Otimização topológica de estruturas contínuas submetidas a restrições de flexibilidade, volume e frequência natural

Este trabalho trata dos problemas de otimização de minimização de volume com restrição de flexibilidade e freqüência natural e minimização de flexibilidade com restrição de volume. Os problemas são resolvidos para estruturas bidimensionais e tridimensionais. As equações diferenciais de equilíbrio são solucionadas de forma aproximada através do método dos elementos finitos, em um subespaço de dimensão finita. O método utilizado no estudo é o da otimização topológica, o qual consiste em encontrar dentro de um domínio pré-existente uma distribuição ideal de material. São avaliadas técnicas como programação linear e critério de ótimo. Em ambos os casos são utilizadas sensibilidades calculadas analiticamente. Para a otimização com restrição modal, problemas característicos como autovalores repetidos e normalização do autovetor são tratados. Ferramentas usadas na otimização topológica, como método da continuação, penalização e filtragem são discutidos. São abordados também problemas e características inerentes ao processo de otimização topológica, tais como instabilidades de tabuleiros, dependência de malha e sensibilidade da topologia a diferentes condições de contorno. Os resultados obtidos permitem avaliações referentes à otimização topológica (geometrias, ou seja, topologias resultantes) sob diferentes condições, utilizando-se as ferramentas discutidas nesse trabalho.

Vibração de barras em pequena amplitude com efeito geométrico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Aplicação do método de ensaio das frequências naturais de vibração para obtenção do módulo de elasticidade de peças estruturais de madeira

Existem diversas técnicas para caracterização do módulo de elasticidade de madeiras e, dentre as atualmente empregadas, destacam-se aquelas que utilizam as frequências naturais de vibração, por serem técnicas não destrutivas e, portanto, apresentarem resultados que podem ser repetidos e comparados ao longo do tempo. Este trabalho teve como objetivo avaliar a eficácia, dos métodos de ensaios baseados nas frequências naturais de vibração comparando-os aos resultados obtidos na flexão estática na obtenção das propriedades elásticas em peças estruturais de madeira de reflorestamento que são usualmente empregadas na construção civil. Foram avaliadas 24 vigas de Eucalyptus sp. com dimensões nominais (40 x 60 x 2.000 mm) e 14 vigas de Pinus oocarpa com dimensões nominais (45 x 90 x 2.300 mm), ambas sem tratamento; 30 pranchas com dimensões nominais (40 x 240 x 2.010 mm) e 30 pranchas com dimensões nominais (40 x 240 x 3.050 mm), ambas de Pinnus oocarpa e com tratamento preservativo à base de Arseniato de Cobre Cromatado - CCA. Os resultados obtidos apresentaram boa correlação quando comparados aos resultados obtidos pelo método mecânico de flexão estática, especialmente quando empregada a frequência natural de vibração longitudinal. O emprego da frequência longitudinal mostrou-se confiável e prático, portanto recomendada para a determinação do módulo de elasticidade de peças estruturais de madeira. Verificou-se ainda que, empregando a frequência longitudinal, não há necessidade de um suporte específico para os corpos de prova ou calibrações prévias, reduzindo assim o tempo de execução e favorecendo o ensaio de grande quantidade de amostras.

Análise do comportamento estrutural de uma lancha salva-vidas

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Impactos causados por vibrações mecânicas em chapas de alumínio no processo de laminação a frio

This paper purpose is to analyze one of the main problems faced by cold rolling industry of the current time, the mechanical vibration. Factors such as strips with high velocity in order to increase the productivity and thickness becoming thinner and thinner cause the vibrations to be present at all times during rolling. These market requirements also drive the industry for technology development and thus bring the challenges that the operation of a new modern equipment and more powerful. The initial purpose is to analyze the forces that cause vibration in a rolling mill type four high with two stands, where is desirable to identify the origins of these vibrational forces to make possible dismiss them or at least control its intensity, in order to prevent damage in the rolling mill and ensure product quality to the customer. For it, will be used instruments to record and store the vibrations that occur during the lamination process. With this data will be able to analyze the characteristics of the vibrations and act at your elimination. At the end of the work is expected to demonstrate how important the critical view of the engineer in the analysis of graphics combined with the calculations of the natural vibration frequency and engagement of key parts of the laminator. With these two tools at hand, will be possible to increase the productivity of the rolling mill and act preventively in maintenance, thereby reducing your downtime and increasing its performance and efficiency

Impactos causados por vibrações mecânicas em chapas de alumínio no processo de laminação a frio

This paper purpose is to analyze one of the main problems faced by cold rolling industry of the current time, the mechanical vibration. Factors such as strips with high velocity in order to increase the productivity and thickness becoming thinner and thinner cause the vibrations to be present at all times during rolling. These market requirements also drive the industry for technology development and thus bring the challenges that the operation of a new modern equipment and more powerful. The initial purpose is to analyze the forces that cause vibration in a rolling mill type four high with two stands, where is desirable to identify the origins of these vibrational forces to make possible dismiss them or at least control its intensity, in order to prevent damage in the rolling mill and ensure product quality to the customer. For it, will be used instruments to record and store the vibrations that occur during the lamination process. With this data will be able to analyze the characteristics of the vibrations and act at your elimination. At the end of the work is expected to demonstrate how important the critical view of the engineer in the analysis of graphics combined with the calculations of the natural vibration frequency and engagement of key parts of the laminator. With these two tools at hand, will be possible to increase the productivity of the rolling mill and act preventively in maintenance, thereby reducing your downtime and increasing its performance and efficiency

Determinação da freqüência natural de eixos utilizando o software excel

This work aims to determine the first natural frequency of rotation shaft by using a basic software, Excel, and to compare it to the values obtained in laboratory. When an axle is submitted to a rotation, depending on the rotational frequency used, the axle can enter a state of resonance, in which the amplitude of vibration becomes rather high. The frequencies in which the resonance is observed depends on several parameters of the axle, including the number of concentrated masses associated to the axle. Thus, to obtain a computer program of easy use and access, which can preview the frequency of resonance of an axle in rotation with ‘n’ numbers of concentrated masses it has been studied how the frequency varies with each of these parameters. The computer program and the analyses have been made using the Rayleigh Method, which allowed the transformation of a continuous system to discrete through the theory of finite elements, which has proved that, the bigger the number of divisions of the shaft taken into consideration in the calculus of the natural frequency, the more this value gets close to the real value. The results obtained have been considered satisfactory once these have gotten close to the theoretical results expected

Estudo experimental do fenômeno de vibração induzida por vórtices em cilindro rígido livre para oscilar com dois graus de liberdade.

O fenômeno de vibração induzida por vórtices (VIV) é um problema fundamental dentro da Mecânica dos Fluidos e um exemplo importante de interação fluido-estrutura. Esta tese investiga fenômeno de VIV quando um cilindro rígido, submetido a escoamento uniforme, está livre para oscilar na direção transversal e alinhada com a corrente incidente. A tese foi estruturada ao redor de sete perguntas relacionadas ao fenômeno de VIV: 1) O fenômeno e os resultados experimentais são repetitivos? 2) Como ocorre a transição entre ramos de resposta? 3) Qual é o papel da inércia da estrutura oscilante? 4) Qual é o papel de sua rigidez? 5) Quais são as frequências naturais mais importantes da estrutura? 6) Quais padrões de esteira se desenvolvem para VIV com dois graus de liberdade? 7) Quais são os efeitos do movimento na direção alinhada com a corrente no processo de formação e desprendimento de vórtices? O fenômeno de VIV é estudado de maneira experimental em uma base elástica pendular capaz de oscilar com o mesmo momento de inércia e frequência natural nas duas direções. Os experimentos de VIV foram realizados em canal de água recirculante e com diferentes condições de inércia e rigidez. A técnica de velocimetria por imagem de partículas foi usada e permitiu identificar diferentes padrões de esteira de vórtices. Verificou-se que o VIV é repetitivo a nível de amplitudes médias e frequências dominantes. A transição dos ramos pode ocorrer de maneira intermitente ou com histerese. Os parâmetros de inércia e rigidez da estrutura são capazes de mudar o regime de oscilação e, para algumas condições, suprimir as vibrações alinhadas com a corrente. Dentre os padrões de esteira observados, um deles não havia sido relatado na literatura e é definido nesta tese. O novo modo de emissão apresenta dois vórtices com circulação oposta e elevada intensidade emitidos por ciclo. A influência da direção alinhada com o escoamento está relacionada a dois efeitos: a velocidade relativa entre o cilindro e o fluido, responsável pelo aumento da circulação dos vórtices na esteira, e o ângulo de fase do movimento nas direções alinhada e transversal, capaz de mudar o processo de formação dos vórtices.

Estudo numérico e experimental sobre o comportamento dinâmico de um edifício

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

Análise dinâmica de mecanismo articulado de suspensão com não-linearidade na rigidez devido à geometria e à excitação por desbalanceamento rotativo na condição não ideal

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEB

Projeto de controladores para a maximização de sistemas de captação de energia considerando excitação não ideal

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Controle das propriedades dinâmicas de sistemas mecânicos através da utilização de molas inteligentes

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Otimização de torre de aço para aerogerador eólico.

Diversas formas de geração de energia vêm sendo desenvolvidas com o objetivo de oferecer alternativas ecologicamente corretas. Neste contexto, a energia eólica vem se destacando na região Nordeste do Brasil, devido ao grande potencial dos ventos da região. As torres, que representam parcela significativa do custo total do sistema, tendem a crescer buscando ventos mais fortes e permitindo assim a utilização de aerogeradores com maior capacidade de geração de energia. Este trabalho tem como objetivo formular um modelo de otimização de torres tubulares de aço, para aerogeradores eólicos. Busca-se minimizar o volume total (custo, indiretamente), tendo como variáveis de projeto as espessuras da parede da torre. São impostas restrições relativas à frequência natural e ao comportamento estrutural (tensão e deslocamento máximo de acordo com recomendações da norma Europeia). A estrutura da torre é modelada com base no Método dos Elementos Finitos e o carregamento atuante na estrutura inclui os pesos da torre, do conjunto de equipamentos instalados no topo (aerogerador), e o efeito estático da ação do vento sobre a torre. Para verificação das tensões, deslocamentos e frequências naturais, foram utilizados elementos finitos de casca disponíveis na biblioteca do programa de análise ANSYS. Os modelos de otimização foram também implementados no modulo de otimização do programa ANSYS (design optimization), que utiliza técnicas matemáticas em um processo iterativo computadorizado até que um projeto considerado ótimo seja alcançado. Nas aplicações foram usados os métodos de aproximação por subproblemas e o método de primeira ordem. Os resultados obtidos revelam que torres para aerogeradores merecem atenção especial, em relação à concepção do projeto estrutural, sendo que seu desempenho deve ser verificado através de metodologias completas que englobem além das análises clássicas (estáticas e dinâmicas), incluam também as análises de otimização.

Um estudo da dinâmica fracamente não-linear de um sistema nanomecânico

Pós-graduação em Matemática - IBILCE

Estratégias de controle de ordem fracionária aplicadas ao amortecimento de oscilações eletromecânicas em sistemas elétricos de potência

Neste trabalho é proposta uma nova metodologia de projeto de estabilizadores de sistemas de potência baseada em teoria de sistemas de ordem fracionária (ESP-OF). A estratégia é baseada em uma generalização do projeto de compensadores do tipo rede avançoatraso (lead-lag) para o domínio de funções de transferência de ordem fracionária. Uma nova variável de projeto, a qual define a ordem da dinâmica fracionária do controlador, é sintonizada para se obter um compromisso entre um bom desempenho no amortecimento do modo eletromecânico dominante e uma robustez ampliada do ESP-OF. O desempenho do ESP-OF foi avaliado experimentalmente, em um sistema de potência em escala reduzida, localizado no Laboratório de Sistemas de Potência da Universidade Federal do Pará. A referida planta de teste apresenta uma estrutura típica do tipo gerador síncrono conectado a um barramento infinito e exibe um modo dominante de oscilação eletromecânica, de amortecimento extremamente reduzido, cujo valor da frequência natural é em torno de 1,2 Hz. O ESP-OF foi então projetado para ampliar o amortecimento relativo desse modo alvo, para toda a faixa de operação admissível. Para fins de implementação prática, primeiramente foram realizados testes experimentais para a identificação de um modelo nominal da planta, sob a forma de uma função de transferência pulsada, para uso na fase de projeto. O modelo obtido experimentalmente foi então validado e posteriormente utilizado tanto para o projeto do ESP-OF quanto para o projeto de um ESP convencional (utilizado para fins de comparação de desempenho). As leis de controle amortecedor do ESP-OF foram calculadas, convertidas para a forma de equações a diferenças e, subsequentemente, embarcadas em sistema digital baseado em microcontrolador DSPIC. Diversos testes de resposta ao impulso foram realizadas sob diferentes condições operacionais. As respectivas respostas dinâmicas dos sinais de saída da planta (desvio de potencia ativa) e do esforço de controle foram registradas para fins de análise. Os resultados experimentais mostraram que o ESP fracionário apresentou um desemprenho dinâmico e robustez similar em comparação com o desempenho obtido por um ESP convencional, para toda a faixa de operação investigada.