. No entanto, a partir do estudo das características dinâmicas das estruturas surgem novos e diversos conceitos de proteção dos sistemas estruturais que tem sido desenvolvidos e ainda estão em expansão, entre os quais pode-se citar a dissipação de energia externa. Esta nova tecnologia consiste em incorporar na estrutura, elementos projetados especificamente para dissipar energia. Com isto, logra-se reduzir as deformações nos membros estruturais primários e portanto, diminui-se a demandada de ductilidade e o possível dano estrutural, garantindo uma maior segurança e vida útil da estrutura Graças a recentes esforços e ao particular interesse da comunidade científica internacional, estudos teóricos e experimentais têm sido desenvolvidos durante a última década com resultados surpreendentes. Hoje já existem sistemas de dissipação de energia aplicados com sucesso em países como Estados Unidos, Itália, Nova Zelândia, Japão e México. Recentemente este campo está-se estendendo na América do Sul. Dentro deste contexto, considerando o beneficio econômico e o melhor desempenho estrutural que implica a incorporação desta nova tecnologia, no presente trabalho abordou-se o estudo deste tipo de sistemas de proteção estrutural orientado ao uso de amortecedores metálicos. O trabalho dividiu-se em três partes principais: a) Projetar e construir um amortecedor metálico que usa as excelentes propriedades do chumbo para dissipar energia. b) Desenvolvimento de metodologias de análise e projeto de estruturas que incorporam amortecimento suplementar a fim de melhorar o seu desempenho estrutural. c) Avaliação da eficiência de sistemas externos de dissipação de energia em estruturas. A primeira parte consistiu em projetar e construir um amortecedor metálico para logo submetê-lo a numerosos testes com diferentes níveis de amplitude de deslocamento e freqüência a fim de avaliar suas propriedades mecânicas e desempenho. Os resultados são considerados altamente satisfatórios. Na segunda parte foram desenvolvidas ferramentas computacionais para pesquisa e docência na área da mecânica estrutural mediante as quais é possível simular o comportamento linear e não linear de estruturas que incorporam amortecimento suplementar Finalmente, apresenta-se um procedimento robusto para avaliar a eficiência dos sistemas dissipadores de energia baseado numa análise da confiabilidade estrutural. Através de vários exemplos com estruturas reais e teóricas se atingem os objetivos traçados no presente trabalho.

Estudo da efetividade de barreiras de amortecimento no controle de vibrações geradas pelo desmonte com explosivos em mina de carvão à céu aberto

Este trabalho apresenta o estudo da efetividade de barreiras de amortecimento para atenuar a vibração causada pela propagação de ondas sísmicas oriundas de detonações. A barreira consta de uma porção do terreno cujas características de propagação são modificadas artificialmente pela detonação de uma linha de furos com parâmetros idênticos aos dos furos de produção. Os resultados obtidos demonstram a efetividade deste recurso, evidenciado pelo coeficiente de redução entre os valores de vibração gerados em situações com e sem o uso de barreira (0,41) e também através da mudança dos coeficientes da equação de previsão via Distância Escalonada, possibilitando em escala de produção o aumento na carga máxima por tempo de retardo ( 4,9 % à 118,9% ), com redução de custos devido ao menor consumo de retardos por furo ( -5,7 % à - 40,7 % ).

Análise dinâmica de rotores de grupos turbo e hidrogeradores com o método das matrizes de transferência

Conhecer o comportamento vibratório de rotores de máquinas rotativas, já durante a fase de projeto, é uma necessidade cada vez maior nos dias atuais, quando modificações corretivas, após o início da operação, já não são mais aceitáveis, devido aos altos custos de material e execução empregados, se comparados com os lucros que são cada vez mais reduzidos, em função das regras impostas pelo mercado, e devido também ao tempo necessário para tais modificações, que implica em manter a máquina parada, sem gerar lucros nesse penodo, acarretando em mu1tas contratuais para o fabricante. o presente trabalho visa dar subsídiosà análise dinâmicadas linhas de eixos de turbo e hidrogeradores (conjuntos formados pela turbina mais o gerador, usados respectivamentenas centraistermelétricase hidrelétricas). Inicialmente é feita uma breve explanação sobre formas construtivas de hidrogeradores e tipos de turbinas hidráu1icas utilizados atualmente. O trabalho prossegue apresentando as propriedades dos mancais com filme de óleo, os fenômenos do empuxo magnético no rotor do gerador e do efeito giroscópico, bem como a norma ISO 1940, que define os níveis admissíveis de desbalanceamentos residuais para rotores de máquinas É apresentada uma formulação matemática pelo Método das Matrizes de Transferência para as análises das vibrações livres, bem como das vibrações forçadas com carregamentos cíclicos devido aos desbalanceamentos residuais das linhas de eixos. A análise das vibrações livres é feita para a obtenção das fteqüências naturais torcionais e das fteqüências tlexionais críticas em um plano. A análise das vibrações forçadas é elaborada para fornecer as respostas dinâmicas em dois planos ortogonais, devido ao desbalanceamento residual. Para aplicação da metodologia de cálculo apresentada, são elaboradas rotinas computacionais de cálculos, utilizando como plataforma o software MATLAB. Para testar o Método das Matrizes de Transferência, bem como os programas de computador elaborados, faz-se algumas análises com soluções analíticas exatas e comparam-se resultados obtidos. Como aplicação prática, faz-se um estudo aprofundado dos comportamentos dinâmicos algumas linhas de eixos de hidrogeradores, para variações de configurações de construção dessas, bem como para as diversas condições de operação.

Um algoritmo numérico de integração de tempo para estruturas dinâmicas com dissipações : o método generalizado-α

O presente trabalho tem por objetivo estudar e aplicar um método de integração numérica de tempo para estrutras dinâmicas com dissipação de energia. Nessa dissertação tal método é analisado e posteriormente implementado em MATLAB, afim de resolver algumas aplicações em sistemas dinâmicos dotados de massas, molas e amortecedores que são apresentados no primeiro capítulo. Usando o método implementado em MATLAB, também é apresentada uma aplicação para vibrações transversais em cordas axialmente.

Estudo teórico e experimental de amortecedores de vibração por atrito

Edifícios altos e estruturas são propensos a experimentar efeitos dinâmicos induzidos pelo vento, ação sísmica, e outras fontes de vibração. Pontes, estádios e outras estruturas sujeitas à ação de cargas móveis ou sísmicas, também podem apresentar resposta dinâmica que comprometa a confiabilidade das mesmas ou cause desconforto aos seus usuários. Amortecedores passivos são uma alternativa econômica, eficaz e rápida para reduzir ou eliminar tais vibrações. Dentro dos vários tipos de amortecedores passivos propostos ou já em uso, destacam-se aqueles que funcionam por atrito entre dois corpos sólidos, devido à sua simplicidade, grande poder de dissipação e baixo custo. Na presente dissertação, é apresentado um estudo teórico e experimental sobre amortecedores de vibração por atrito. São discutidos aspectos importantes da física do atrito bem como métodos que facilitam o cálculo de sistemas que envolvem atrito. Também foram projetados e ensaiados modelos diferentes de amortecedores de vibração por atrito. O conceito é aplicado em um edifício metálico com seis pavimentos submetido à excitação sísmica. Com a elaboração de programas computacionais, é verificado que a resposta máxima da estrutura é consideravelmente reduzida após a instalação dos dissipadores.

Caracterização dos níveis de vibração em motoristas de ônibus : um enfoque no conforto e na saúde

Este trabalho, consiste em um estudo para avaliar os níveis de vibrações do corpo humano, do segmento mão-braço, e a transmissibilidade a que estão sujeitos os motoristas de ônibus urbanos. As medições foram realizadas, no eixo vertical, de acordo com as recomendações das normas ISO 2631 (1974 e 1997) e ISO 5349 (1986), utilizando-se acelerômetros uni-axiais, um computador com placa conversora analógica para digital (A/D), e programas desenvolvidos na plataforma de programação gráfica HPVee para aquisição e avaliação dos níveis de vibrações. A vibração vertical do corpo humano (direção z – ISO 2631) foi simultaneamente medida no assento do motorista e no suporte do banco junto ao piso do veículo. A vibração no segmento mão-braço (direção x – ISO 5349) foi medida no terceiro metacarpal, no triquetrum carpal e no ombro dos motoristas. Diferentes modelos de ônibus foram utilizados em uma rota de 18km que interliga as zonas norte e sul da cidade. Quatro acelerômetros uni-axiais (Endevco Isotron 2250A/AM1-10) foram usados para medir os níveis de vibração na mão, pulso, ombro do motorista e no assento; enquanto que, no piso, foi utilizado um acelerômetro uni-axial da Brüel & Kjaer 4338. Os resultados indicaram que, para o segmento mão-braço, os níveis de vibrações equivalentes a 4 horas de exposição são menores do que 2,0 m/s2, na maioria dos modelos, o que determina que os motoristas expostos até 25 anos possivelmente não apresentarão problemas relacionados à vibração. Porém, na análise em freqüência, os níveis de vibrações, nas faixas de freqüência de 6,3 a 50Hz, no terceiro metacarpal e no triquetrum carpal são superiores a 2,0 m/s2 podendo ocasionar danos a partir de 15 anos de exposição. Os níveis de vibrações do corpo humano e a transmissibilidade mostraram que os motoristas estão expostos a níveis perigosos de vibrações principalmente na área da ressonância da coluna vertebral.

Previsão de irregularidade pós-recape em rodovias do RS : ajuste no modelo HDM-4

Esta dissertação analisa a evolução da irregularidade longitudinal de pavimentos, devida à execução de recapes em concreto asfáltico. Consideraram-se nove trechos de rodovias, totalizando aproximadamente 265 km, com estruturas representativas da malha viária do Estado do Rio Grande do Sul. Registraram-se irregularidades antes e após o recape, e as reduções medidas foram comparadas com valores previstos pelos modelos linear e bilinear propostos pelo programa HDM-4 do Banco Mundial. As diferenças entre reduções previstas e medidas alertaram para a necessidade de ajuste dos modelos em alguns casos, levando em conta as estruturas dos pavimentos e as espessuras de recape analisadas. Propõe-se nesta dissertação valores para os parâmetros ajustáveis dos modelos, com cuja aplicação foram minimizadas as diferenças entre as reduções medidas e previstas. De forma complementar, desenvolveu-se um estudo de sensibilidade para determinar o efeito que as diferenças, por ventura existentes, entre espessuras projetadas e executadas de recape poderiam ter na redução da irregularidade. Também, por meio de uma análise estatística, obteve-se um modelo para previsão da redução da irregularidade em função da espessura do recape e da irregularidade anterior à execução do mesmo.

Desprendimento de vórtices e controle em esteira de cilindros por simulação numérica direta

O desprendimento de vórtices é responsável por vibrações prejudiciais a estruturas e pelo aumento de seus coeficientes de arraste. Portanto o correto entendimento e o controle do desprendimento de vórtices é de grande interesse de modo a diminuir custos de manutenção de estruturas estáticas e custos com combustíveis de estruturas móveis, por exemplo. O caráter tridimensional do desprendimento de vórtices a baixos números de Reynolds, entre 100 e 300, é aqui estudado através de Simulações Numéricas Diretas (DNS) do escoamento ao redor de cilindros circulares em duas e três dimensões. O controle do desprendimento de vórtices foi estudado nesta dissertação, através do uso de placas de separação do escoamento em simulações numéricas bidimensionais para números de Reynolds 100, 160 e 300, mostrando que para estes números de Reynolds é possível reduzir as freqüências de desprendimento, e em alguns casos até suprimi-las. A simulação tridimensional para Re = 300 mostrou um escoamento aparentemente bidimensional que afeta sensivelmente a freqüência de desprendimento quando em comparação o caso 2D. Para a realização das simulação numéricas foi utilizado um esquema compacto de diferenças finitas em associação com um método de representação virtual de obstáculos imersos em escoamentos, que permite a representação de geometrias complexas sobre uma malha cartesiana.

Simulação e controle de um sistema de suspensão simplificado

As aplicações da mecânica vibratória vêm crescendo significativamente na análise de sistemas de suspensões e estruturas de veículos, dentre outras. Desta forma, o presente trabalho desenvolve técnicas para a simulação e o controle de uma suspensão de automóvel utilizando modelos dinâmicos com um, dois e três graus de liberdade. Na obtenção das equações do movimento para o sistema massa-mola-amortecedor, o modelo matemático utilizado tem como base a equação de Lagrange e a segunda lei de Newton, com condições iniciais apropriadas. A solução numérica destas equações é obtida através do método de Runge-Kutta de 4ª ordem, utilizando o software MATLAB. Para controlar as vibrações do sistema utilizou-se três métodos diferentes de controle: clássico, LQR e alocação de pólos. O sistema assim obtido satisfaz as condições de estabilidade e de desempenho e é factível para aplicações práticas, pois os resultados obtidos comparam adequadamente com dados analíticos, numéricos ou experimentais encontrados na literatura, indicando que técnicas de controle como o clássico podem ser simples e eficientes.

Desmonte com explosivo em lavra subterrânea de carvão : avaliação do desempenho e utilização de ANFO

O desmonte com explosivos é uma das mais relevantes operações unitárias na lavra subterrânea de carvão no Brasil. Esta operação tem como objetivo a obtenção de ROM com uma distribuição granulométrica adequada, de tal forma que o impacto final na combinação com os custos de perfuração, limpeza e transporte sejam minimizados. A implantação de um controle de desempenho do desmonte, amparado em dados de geometria, análise de imagens e no monitoramento de vibrações, é uma ferramenta que permite avaliar as operações de desmonte. O controle de desempenho do desmonte deve englobar os seguintes parâmetros: geometria, desempenho do sistema de iniciação, desempenho da detonação, caracterização das propriedades do maciço rochoso e sua influência no processo de detonação, fragmentação e danos causados pelo desmonte às áreas adjacentes. Essa dissertação propõe métodos de diagnóstico para o desmonte com explosivos em subsolo amparados em dados de geometria, na análise de imagens e no monitoramento de vibrações. Investigou-se, também, a exeqüibilidade do uso de ANFO em perfuração de pequeno diâmetro com o objetivo de reduzir os custos globais de desmonte. Testes de desempenho foram realizados em superfície e subsolo, com um agente explosivo à base de nitrato de amônio e óleo combustível embalados em cartuchos plásticos. Complementando o controle de desempenho do desmonte e o estudo de viabilidade do emprego de ANFO, foi proposta a aplicação de metodologia para o controle de qualidade do sistema de iniciação das cargas explosivas com tubo de choque A adoção da metodologia desenvolvida mostrou-se apropriada para a elaboração de diagnósticos do desmonte com explosivos, tornando a tomada de decisão mais segura na introdução de melhorias nos sistemas de desmonte com explosivos possibilitando visualizar a necessidade de agregar qualidade à mão-de-obra com o desenvolvimento de programas de treinamento. Os estudos de adequação do ANFO apresentaram resultados positivos na sua aplicação em cenários particulares de desmonte subterrâneo, assim como a adoção da metodologia para o controle de qualidade dos sistemas de retardos demonstrou ser uma técnica eficiente e segura.

Dissipação de energia em estruturas com utilização de polímeros termoplásticos

Esta dissertação tem por objetivo contribuir à compreensão dos mecanismos e efeitos de dissipação de energia em estruturas mediante a utilização de materiais viscoelásticos. São obtidas experimentalmente as propriedades destes polímeros termoplásticos enfatizando seu uso como meio de redução das amplitudes de vibrações em estruturas submetidas a ações dinâmicas. Inicialmente, apresenta-se uma breve resenha histórica sobre o uso de materiais viscoelásticos com finalidade de amortecimento estrutural. São descritos modelos reológicos referentes ao comportamento mecânico, químico e térmico e também modelos matemáticos relacionados ao fenômeno do amortecimento necessários para o desenvolvimento do projeto dos amortecedores. A seguir, descreve-se detalhadamente o projeto, construção e análise de dissipadores de energia confeccionados com polímeros termoplásticos, mediante aplicações de carregamentos harmônicos cíclicos, é análisado seu comportamento. Finalmente, faz-se uma análise numérica da influência da incorporação de dissipadores numa estrutura real com problemas de vibrações excessivas. Conclusões sobre a aplicação deste tipo de amortecedor em estruturas em geral são apresentadas.