Orientador: Bento Rodrigues de Pontes Junior / Banca: Marcio Antonio Bazani / Banca: Andre Luiz Andreoli / Resumo: Quatro configurações de circuito elétrico são estudadas como opções de ligação em dispositivos eletromecânicos: puramente resistivo, RL em série, RLC em série e RLC em série com indutância de variação não linear. Respostas em frequência, diagramas de bifurcação, históricos no tempo, planos de fase, mapas de Poincaré e espectros de frequência são utilizados nas análises. Os três circuitos lineares explorados na dissertação revelam algumas diferenças em termos da transmissibilidade de deslocamento. O sistema com circuito puramente resistivo tem as mesmas características de um sistema puramente mecânico e viscosamente amortecido, mas a resistência elétrica e o fator de amortecimento viscoso se relacionam de forma inversamente proporcional. As respostas dos circuitos RL e RLC, ambos em série, apresentam aspectos mais comportados. A principal diferença entre os sistemas com circuitos RL e RLC em série está principalmente na transmissibilidade para baixas frequências. Embora com uma pequena diferença, a transmissibilidade do sistema com circuito RLC é menor do que a do sistema com circuito RL, para baixas frequências. Para o sistema não linear, nas respostas em frequência e diagramas de bifurcação percebem-se regiões de resposta desordenada para valores baixos de resistência elétrica em determinadas faixas de frequência. Com a análise das respostas, notam-se as presenças dos comportamentos dinâmicos periódico, quasi-periódico e caótico. Para valores baixos de resistência elétrica, ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Four configurations of electrical circuit are studied as options of electromechanical devices: purely resistive, RL in series, RLC in series e RLC in series with nonlinear inductance. Frequency responses, bifurcation diagrams, time series, phase plane, Poincaré maps and frequency spectrum are used in analysis. The three linear circuits explored in this dissertation reveal some differences in terms of displacement transmissibility. The system with purely resistive circuit has the same characteristics of a purely viscous damped, but the electrical resistance and the damping factor are inversely proportional. Responses of circuits RL and RLC, both in series, present behaving aspects. The main difference between the systems with RL and RLC circuits is related to the transmissibility for low frequencies. Although with a small difference, the transmissibility of RLC circuit system is smaller than the RL circuit system, for low frequencies. For the nonlinear system, it is possible to perceive disordered response regions for small values of electrical resistance on certain frequency bands. After response analisys, it is noted the presence of periodic, quasi-periodic and chaotic behaviors. For small values of electrical resistance, the choice of capacitance value is very important to determine the type of the dynamic behavior. Small differences of the capacitance values mean significant changes in the system dynamics. It is not rare that even inside the tolerance of electrical compone... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Marcos Silveira / Banca: Paulo José Paupitz Gonçalves / Banca: Fabricio Cesar Lobato de Almeida / Banca: Angelo Marcelo Tusset / Banca: Maíra Martins da Silva / Resumo: O objetivo desse trabalho é realizar um estudo do comportamento dinâmico de sistemas de suspensão veicular que empregam amortecimento assimétrico incluindo não linearidade geométrica, com foco na melhoria do conforto para os passageiros, considerando o perfil da estrada harmônico e estocástico. Os veículos terrestres estão sujeitos às vibrações induzidas pela superfície em que se deslocam e o conforto para os passageiros e o contato entre a estrada e o pneu depende desses fatores. Na prática, os veículos precisam ser equipados com sistemas de suspensão para minimizar os efeitos das imperfeições da estrada, aumentando o seu conforto. Nesse contexto, a eficácia do sistema de suspensão pode ser avaliada observando a aceleração da massa suspensa, que está relacionada diretamente com o nível de conforto para os passageiros. O perfil vertical da estrada pode ser representado de diferentes formas e um perfil harmônico simples ou um perfil estocástico realista pode ser utilizado dependendo do objetivo. A norma ISO 8608:1995 especifica um método uniforme para caracterizar o perfil das ruas, rodovias e estradas não pavimentadas baseado na densidade espectral de potência. O perfil da estrada pode ser classificado dentro de uma classe de rugosidade de A a H, onde A representa uma estrada muito boa e H uma estrada muito acidentada. Neste trabalho, é apresentada a modelagem do perfil da estrada de acordo com a ISO 8608:1995 para diferentes classes de rugosidade. O perfil vertical é aproxim... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The objective of this work is to perform a study of the dynamic behavior of vehicle suspension systems that employ asymmetrical damping including geometrical nonlinearity, focusing on the improvement of comfort for the passenger, considering harmonic and stochastic road profiles. Ground vehicles are subject to the vibration induced by the surface on which they are moving and the passenger comfort and road-tire contact depend on these factors. In practice, vehicles need to be equipped with suspension systems to minimize the effects of road imperfections, increasing their comfort. In this context, the effectiveness of the suspension system can be measured by observing the acceleration of the sprung mass, which is directly related to the comfort level for the passengers. The vertical profile of the road can be represented in different ways and a simple harmonic or a realistic stochastic profile can be used depending on the purpose. ISO 8608:1995 specifies a uniform method for characterizing the profile of streets, highways and unpaved roads based on power spectral density. The road profile can be classified within a roughness class from A to H, where A represents a very good road and there is a very rough road. This work presents the modeling of the road profile according to ISO 8608:1995 for different roughness classes. The vertical profile is approximated by a harmonic function with overlap in the wavenumber and the phase angle is generated randomly. The classic quarter-car mo... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In the present work, a methodology for numerical simulation of self-heating phenomenon in viscoelastic materials has been developed, with the aim of proposing and validating finite element models that can be applied to predict the thermomechanical behaviour of structures including viscoelastic materials. The model takes into account the dependence of the mechanical characteristics of the viscoelastic material with respect to frequency and temperature and allows to obtain the transient temperature field. For this purpose, the heat source calculation is computed based on the dissipated energy obtained from the harmonic response calculation as the structure is submitted to cyclic loading. The validation of the model and the adjustment of two initially unknown parameters, namely the film coefficient for natural heat convection and the ratio of the heat source over the mechanical power dissipated through viscoelastic effects, were carried out by comparison of the model-predicted responses to experimental results counterparts, the latter being obtained by the application of a cyclic load to a sample specimen by means of a universal test machine, and measuring the temperatures within the viscoelastic material of the dispositive using thermocouples. A curve-fitting procedure was developed using an optimization routine, in order to identify optimal set of values of h and b. For each test, the experimental results were compared to those obtained from the numeric model after the identification, thus allowing the evaluation of the accuracy and limitations of the proposed model procedure. / Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia de simulação numérica do fenômeno de auto-aquecimento, tendo como objetivo a realização e a validação de um modelo a ser aplicado à predição do comportamento termomecânico de estruturas incluindo materiais viscoelásticos. O modelo de elementos finitos proposto leva em conta a dependência das propriedades mecânicas do material viscoelástico com relação à frequência e temperatura, e permite a obtenção do campo de temperatura em regime transitório. O cálculo da fonte de calor é baseado na energia de dissipação viscoelástica obtida por meio da resposta em regime harmônico da estrutura submetida a um carregamento cíclico. A validação do modelo proposto e o ajuste de dois parâmetros inicialmente desconhecidos, a saber, o coeficiente de transferência de calor por convecção natural e a razão da fonte de calor pela energia decorrente da dissipação viscoelástica, foram efetuados via confrontação com resultados experimentais, estes sendo obtidos aplicando-se cargas cíclicas sobre um corpo de prova por meio de uma máquina universal de ensaios e registrando a temperatura no material viscoelástico do dispositivo com auxílio de termopares. Um procedimento de ajuste de curvas via uma rotina de otimização foi desenvolvido para a identifição dos parâmetros. Para cada ensaio, os resultados experimentais e os correspondentes obtidos com o modelo numérico após a identificação foram comparados, permitindo avaliar a precisão e as limitações do procedimento de modelagem proposto. / Mestre em Engenharia Mecânica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the present work the effect of a dry friction damper device on the dynamic behavior of vibratory systems is analyzed. Two friction devices are designed consisting of a sphere in contact with a flat steel bar. In the first prototype the normal force on the contact is kept constant. In the second device a piezoelectric actuator is used to vary the intensity of the normal force. An experimental methodology is developed to analyze the dynamic behavior of a vibratory system and to identify the physical properties of the friction damper devices. The mathematical-computational models of the two friction dampers are used to perform simulations with a vibratory system, in order to analyze the influence of the variation of the normal contact force on the behavior of the vibratory system and to evaluate the dissipation of vibrational energy. In the first damper, an experimental methodology is used to identify the behavior of friction force induced on the vibratory system, and also to identify nonlinearities due to friction Frequency response is used to identify the structural frequencies generated by the device, as well the operational band of the damper device with constant normal force. The time domain vibratory system response is used to identify the Coulomb friction model. The second damper is designed by finite element method. Experimental analysis of the device is applied to identify the parameters that define the static and dynamic behavior of the damper with variable normal load, The frequency response is used to identify the structural frequencies generated by the device, as well it s effective operational band.. Another experiment evaluates the effect of the normal contact force variation on the dynamic response of a vibratory structure. The vibratory system response is identified using Coulomb friction models. Finally, numerical simulations are used to evaluate the effect of the normal contact variation, generated by a semi active control, on the vibratory system dynamic behavior. The vibration attenuation and the power demand of the piezoelectric actuator .are evaluated. / Neste trabalho é analisado o efeito de amortecedores de atrito seco sobre o comportamento dinâmico de um sistema vibratório de um grau de liberdade São projetados dois dispositivos de atrito constituídos por uma esfera em contato com um barra plana de aço. No primeiro protótipo a força normal no contato é mantida constante. No segundo dispositivo é utilizado um atuador piezelétrico para variar a intensidade da força normal. É desenvolvida uma metodologia experimental para analisar o comportamento dinâmico do sistema vibratório e identificar as propriedades físicas dos amortecedores de atrito. Os modelos matemáticos-computacionais dos dois amortecedores de atrito são usados para realizar simulações com um sistema vibratório, com a finalidade de analisar a influência da variação da força normal de contato sobre o comportamento do sistema vibratório e avaliar a capacidade de dissipação da energia vibratória. No primeiro amortecedor mediante uma metodologia experimental, é possível identificar o comportamento da força de atrito induzida ao sistema dinâmico, são identificadas também as não linearidades devidas ao atrito. Na resposta em frequência é possível identificar as frequências estruturais geradas pelo dispositivo, assim como a banda de atuação do amortecedor de força normal constante. Por ultimo é identificada a resposta do sistema dinâmico no domínio do tempo, mediante os modelos Coulomb do atrito. Para o segundo amortecedor é apresentado a analise estática dos elementos constituintes via um estudo em elementos finitos. Métodos de analise experimental aplicados para identificar os parâmetros que determinam o comportamento estático e dinâmico do amortecedor de carga normal variável. Na resposta em frequência é possível identificar as frequências estruturais geradas pelo dispositivo, assim como também, a banda de atuação do amortecedor de força normal variável. Em uma segunda fase experimental, avaliam-se os efeitos da variação da força normal no contato, na resposta dinâmica da estrutura vibratória e determina-se o comportamento da força do amortecedor, assim como também se identifica a resposta do sistema, com os modelos de atrito de Coulomb. Finalmente, é avaliada numericamente o efeito do ajuste da força normal do contato, mediante um controle semiativo., Verifica-se a eficiência do controle sobre a vibração da estrutura .e sobre o consumo de potência do atuador piezelétrico. / Mestre em Engenharia Mecânica