Orientador: Jose Roberto de França Arruda / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-14T19:55:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Meirelles_PabloSiqueira_M.pdf: 2209585 bytes, checksum: b84ab0d0713d63101d8b5830a09d5824 (MD5) Previous issue date: 1989 / Resumo: Este trabalho analisa as potencialidades e limitações de um método para a simulação de vibra,ões em estruturas. Com este propósito, foram efetuadas simulações em computador do comportamento Dinâmico de estruturas, lineares ou não, e aplicou-se o método proposto para determinar as excitações que, se aplicadas na estrutura provocariam respostas pré-determinadas na mesma. Estas experiências foram efetuadas para estruturas de 2 e 4 graus de liberdade simuladas mediante um integrador que utiliza o método de Newmark, nas quais foram introduzidas não linearidades do tipo atrito de Coulomb, amortecimento proporcional ao quadrado da diferença de velocidade entre suas extremidades (amortecimento quadrático) e rigidez proporcional ao quadrado da variação da distância entre as suas extremidades (rigidez quadrática). Para dar maior consistência aos resultados obtidos, foi montado um protótipo experimental simples, constituído por duas massas espaçadas por molas/amortecedores de borracha (não lineares), e no qual é possível alterar a influência das não-linearidades mudando o aperto de parafusos que fazem a ligação entre as duas peças. Neste protótipo foram efetuadas várias experiências com objetivo de mostrar a aplicabilidade do método na prática. As experiências efetuadas podem ser resumidas na obtenção dos sinais de excitação que conduzem a respostas semelhantes às obtidas no protótipo quando este é submetido a diversas solicitações (bati da, seqüência de batidas, balançando aleatoriamente) e com diversas intensidades. Também foram alteradas as características de não linearidade do protótipo mudando o aperto dos parafusos de regulagem ¿Observação: O resumo, na íntegra poderá ser visualizado no texto completo da tese digital. / Abstract: In this work, the possibilities and limitations of a method for the experimental simulation of vibrations on structures the laboratory are investigated. The method consists of determining the excitation forces that will make the structure vibrate in a predetermined way, which is usually the vibration measured "in situ" under normal or special operation conditions. Numerically simulated data are used to investigate the method The dynamic responses of linear and non-linear structures of 2 and 4 degrees of freedom are simulated. Different types of non-linear models are used, e. g. Coulomb damping, quadratic damping and quadratic stiffness ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations. / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:21:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 340634.pdf: 2833625 bytes, checksum: b81bcc87921391a2db1521595ea8dae6 (MD5) Previous issue date: 2016 / Metais com alta capacidade de amortecimento são materiais promissores para o controle passivo de vibrações, especialmente quando polímeros não podem ser aplicados. A metalurgia do pó pode levar ao desenvolvimento de materiais de alta capacidade de amortecimento inovadores através da possibilidade de acurado design microestrutural, o que pode permitir combinar diversos micromecanismos de amortecimento. Este trabalho avaliou com sucesso a influência de poros e partículas HBN sobre a vibração capacidade de amortecimento de ferro puro sinterizado. Para tal, as amostras foram produzidas com diferentes pressões de compactação, a fim de atingir diferentes teores de porosidade residual de, aproximadamente, 14, 18, 22 e 30%. Compósitos de matriz ferrosa contendo 2,5, 5,0, 7,5 e 10,0 %vol. de nitreto de boro hexagonal (hBN) disperso também foram produzidos. Ambos materiais, ferro puro e compósitos ferro-hBN, mostraram uma capacidade de amortecimento profundamente dependente da amplitude de vibração. Maiores amplitudes de deformação levam a uma maior capacidade de amortecimento, como resultado de maior nível de energia disponível para ativar seus mecanismos de amortecimento. Menores pressões de compactação levam a formação de poros maiores, mas a maioria das partículas de hBN, cisalhadas e partidas durante a compactação, são maiores, mais alongadas e com bordas mais agudas do que qualquer poro detectado. Ambos constituintes microestruturais levam à redução das propriedades mecânicas, mas o hBN promove uma fragilização maior como resultado da redução da continuidade da matriz do compósito gerado. Esta é uma consequência dos aglomerados hBN que são prensados e espalhados entre as partículas de ferro, impedindo a formação de contatos metal-metal e, consequentemente, impedindo a difusão e assim a densificação do compósito. A vantagem deste fato é a introdução de um novo micromecanismo de amortecimento: o atrito entre estas interfaces fracamente ligadas. Este comportamento, associado à capacidade intrínseca de amortecimento do hBN, leva a um crescimento exponencial da capacidade de amortecimento do compósito final, a medida que se aumenta o percentual deste sólido lamelar. A adição de 10% vol. de hBN leva a uma capacidade de amortecimento três vezes maior do que as amostras de ferro puro. No entanto, esta quantidade de hBN conduz também a uma tensão de falha durante os ensaios de tração de apenas 31 MPa, com alongamento máximo de apenas 0,4 %. Por outro lado, um aumento na percentagem e tamanho dos poros não conduz a um aumento representativo na capacidade de amortecimento do ferro sinterizado. Apesar de atuarem como concentradores de tensão, assim favorecendo mecanismos dependentes da amplitude de deformação na matriz adjacente, poros também reduzem o volume efetivo de material dissipando energia mecânica. A capacidade de amortecimento constante resultante pode ser explicada como uma redução simultânea de ambos os módulos de armazenamento e de perda.<br> / Abstract: High damping metals are promising materials for passive vibration control, especially when polymers cannot be applied. Powder metallurgy can lead to innovative high damping materials through precise microstructure designing, which may allow combine many different damping micromechanisms. This work successfully evaluated the influence of pores and hBN particles on the vibration damping capacity of sintered iron. To this end, samples were produced using different pressing loads in order to achieve different residual porosity of approximately, 14, 18, 22 and 30%. Iron matrix composites containing 2.5, 5.0, 7.5 and 10.0 % vol. of dispersed hexagonal boron nitride (hBN) particles were also produced. Both pure iron and iron-hBN composite samples showed a damping capacity deeply dependent of the strain amplitude. Higher strain amplitudes lead to higher damping capacity as a result of higher energy amounts available to activate their damping mechanisms. Lower compaction load leads to bigger pores, but the majority of the hBN particles, which are smeared, sheared and cracked during compaction are bigger, more elongated and with shaper edges than any detected pore. Both microstructural features lead to lower mechanical properties, but the hBN promotes a higher embrittlement as result of the reduction of matrix continuity. This is a consequence of the hBN agglomerates that are sheared in between the iron particles preventing the formation of metal-metal contacts, and consequently preventing diffusion and densification. The upside of this fact is the introduction of new damping micromechanism, the friction between this loosely bonded interfaces, i.e., particles can rub each other during cyclic loads dissipating mechanical energy. This behavior, associated with the hBN's intrinsic damping capacity lead to an exponential growth of the composite's final damping capacity by the introduction of this lamellar solid. The introduction of 10 % vol. of hBN leads to a damping capacity three times greater than the pure iron samples. However, this amount of hBN leads also to a failure tensile stress of only 31 MPa, with maximum elongation of only 0.4 %. On the other hand, a higher pore percentage do not lead to a representative increase in the damping capacity of sintered iron. Despite acting as stress concentrators, thus favoring amplitude-dependent mechanisms at the adjacent matrix, pores also reduce the effective volume dissipating mechanical energy. The resulting constant damping capacity can be explained as a simultaneous reduction of both storage and loss moduli.

Orientador: Michael John Brennan / Banca: Gilberto Pechoto de Melo / Banca: Paulo Jose Paupitz Gonçalves / Resumo: 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. / Abstract: 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. / Mestre

Orientador: Michael John Brennan / Banca: Gilberto Pechoto de Melo / Banca: Aldemir Aparecido Cavalini Junior / Resumo: Os sistemas produtivos modernos requerem, cada vez mais, confiabilidade e bom desempenho de seus equipamentos que, ao apresentarem níveis de vibração elevados, tendem a se deteriorar precocemente e produzir variações no processo produtivo, comprometendo assim sua utilização. Dado o interesse em mitigar os efeitos da vibração, nos últimos anos o estudo de sistemas que sejam capazes de controlar os deslocamentos e as forças dinâmicas geradas por equipamentos vem ganhando espaço considerável na engenharia. Este trabalho apresenta o estudo de uma técnica de controle semiativo que emprega a alteração das propriedades dinâmicas através da modificação da rigidez do sistema, para produzir o efeito de atenuação de vibrações. Foi desenvolvida uma metodologia para avaliação do efeito de alteração da rigidez do sistema através de análise adimensional dinâmica do sistema e, além disso, foram também equacionados analiticamente todos os parâmetros envolvidos no controle das propriedades do sistema. Foi desenvolvido o projeto teórico de um dispositivo capaz de realizar a modificação da rigidez de um sistema mecânico, sendo este simulado em condições de aplicação na atenuação de vibrações de um equipamento que atravessa sua frequência natural. Os resultados demonstram que o dispositivo tem aplicação bastante efetiva para pequenas estruturas e que o conceito pode ser estendido para experimentos com sistemas reais / Abstract: Modern production systems increasingly require good reliability and performance of their machines and equipment. Those which have high vibration levels tend to deteriorate sooner and to produce poor production processes, which means that the maximum availability cannot be exploited. In recent years, due to the desire to mitigate the effects of vibration, systems which are capable of controlling the dynamic displacements and forces generated by equipment, have been studied. The work in this dissertation presents a study of a semi-active control technique which changes the dynamic properties of a machine, through the modification of the system stiffness, to produce the effect of vibration reduction. A methodology is developed to evaluate the effect of the system stiffness alteration through dynamic analysis. A potential implementation of a design capable of modifying the stiffness of a mechanical system is presented, and simulations are carried out into its performance as a machine passes through its natural frequency. The results show that the design works in principle and has the potential to work in a real experimental system / Mestre

Orientador: Paulo José Paupitz Gonçalves / Banca: Marcos Silveira / Banca: Douglas Domingues Bueno / Resumo: O isolamento de vibração é a técnica mais utilizada atualmente para a proteção de mecanismos e estruturas que sofrem excitação, seja ela por choque/impacto, seja ela harmônica. Este trabalho adiciona ao isolador de vibração comum, composto por molas e amortecedores, um elemento conhecido como inerter, que recentemente tem chamado bastante a atenção da comunidade científica, e também, separadamente, adiciona amortecedores não lineares, com o intuito de avaliar a influência destes elementos no isolamento. As curvas de transmissibilidade obtidas, que indicam a performance do isolamento à excitação harmônica, para os isoladores com inerter são comparadas à de um isolador comum composto somente por uma mola, e entre elas, enquanto que as curvas obtidas para os isoladores com amortecedores não lineares são comparadas entre si e à de um isolador comum com amortecimento linear. Os resultados obtidos mostram que a adição do inerter aos isoladores de vibração pode ser muito benéfica para o isolamento em determinadas faixas de frequência, mas em outras não, e tais faixas dependem de como o isolador é construído. Além disso, os isoladores com inerter são benéficos principalmente para sistemas subamortecidos. Os isoladores subamortecidos com inerter apresentaram características de isolamento diferentes uns dos outros, o que os leva a serem aplicados em diferentes situações. Os resultados obtidos para os isoladores com amortecedores não lineares mostraram que tais sistemas também podem mel... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The vibration isolation is currently the most used technique for protecting mechanisms and structures which are under shock/impact or harmonic excitation. This work presents to the common vibration isolator, consisted by springs and dampers, an element known as inerter, which recently has took great attention in the scientific community, and also presents the use of non-linear dampers to analyze the influence of these elements on isolation. The transmissibility curves obtained, which indicate the performance of the isolation for systems under harmonic excitation, for the isolators with the inerter element are compared with the spring-damper isolator frequency response as well the isolators with non-linear damping. The results obtained show that the addition of the inerter element can be beneficial for the isolation performance in a frequency range, but degrades the high frequency isolation, and they depend on how the isolator is built. Besides, the isolators with inerter are beneficial mainly for underdamped systems. The different underdamped systems with inerter presented unique isolation characteristics. The results obtained for the isolators with non-linear dampers presented that such systems can also improve the isolation in certain frequency ranges when compared to an isolator with linear damping. / Mestre

Resumo: Os desastres naturais são um grande interesse em engenharia, pois são fenômenos de caráter dinâmico. O desastre natural estudado neste trabalho é a ocorrência de ações sísmicas sobre estruturas, mais precisamente a ação das vibrações do terremoto em estruturas civis. Amortecedores de massa sintonizados (AMS) ou Absorvedores Dinâmicos são dispositivos para controle passivo de vibrações em máquinas, prédios ou outras estruturas. Com o passar dos anos esses dispositivos foram aprimorados e tornaram-se mais versáteis. Neste contexto, apresentam-se um dispositivo considerando uma dependência cúbica do deslocamento na rigidez do elemento elástico acoplado à massa principal e conectada ao aparelho, ambos em paralelo com um amortecimento viscoso linear. O problema é modelado através de equações diferenciais ordinárias não lineares que serão linearizadas em torno de seu ponto de equilíbrio. Como forma de excitar o AMS, foi utilizada uma excitação sísmica sendo esta uma função espectral real, o espectro Tajimi- Kanai, já que em uma situação real, as propriedades do solo local produzem alteração nas propriedades dinâmicas, causando assim uma instabilidade na estrutura onde foram utilizados parâmetros para encontrar um comportamento caótico no sistema. Como forma de minimizar as vibrações causadas pela excitação sísmica foi desenvolvido um controle hibrido estrutural. A técnica de controle utilizada tem o objetivo de minimizar as vibrações e reduzir o movimento caótico do sistema a um ponto estável. Comprovou-se que a estratégia de controle híbrido adotado demonstra eficiência para este tipo de situação e pode ser utilizada como forma de auxiliar na atenuação de danos provocados às estruturas, evitando prejuízos econômicos, perdas biológicas e materiais

A tendência de interconexão dos sistemas elétricos e a necessidade de oferecer melhores serviços aos consumidores tem aumentado. Os sistemas vêm operando mais próximos da capacidade de geração e limites de transmissão e, portanto, próximos dos limites de estabilidade. Portanto a implementação de análises de estabilidade com métodos computacionais eficientes tem sido um dos principais assuntos pesquisados nesta área. Os modelos utilizados até então, são bastante simples e efeitos amortecedores como a dependência da carga com a freqüência têm sido desprezados. No sentido de incorporar estes amortecimentos nas análises, este trabalho propõe um modelo de cargas dependentes da freqüência e mostra a importante influência do amortecimento sobre o tempo crítico de abertura nas análises de estabilidade em \"swings\" subsequentes ao primeiro. Tal modelo de carga requer a preservação da estrutura original do sistema e o conhecimento das frequências das barras não geradoras. Desenvolveu-se um programa segundo a proposta de Ruppert [5] que permite o cálculo destas frequências de forma considerada precisa, porém, esta metodologia se mostra muito lenta e revela a necessidade de métodos mais rápidos. Neste trabalho é proposto um novo método de se estimar as frequências das barras não geradoras baseando-se no acoplamento elétrico do sistema. Mostra-se, através de comparações com resultados obtidos com o método de Ruppert, que esta nova metodologia, ao contrário de metodologias propostas anteriormente, é razoavelmente precisa e bastante rápida. / The trend for interconnection of the electrical systems and the necessity to offer better services to the consumers have increased. The systems have operated more close to the generation capability and transmission limits, therefore, close to the estability frontiers. Then, the implementation of the stability analysis with efficient computing methods has been one of the main subjects searched in this area. The models used until then are simple and damping effects as frequency load dependency has been disregarded. Aiming to incorporate this dampings effects in the analysis, this work suggest a frequency dependent load model and shows the important influence of these damping effects in the critical clearing time, specially in cases in which the system loses synchronism after the first swing. In order to implement this load model it is necessary to preserve the network structure and also to know the frequencies at the load buses. A program was developed following the Ruppert [5] proposal that permits the calculation of these frequencies in a way considered precise, however, this method shows itself too slow and reveals the requirement for faster methods. In this work a new, efficient and fast method to estimate the frequencies at the load buses is also proposed. The obtained results are encorageous, and the new method allows to determine the system frequency islands, extending the concept of coherence, already known for generators, to load buses.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / A busca por veículos seguros é uma necessidade atual dado o grande número de colisões veiculares, conforme mostrado por estatísticas de trânsito. Para o desenvolvimento de veículos mais seguros é necessário o entendimento do esmagamento axial de seus componentes estruturais durante colisões, pois a deformação de tais componentes absorve grande parte da energia cinética. Neste sentido, este trabalho apresenta um estudo acerca do esmagamento axial de tubos de seção quadrada usados como absorvedores de energia. Esses tubos constituem geometrias representativas do crash box, um absorvedor de energia posicionado entre o para-choque e as longarinas de muitos modelos de veículos. Para o desenvolvimento do trabalho, a influência de três parâmetros foi estudada: material da composição do absorvedor (alumínio e aço), espessura da parede e presença de furos laterais circulares nas paredes dos absorvedores. Os estudos foram realizados por meio de ensaios de esmagamento em baixa velocidade (solicitação quase-estática) e simulações numéricas foram executadas com o objetivo de analisar os modos de flambagem e a distribuição de tensão ao longo das paredes dos absorvedores de energia. Indicadores de desempenho foram estabelecidos e comparados com a finalidade de identificar os absorvedores mais eficientes. Verificou-se que a espessura da parede e o material influenciam significativamente os indicadores de desempenho estudados. Sobre a influência dos furos laterais, foi constatado que esses constituem concentradores de tensão e estabelecem um padrão de distribuição da tensão ao longo das paredes dos tubos, o que altera o processo de deformação dos absorvedores de energia e consequentemente influencia os indicadores de desempenho analisados. Em relação ao indicador de desempenho energia absorvida, verificou-se um aumento de 28% para os absorvedores fabricados em aço e de 67% para os absorvedores fabricados em alumínio quando a espessura da parede foi aumentada. Sobre o estudo da presença de furos, foi verificado um aumento de 15% da energia específica para o caso do aço e 9% para o alumínio quando o absorvedor de melhor desempenho foi comparado ao absorvedor sem furos laterais. Como inovação em relação aos trabalhos apresentados pela literatura estudada, apresenta-se o estudo da presença de várias camadas de furos laterais e o uso de simulações numéricas de distribuição de tensão como forma de entendimento do esmagamento axial de absorvedores de seção quadrada. / The search for safe vehicles is essential nowadays due to the large number of car crashes, as can be noted by the traffic statistcs. In order to design safer vehicles, it is necessary the understainment on how the structural components of the car behaves under axial crushing, since its deformation absorbes a large percentage of the kinetic energy. In this sense, this work presents a study on the axial crushing of square tubes used as energy absorbers. These tubes are representatives of crash box, which is an energy absorber placed between the bumper and the side members of many vehicles. In order to develop this work, three parameters were studied: material used on the absorber (aluminium and steel), wall thickness and the presence of circular holes on the tubes’ walls. The studies were conducted by means of low-speed crushing testes (quasi-static solicitation) and numerical simulations were conducted in order to analysis the buckling modes and the stress distribution along the absorbers’ walls. Performance indicators were stablished and compared for the purpose of finding the most efficient absorbers. It was found that the tube’s wall thickness and its material have a great influence on the performance indicators. Concerning to the influence of the lateral holes, it was verified that the holes work as stress concentrators and induce a pattern for the stress distribution along the tubes’ walls. This pattern changes the way the energy absorber deformates, and the performance indicators also change as a consequence. Concerning to the Absoved Energy, an increase of 28% was verified in the absorbers made with steel and 67% for the absorbers made with aluminum when the wall thickness was increased. About the study related to the presence of lateral holes, it was verified an increase of 15% for steel and 9% for aluminum when the best absorber was compared to its equivalent with no holes. As innovation, this work provides a study concernig to the presence of various layers of lateral holes and the use of numerical simulations to promote a better understanding about the crhusing behavior of tubes used as energy absorbers.

Esta dissertação apresenta uma contribuição à compreensão e quantificação do amortecimento em amortecedores, como uma base para o projeto e construção de um amortecedor viscoelástico e determinação experimental de suas propriedades, para aplicação na redução das amplitudes de vibração, em estruturas submetidas a excitações dinâmicas. Uma breve revisão histórica do uso de amortecedores viscoelásticos, na indústria de construções, é inicialmente apresentada. Modelos reológicos são então discutidos, com ênfase sobre a influência da temperatura, freqüência, amplitude de deslocamento, envelhecimento e pré-carga sobre os parâmetros de amortecimento. Modelos matemáticos disponíveis necessários para a descrição do fenômeno e métodos para a medida do amortecimento são, a seguir, descritos. Finalmente, um amortecedor viscoelástico é projetado e construído, utilizando-se recursos locais. Seu comportamento é experimentalmente determinado em uma máquina de teste servo-hidráulica MTS-810. A influência de vários fatores, tais como temperatura, freqüência e amplitude de vibração são avaliados, e conclusões são tiradas sobre a aplicação deste tipo de amortecedor, em construções e estruturas industriais.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Hidráulica). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008