Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T17:27:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 296725.pdf: 45785865 bytes, checksum: 0f6e457e0c88b709936ffce422390ae7 (MD5) / A confecção de um sistema mecânico está sempre sujeita às imperfeições e incertezas oriundas do seu processo de fabricação que podem eventualmente estabelecer diferenças significativas entre o desempenho desejado inicialmente em projeto e aquele efetivamente apresentado pelo sistema real. Como conseqüência deste fato, uma variação aleatória das respostas dinâmicas é certamente esperada ao longo de um ensemble composto de sistemas similares, dificultando de forma considerável as análises de engenharia nas regiões de médias e altas frequências. Assim, com o objetivo de garantir que os requisitos de projeto e certificação sejam devidamente cumpridos, um engenheiro projetista deve considerar os principais efeitos decorrentes destas incertezas na elaboração dos seus modelos matemáticos. Neste sentido, intensos esforços têm sido realizados pela comunidade acadêmica para o desenvolvimento de metodologias eficazes e otimizadas para a descrição estatística das respostas oriundas de sistemas randômicos (i.e. sistemas com propriedades não-determinísticas). Atualmente, a Análise Estatística de Energia (SEA) é uma das principais metodologias para análise vibroacústica nas regiões de médias e altas frequências, visto que seus resultados predizem o comportamento médio esperado de um ensemble composto de sistemas similares, como por exemplo: carros que saem de uma linha de montagem ou aviões produzidos em série. Recentemente, as formulações analíticas de SEA foram estendidas para predizer a variância da resposta energética. Nestas formulações, as estatísticas dos parâmetros modais (freqüências naturais e formas modais) foram descritas pelas estatísticas dos auto-valores e auto-vetores de uma matriz do tipo GOE (Gaussian Orthogonal Ensemble) oriunda da Teoria da Matriz Randômica. Diversos trabalhos experimentais e numéricos têm confirmado um estabelecimento satisfatório da estatística GOE para as frequências naturais de sistemas suficientemente randômicos. Entretanto, alguns desvios significativos em relação ao modelo GOE têm sido identificados para as formas modais correspondentes afetando sensivelmente o desempenho das predições da variância de SEA. Neste trabalho de doutorado, as estatísticas dos parâmetros modais de sistemas randômicos foram sistematicamente investigadas com o auxílio dos resultados dos observadores estatísticos oriundos da Teoria da Matriz Randômica. Duas classes de problemas foram analisadas: ondas longitudinais em barras e ondas de flexão em placas. Para as estatísticas de cada um dos parâmetros modais, os níveis de concordância com o modelo GOE (ou de Poisson) foram prontamente avaliados. Além disso, os valores da média e da variância relativa da densidade de energia cinética foram calculados e comparados com as predições analíticas de SEA baseadas nos modelos GOE e de Poisson. Os possíveis impactos, ou degradações, no desempenho das predições da variância de SEA baseadas no modelo GOE foram investigados para os casos em que as estatísticas dos parâmetros modais não concordam plenamente com a estatística descrita pelo modelo GOE. Dentre as principais contribuições deste trabalho de doutorado destacam-se o estabelecimento de métricas eficientes para a verificação do nível de concordância de cada um dos parâmetros modais com as estatísticas descritas pelos modelos GOE e de Poisson, bem como a obtenção de uma melhor compreensão das relações existentes entre as estatísticas do modelo GOE (ou de Poisson) e as estatísticas esperadas para os parâmetros modais de sistemas vibroacústicos de engenharia.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T02:05:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Devido a sua rapidez e extrema segurança, o uso do meio de transporte aéreo tem apresentado um considerável aumento em sua demanda nos últimos anos. O crescimento deste ramo torna-se notável nas áreas de fabricação e de projeto, bem como no ramo da comercialização de seus serviços. Atualmente, as características relacionadas ao conforto acústico têm-se tornando um dos pontos mais emergentes e relevantes nas fases de projeto de aeronaves. Neste sentido, a busca de metodologias eficazes na predição das características vibro-acústicas tem sido motivação para diversos estudos. O trabalho presente realizou uma caracterização dos fenômenos vibro-acústicos presentes em uma estrutura similar à fuselagem de uma aeronave. Para tal fim, modelos analítico-numéricos foram desenvolvidos utilizando a metodologia de Análise Estatística Energética ("Statistical Energy Analysis" - SEA). A avaliação da contribuição dos caminhos de propagação ressonante e não-ressonante ("Lei da Massa") na transmissão sonora foi realizada. No procedimento de análise, diversos modelos foram construídos visando comparar as formulações encontradas na literatura e os valores oriundos dos testes experimentais realizados. Duas classes de painéis foram investigadas: painel simples e painel reforçado por vigas. Os ensaios experimentais foram realizados com o auxilio de duas câmaras reverberantes adjacentes, as quais possibilitaram avaliar a transmissibilidade sonora do painel. As análises dos resultados encontrados apresentaram uma avaliação refinada da contribuição de cada caminho de propagação na transmissão energética, bem como uma análise detalhada dos fenômenos vibro-acústicos existentes. Por fim, as principais contribuições do trabalho foram: as análises realizadas sob as diversas abordagens de modelagem de SEA e a constatação da capacidade de predição dos fenômenos vibro-acústicos por meios da metodologia de SEA em painéis metálicos nas regiões de médias e altas freqüências.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T22:39:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 194970.pdf: 5861819 bytes, checksum: 14326e2ece13e513f525bfb2d5b00723 (MD5) / Este trabalho aborda os principais aspectos relacionados à utilização da metodologia de Análise Estatística de Energia para a predição dos níveis de ruído formados no interior de um veículo automotor considerando o motor como a única fonte geradora de ruído, transmitido através da parede frontal. É, também, avaliada a utilização de um modelo computacional contendo simplificações da geometria, porém que seja confiável para aplicação na fase inicial de desenvolvimento de um novo veículo. Inicialmente, são resumidas as principais fontes de ruído em veículos e apresentados os conceitos básicos referentes à Análise Estatística Energética. São, também, abordadas de forma crítica, as várias maneiras de determinação dos parâmetros necessários à construção do modelo computacional. Os critérios utilizados para a definição dos subsistemas são enfatizados de modo a tornar o modelo o mais realista possível, apesar das simplificações realizadas. Para a elaboração do modelo computacional foi utilizado o software comercial AutoSEA2. Em relação aos aspectos experimentais, duas abordagens são realizadas. A primeira refere-se às medições realizadas em alguns dos componentes do veículo, tais como a determinação dos fatores de amortecimento estrutural e da perda de transmissão dos tampões da parede frontal. A segunda refere-se aos procedimentos utilizados para a determinação experimental dos níveis de ruído interno do veículo, usados para a validação do modelo computacional criado. São discutidos, também, alguns aspectos relacionados ao ajuste do modelo computacional de modo a melhor adequá-lo para a representação das condições reais do veículo. Por último, avalia-se a sensibilidade do modelo, confrontando resultados das simulações e de medições de casos práticos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T16:53:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 299719.pdf: 7881415 bytes, checksum: ae11555d5b6549eefaa625d4985c1745 (MD5) / O presente trabalho avaliou numérica e experimentalmente a perda de transmissão sonora de painéis sanduíches com núcleo tipo colmeia utilizados internamente em aeronaves. Para tal, modelos numéricos foram desenvolvidos utilizando a metodologia de Análise Estatística de Energia (SEA) através do software SEAM3D e os resultados numéricos foram correlacionados com os resultados obtidos experimentalmente através do auxílio de duas câmaras reverberantes adjacentes. Para correlacionar o modelo, foi obtido experimentalmente às constantes elásticas de cada uma das camadas do painel sanduíche. Realizou-se um ensaio de análise modal experimental em uma placa plana e em uma viga, sendo esta última de acordo com a norma ASTM E 1876 - 01. Neste ensaio apurou-se que a norma ASTM E 1876 - 01 é ineficaz para a caracterização de painéis sanduíches com núcleo tipo colmeia. Foi construído um modelo de elementos finitos da amostra tipo placa utilizando os softwares PATRAN-NASTRAN e as propriedades mecânicas foram ajustadas através das formas e frequências modais obtidas numérica e experimentalmente. Também, fora alimentado o modelo de elementos finitos com as constantes elásticas fornecidas pelo fabricante do painel sanduíche, as quais proporcionaram erros de até 25% entre as frequências modais. Os fundamentos teóricos de materiais compostos, perda de transmissão sonora e análise estatística de energia são também apresentados / This study evaluated numerically and experimentally the sound transmission loss of honeycomb panels used to cover aircrafts internally. For this, numerical models were developed using Statistical Energy Analysis Methodology (SEA) through of SEAM3D software and the numerical results were correlated with those obtained experimentally using as facility, two couple reverberation rooms. For match the model, the elastic constants for each layer of the honeycomb panel were obtained experimentally. Tests of experimental modal analysis were conducted on a flat plate and beam, for the beam, the tests were made in accordance with ASTM 1876 - 01 Standard. In this way it was found that this Standard is ineffective for characterization of honeycomb panels. A finite element model (FEM) of a plate was built using PATRAN-NASTRAN softwares and the mechanical properties were matched through of the modal shapes and frequencies obtained numerically and experimentally. The elastic constants provides by manufacturer of a honeycomb panel were assessed in this thesis using the same FEM, which have shown errors around of 25% between the modal frequencies. The theoretical foundations of composite materials, sound transmission loss and statistical energy analysis are also presented

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológio, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T17:24:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 270543.pdf: 8028732 bytes, checksum: b1a5d90814adf7fde631517a17d7cbe1 (MD5) / A análise do comportamento vibroacústico dos materiais compostos possui grande importância em função da aplicação destes materiais em vários produtos ou sistemas onde o quesito ruído é relevante. O foco principal de aplicação destes materiais é a fuselagem de aeronaves, pois existe uma tendência de substituição do alumínio por compósitos, tendo em vista várias vantagens como baixo peso e ótimas propriedades mecânicas. Painéis típicos aeronáuticos geralmente possuem vigas de reforço estrutural acopladas. Logo, o comportamento vibroacústico em relação à influência de vigas de reforço nos painéis pode ser analisado sob alguns pontos de vista, relativos a parâmetros como: eficiência de radiação, perda de transmissão, densidade modal e amortecimento estrutural dos painéis. Estes parâmetros podem ser determinados através de procedimentos experimentais, sendo assim utilizados como parâmetros de entrada em modelos baseados no método de análise estatística energética (SEA) e o método híbrido entre elementos finitos e SEA, conhecido por método híbrido FE-SEA. Estes apresentam grandes vantagens para altas frequências, pois são baseados na troca de energia entre os subsistemas. Dentre os parâmetros avaliados, o fator de perda por amortecimento é um parâmetro peculiar, sendo estimado exclusivamente por métodos experimentais. Dentre os inúmeros métodos disponíveis na literatura, dois destes foram analisados: método do decaimento e método da potência de entrada. Por fim, a comparação entre os resultados numéricos e experimentais é necessária para a validação dos métodos numéricos, sendo que os parâmetros vibroacústicos calculados podem ser utilizados para avaliar de forma eficaz o comportamento vibroacústico de um sistema. / The analysis of vibro-acoustic behavior of composites is importance due to the application of these materials in several products or systems where noise is relevant. The main focus of the application of these materials is in the airplane fuselage, because there is a tendency to substitute aluminum for composite to improve mechanical properties and reduce weight. The plane samples of typical aeronautics panels generally have structural reinforcement beams. However, the vibro-acoustic behavior in relation to the reinforcement panels influence can be analyzed in many ways, related to parameters such as radiation efficiency, transmission loss, modal density and structural damping of the panels. These parameters can be determined through experimental procedures, and thus used as input parameters in models based on the method of statistical energy analysis (SEA) and the hybrid method of finite elements and SEA, known as hybrid FE-SEA Method. These parameters present many advantages in the high frequency region, because they are based in energy changes between subsystems of a structure. For the parameters discussed, the damping loss factor is an unusual parameter, as it can only be estimated by experimental procedure. Out of the several methods discussed in literature, two of them were analyzed: the decay method and the power input method. Finally, a comparison between numerical and experimental results its necessary to validate the numerical models, and thus the calculated vibro-acoustics parameters can be utilized to evaluate efficiently the vibro-acoustic behavior of a system.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-21T06:27:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 208872.pdf: 3648796 bytes, checksum: 1c7fabc0c07bba530ef4c03c2ffc76fa (MD5) / É realizada a análise das vibrações de uma porta de um veículo automotivo através da técnica de Análise Estatística de Energia (SEA). São analisados inicialmente os fatores de amortecimento de uma chapa plana e de uma porta automotiva, ambas sem e com material de amortecimento auto-adesivo. Tais dados são utilizados na simulação numérica de uma porta automotiva, através de SEA, para ambas as situações, sem e com amortecimento adicional. Os resultados numéricos são confrontados com aqueles obtidos experimentalmente, quando igualmente a porta é excitada externamente por um excitador ("skaker"), usando como sinal o ruído aleatório em faixas de freqüências, nas mesmas condições. As conclusões referem-se principalmente à adequação do modelo utilizado em SEA para representar o sistema físico real (a porta, sem e com amortecedor).

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-21T19:52:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 237438.pdf: 437712 bytes, checksum: 625af9fa6380dcfd5560fa7c134cad90 (MD5) / Placas reforçadas por vigas são os principais componentes de estruturas de plataformas offshore, usadas na prospecção e produção de petróleo. As vibrações geradas pelas máquinas propagam-se através da estrutura gerando altos níveis de ruído nos alojamentos. Para determinar com precisão o fluxo de potência através de placas reforçadas por vigas, um modelo que inclua o efeito das ressonâncias próprias da alma e aba da viga e as ondas no plano deve ser considerado, sendo o efeito das ondas no plano importante principalmente nas altas freqüências. Este trabalho apresenta um modelo para determinar a resposta de placas reforçadas por vigas utilizando uma abordagem analítica. Os modelos incluem vigas L e T e uma placa reforçada por uma viga L submetida a um carregamento distribuído. Este modelo pode ser usado para a determinação dos fatores de acoplamento de estruturas a serem utilizadas em uma análise de Análise Estatística Energética (SEA). Este método é útil devido ao baixo tempo de processamento comparado aos outros métodos existentes e a precisão é consideravelmente boa especialmente nas altas freqüências. Os resultados obtidos são validados comparando-se com o Método de Elementos Finitos. Outros métodos para a determinação da mobilidade de estruturas tipo placa reforçada por vigas também são apresentados neste trabalho. Um destes métodos é o Método de Imagens, que envolve a distribuição de fontes e imagens de vibrações de forma que obedeça as condições de contorno da estrutura. Este método é aplicável principalmente para estruturas de grandes dimensões e alto amortecimento estrutural.