Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work is dedicated to the design of a vibrating blade dynamic vibration absorber (ADVLV), which is composed by a blade that is subjected to an initial traction T , and contains a concentrated mass m that is fixed at a given position d along the blade. These three parameters can be adjusted so that the ADVLV is tuned. For this aim, a finite element model of the system was built, leading to a design methodology for the absorber. Also, design of experiment techniques were performed to obtain the most interesting configurations for the system, both for the computational and experimental models. Special care was taken with respect to the boundary conditions for the finite element model, so that the dynamic responses could correspond to the physical aspects of the problem, accordingly. Besides, an experimental prototype was constructed and tested under laboratory conditions. The experimental results were compared with those obtained from mathematical simulation. From this comparison, it was concluded that the finite element model had to be updated in such a way that experimental results could match. A vibrating string dynamic vibration absorber (ADVCV) was also studied. However, this DVA configuration presented two anti-resonant frequencies due to the coupling of the first vibration mode along the horizontal and vertical directions with a concentrated mass. Another phenomenon that was observed is the tridimensional motion of the vibrating string around its equilibrium position, leading to an ellipsoid-shape movement when a harmonic excitation whose frequency coincides with the primary system resonance frequency is applied to the system. This way, the ADVCV is not able to attenuate the vibration amplitude of the primary system satisfactorily. It is worth mentioning that the proposed ADVLV presents a good dynamic behavior besides a wide frequency range along which the DVA can be tuned. Besides, the present vibration absorbing device is simple and can be easily connected to the primary system both to mechanical and civil engineering structures. / Este trabalho aborda o projeto de um absorvedor dinâmico de vibrações do tipo lâmina vibrante (ADVLV), sendo este constituído por uma lâmina sujeita a uma tração inicial T com uma massa concentrada m que pode ser fixada em uma posição d da lâmina. Este três parâmetros podem ser alterados a fim de se obter a sintonia do ADVLV. Para realizar o estudo deste, foi elaborado um modelo de elementos finitos do sistema, permitindo assim obter a metodologia para seu projeto. Também foram usadas técnicas de planejamento de experimento para obter as melhores configurações, tanto para os ensaios computacionais como experimentais. Foram tomados cuidados na criação das condições de contorno do modelo de elementos finitos, a fim de se obter respostas que representem adequadamente os aspectos físicos do problema. Também foi construído um protótipo e este foi ensaiado no laboratório. Os resultados obtidos foram comparados com os obtidos através da simulação computacional. A partir desta comparação verificou-se a importância de realizar ajustes no modelo de elementos finitos para adequar este à realidade. Também foi estudado o absorvedor dinâmico de vibração do tipo corda vibrante. Entretanto este ultimo ADV apresentou duas freqüências de anti-ressonância devido ao acoplamento do primeiro modo de vibrar nas direções horizontal e vertical da corda vibrante com uma massa concentrada. Outro fenômeno observado foi o movimento tridimensional da corda vibrante em torno da sua posição de equilíbrio, resultando uma forma semelhante a um elipsóide de revolução quando uma excitação harmônica com freqüência igual à freqüência de ressonância do sistema primário é aplicada sobre o sistema. Desta forma, o ADVCV não consegue cumprir a sua função de atenuar a amplitude de vibração da estrutura primária, sendo, portanto, completamente ineficiente neste caso. O ADVLV, proposto neste trabalho, apresentou comportamento dinâmico satisfatório, além de uma grande faixa de freqüências na qual o ADV pode ser sintonizado. Este dispositivo é de fácil construção e acoplamento, tanto a sistemas mecânicos, como a estruturas de construção civil. / Mestre em Engenharia Mecânica

A presente dissertação trata do estudo de um absorvedor dinâmico de vibrações (ADV) sintonizável por meio da geração voluntária de tensões induzidas por campos de temperatura aplicados a estruturas do tipo placas finas, explorando o efeito conhecido por enrijecimento por tensões (stress stiffening). Após apresentação da teoria subjacente aos absorvedores dinâmicos de vibrações e à modelagem numérica do comportamento dinâmico de placas sob a ação de tensões de origem térmica, foram realizadas simulações numéricas baseadas em discretização por elementos finitos visando à caracterização do comportamento dinâmico de placas retangulares sujeitas a diferentes tipos de carregamento térmico e condições de contorno mecânicas. Para este efeito, foi desenvolvido um procedimento de modelagem multifísica utilizando um programa comercial de análise por elementos finitos que permite considerar formas arbitrárias de carregamento térmico e condições de contorno térmicas e mecânicas. Os resultados destas simulações comprovaram que variações substanciais dos valores das frequências naturais de vibração podem resultar das tensões induzidas por campos térmicos. Com base nestes resultados, foi projetado um ADV consistindo de uma placa metálica fina circular confinada em sua borda externa por dois anéis metálicos, de sorte que a frequência natural correspondente ao primeiro modo de flexão axissimétrico possa ser ajustada pela diferença entre as temperaturas impostas à placa e aos anéis. Diversas simulações numéricas baseadas em elementos finitos foram realizadas visando à otimização da geometria e previsão do desempenho do ADV. Um protótipo do absorvedor dinâmico foi construído, dispondo de aquecedores resistivos de película para aquecimento independente e controlado de seus componentes. Diversos ensaios dinâmicos foram realizados com o protótipo visando à caracterização de seu comportamento sem e com efeitos térmicos. Os resultados experimentais confirmaram a influência significativa das tensões térmicas sobre o comportamento dinâmico do ADV e a possibilidade de obter sua sintonização. / The present work is devoted to the study of a dynamic vibration absorber (DVA) that can be tuned by the voluntary introduction of stress induced by temperature distributions in plate-like structures, based on the effect known as stress-stiffening. After summarizing the underlying theory of dynamic vibration absorbers and modeling the dynamic behavior of thin plates in the presence of thermally-induced stresses, numerical simulations based on finite element discretization have been made to characterize the dynamic behavior of rectangular plates under different thermal loads and mechanical boundary conditions. For this purpose, a general multiphysic modeling procedure based on a finite element commercial code has been developed, enabling to considerer all the possible forms of thermal load and thermal and mechanical boundary conditions. The results of these simulations have shown that significant variations of the natural frequencies can result from the induction of thermal stresses. Based on these results, a DVA has been designed, consisting of a thin circular metallic plate constrained at its outer border by thick metallic rings, in such a way that the natural frequency associated to the first axissymmetric bending mode can be adjusted according to the difference between the temperatures of the plate and the rings. A number of numerical simulations based on finite elements have been made aiming at optimizing the geometry and predicting the performance of the DVA. A prototype of the absorber has been built, having foil resistive heaters for the controlled application of heat to the plate and the rings. Dynamic tests have been carried-out on the prototype for the characterization of its dynamic behavior with and without thermal effects. The experimental results confirmed the significant influence of the thermal stresses on the natural frequencies of the DVA and the possibility of achieving frequency tuning. / Dissertação (Mestrado)