Submitted by Marcio Filho (marcio.kleber@ufba.br) on 2017-06-02T13:18:48Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao - Daniel Correia.pdf: 2103439 bytes, checksum: 21998777742f6bb17677f65b32158289 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-06-08T11:07:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao - Daniel Correia.pdf: 2103439 bytes, checksum: 21998777742f6bb17677f65b32158289 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-08T11:07:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao - Daniel Correia.pdf: 2103439 bytes, checksum: 21998777742f6bb17677f65b32158289 (MD5) / O objetivo deste trabalho é desenvolver e aplicar uma metodologia para a realização da análise modal experimental em um conjunto de bombeio por cavidades progressivas (BCP), em condições de instalação similares às de poços reais. A técnica utilizada neste trabalho, conhecida como Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD), é capaz de estimar os parâmetros modais com boa acurácia, mesmo na presença de ruído. Ela pode estimar as frequências naturais e formas modais através da decomposição em valores singulares (SVD - Singular value decomposition) da matriz densidade espectral de potência (PSD - Power spectral density) da resposta do sistema a uma excitação de entrada. A taxa de amortecimento pode ser obtida através do cálculo do decremento logarítmico nas funções de autocorrelação. A primeira etapa do estudo consiste no desenvolvimento de algoritmos para a implementação de alguns métodos de análise modal experimental comuns na literatura. Foram implementados os métodos do Peak picking (PP), do Frequency Domain Decomposition (FDD), EFDD e do Least Square Complex Exponential (LSCE). É utilizado um sinal sintético de parâmetros conhecidos para comparar os resultados obtidos entre tais técnicas. Além disso, este sinal teve alguns parâmetros alterados, a exemplo da razão sinal-ruído, e o comportamento da estimação com estas técnicas foi avaliado. Na etapa seguinte, são analisadas estruturas relacionadas ao conjunto BCP, como a coluna de revestimento, onde o conjunto será instalado, além de um dos seus principais subsistemas, o conjunto rotor-estator. Por fim, é realizada a análise modal experimental do conjunto BCP, no interior do poço de testes, em condições de instalação similares àquelas encontradas em um poço real.

O trabalho consiste no estudo de sistemas vibratórios lineares com n graus de liberdade, regidos pela equação diferencial vetorial linear. São analisados aspectos como a aplicação da solução dinâmica a vibrações aleatórias e métodos para a resolução do problema inverso (análise modal experimental). / The work consists on the stucly of vibrating systems with n degrees of freedom, described by the linear vectorial differential equation. We focus our analysis on applications of the dynamical solution to ranclom vibration anel methods for solving thc inverse problem (experimental modal analysis).

O trabalho consiste no estudo de sistemas vibratórios lineares com n graus de liberdade, regidos pela equação diferencial vetorial linear. São analisados aspectos como a aplicação da solução dinâmica a vibrações aleatórias e métodos para a resolução do problema inverso (análise modal experimental). / The work consists on the stucly of vibrating systems with n degrees of freedom, described by the linear vectorial differential equation. We focus our analysis on applications of the dynamical solution to ranclom vibration anel methods for solving thc inverse problem (experimental modal analysis).

O trabalho consiste no estudo de sistemas vibratórios lineares com n graus de liberdade, regidos pela equação diferencial vetorial linear. São analisados aspectos como a aplicação da solução dinâmica a vibrações aleatórias e métodos para a resolução do problema inverso (análise modal experimental). / The work consists on the stucly of vibrating systems with n degrees of freedom, described by the linear vectorial differential equation. We focus our analysis on applications of the dynamical solution to ranclom vibration anel methods for solving thc inverse problem (experimental modal analysis).

Apresenta-se um estudo analítico e experimental do fenômeno de interação entre excitadores eletrodinâmicos e a estrutura em ensaios de vibração e discutem-se causas e efeitos desta interação na qualidade dos resultados obtidos. Inicialmente, realizam-se simulações numéricas que contemplam as características mecânicas e eletromagnéticas do excitador. Definido o modelo para o excitador, realizam-se simulações de teste com estruturas, dos quais obtêm-se as forças de entrada e funções de resposta em freqüência (FRFs) estimadas que serão comparadas às FRF reais da estrutura. Posteriormente, considera-se a inclusão de graus de liberdade rotacionais aos modelos do excitador e da estrutura. Finalmente, as simulações de testes com múltipla excitação têm como objetivo principal o de observar os fenômenos de queda de força de excitação e seus efeitos sobre as FRFs estimadas. Com os resultados experimentais verificam-se os principais fenômenos da interação excitador / estrutura observados nas simulações numéricas tais como a queda da força de excitação e a influência da dinâmica do conjunto excitador / amplificador na resposta da estrutura. Através dos resultados experimentais obtidos com uma viga metálica observam-se os principais efeitos previstos pelas simulações. Ainda, comparam-se as alterações nos dados obtidos com outros métodos de excitação tais como, martelo impulsivo e excitação em malha fechada. Testes realizados com diferentes estruturas, como um pneumático e um chassi tubular, vêem complementar os dados obtidos até então para excitação com um único excitador. Os testes realizados com a finalidade de validar os modelos que incluem graus de liberdade rotacionais mostram que tais grandezas não podem ser negligenciadas, principalmente no que se referem aos testes com excitação via base, em que o item de teste é montado diretamente sobre o excitador. Ainda, verificam-se os resultados obtidos com diversos estimadores de FRFs em ensaios com acréscimo de ruído aos sinais de entrada e saída. Os resultados experimentais realizados com dois excitadores mostram os mesmos efeitos observados nas simulações, em geral uma redução na queda da força de excitação e uma melhor distribuição de energia pela estrutura. / An analytical and experimental study of the interaction between electrodynamic exciters and the structure under test is presented, and the causes and effects of this interaction on the obtained data quality are discussed. Initially, some numerical simulations are performed concerning the shaker\'s mechanical and electrical features. Once the shaker model is defined, some tests with structures were simulated in order to obtain the input forces and the estimated frequency response functions to be compared with the measured FRFs. Afterwards, the rotational degrees of freedom were included in the shaker and structure models. Ending this section, tests with multiple input forces were simulated. The experimental results confirm most of the phenomena observed in the simulation section, such as the input force drop-off and the influence of the shaker / power amplifier assembly on the structure\'s response. The tests conducted with a steal beam confirmed the effects predicted by the simulations. Therefore, these results are compared with others, obtained from alternative methods such as impact test and closed loop shaker tests. Tests with structures like a truck tyre and a tubular chassis complement the assessment of single input tests. The tests performed with the objective of validating the models considering rotational degrees of freedom show that these quantities cannot be neglected, mainly when base driven tests are concerned. Also, the efficiency of FRF estimators applied to shaker tests, in the presence of noise on the input and output channels is verified experimentally. The multiple input tests corroborate the effects observed in the simulations, in general, a reduction of the droopoff on the force and an improvement on the input energy distribution on the structure.

Submitted by Adelmo Fernandes de Oliveira Junior null (ligley@gmail.com) on 2017-01-27T18:02:21Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Adelmo - 26-01-2017.pdf: 2029608 bytes, checksum: 09e6922ea4afa079b64bac18ef6882ba (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-01-31T16:02:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 oliveirajunior_af_me_guara.pdf: 2029608 bytes, checksum: 09e6922ea4afa079b64bac18ef6882ba (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-31T16:02:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 oliveirajunior_af_me_guara.pdf: 2029608 bytes, checksum: 09e6922ea4afa079b64bac18ef6882ba (MD5) Previous issue date: 2016-12-02 / A análise modal experimental é uma das técnicas mais importantes na caracterização dinâmica de estruturas. No setor aeroespacial a analise modal experimental é conhecida como Ground Vibration Test (GVT). Na Força Aérea Brasileira, o órgão responsável para executar o GVT é o Laboratório de Ensaios de Vibração (LEVI) da Divisão de Integração e Ensaio (AIE) do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE). Esta pesquisa foi realizada neste laboratório que possui as facilidades para a execução de GVT. O objetivo principal deste estudo foi aprimorar a metodologia de ensaio de análise modal aplicada a um modelo de aeronave em alumínio do tipo GARTEUR SM-AG-19. O estudo desenvolvido possibilita que em ensaios futuros os resultados sejam replicados, no intuito de avaliar a integridade do sistema de medição, levando em consideração aspectos da influência do torque na junta aparafusada entre a asa e a fuselagem. Para validar a metodologia os resultados obtidos neste estudo foram comparados com os resultados de dois estudos desenvolvidos no Brasil. A contribuição principal desta pesquisa é relacionada ao estudo do efeito da variação do torque na junta aparafusada entre a asa e a fuselagem sobre os parâmetros modais da estrutura. / The experimental modal analysis is one of the most important techniques in the dynamic characterization of structures. In the aerospace industry, the experimental modal analysis is known as Ground Vibration Test (GVT). In the Brazilian Air Force, the institution responsible for executing the GVT is the Laboratory of Vibration Testing (LEVI) of the Integration and Testing Division (AIE) of the Institute of Aeronautics and Space (IAE). This research was carried out on this laboratory that has the facilities to perform the GVT. The main objective of this study was to improve the modal analysis test methodology applied to an aluminium aircraft model named GARTEUR SM-AG-19. This study allows the results to be replicated in future tests in order to evaluate the integrity of the measurement system, taking into account aspects of the influence of the torque on the bolted joint between wing and fuselage. In order to validate the methodology the results obtained in this study were compared to the results of two studies developed in Brazil. The main contribution of this research is the study of the torque variation effect on the bolted joint between wing and fuselage on the modal parameters of the structure.

Apresenta-se um estudo analítico e experimental do fenômeno de interação entre excitadores eletrodinâmicos e a estrutura em ensaios de vibração e discutem-se causas e efeitos desta interação na qualidade dos resultados obtidos. Inicialmente, realizam-se simulações numéricas que contemplam as características mecânicas e eletromagnéticas do excitador. Definido o modelo para o excitador, realizam-se simulações de teste com estruturas, dos quais obtêm-se as forças de entrada e funções de resposta em freqüência (FRFs) estimadas que serão comparadas às FRF reais da estrutura. Posteriormente, considera-se a inclusão de graus de liberdade rotacionais aos modelos do excitador e da estrutura. Finalmente, as simulações de testes com múltipla excitação têm como objetivo principal o de observar os fenômenos de queda de força de excitação e seus efeitos sobre as FRFs estimadas. Com os resultados experimentais verificam-se os principais fenômenos da interação excitador / estrutura observados nas simulações numéricas tais como a queda da força de excitação e a influência da dinâmica do conjunto excitador / amplificador na resposta da estrutura. Através dos resultados experimentais obtidos com uma viga metálica observam-se os principais efeitos previstos pelas simulações. Ainda, comparam-se as alterações nos dados obtidos com outros métodos de excitação tais como, martelo impulsivo e excitação em malha fechada. Testes realizados com diferentes estruturas, como um pneumático e um chassi tubular, vêem complementar os dados obtidos até então para excitação com um único excitador. Os testes realizados com a finalidade de validar os modelos que incluem graus de liberdade rotacionais mostram que tais grandezas não podem ser negligenciadas, principalmente no que se referem aos testes com excitação via base, em que o item de teste é montado diretamente sobre o excitador. Ainda, verificam-se os resultados obtidos com diversos estimadores de FRFs em ensaios com acréscimo de ruído aos sinais de entrada e saída. Os resultados experimentais realizados com dois excitadores mostram os mesmos efeitos observados nas simulações, em geral uma redução na queda da força de excitação e uma melhor distribuição de energia pela estrutura. / An analytical and experimental study of the interaction between electrodynamic exciters and the structure under test is presented, and the causes and effects of this interaction on the obtained data quality are discussed. Initially, some numerical simulations are performed concerning the shaker\'s mechanical and electrical features. Once the shaker model is defined, some tests with structures were simulated in order to obtain the input forces and the estimated frequency response functions to be compared with the measured FRFs. Afterwards, the rotational degrees of freedom were included in the shaker and structure models. Ending this section, tests with multiple input forces were simulated. The experimental results confirm most of the phenomena observed in the simulation section, such as the input force drop-off and the influence of the shaker / power amplifier assembly on the structure\'s response. The tests conducted with a steal beam confirmed the effects predicted by the simulations. Therefore, these results are compared with others, obtained from alternative methods such as impact test and closed loop shaker tests. Tests with structures like a truck tyre and a tubular chassis complement the assessment of single input tests. The tests performed with the objective of validating the models considering rotational degrees of freedom show that these quantities cannot be neglected, mainly when base driven tests are concerned. Also, the efficiency of FRF estimators applied to shaker tests, in the presence of noise on the input and output channels is verified experimentally. The multiple input tests corroborate the effects observed in the simulations, in general, a reduction of the droopoff on the force and an improvement on the input energy distribution on the structure.

Este trabalho realiza uma investigação sobre técnicas experimentais para a determinação de Funções de Resposta em Freqüência (FRFs) angulares com aplicações em estruturas do tipo viga. Estas FRFs são definidas considerando-se como variável de saída o movimento angular (deslocamento, velocidade ou aceleração) exibido pela estrutura sob estudo quando a mesma é excitada por uma força linear ou um momento puro. Dada a grande dificuldade em se aplicar um momento puro à estrutura sob estudo, este trabalho utiliza como forma de excitação apenas esforços lineares que podem ser aplicados através de técnicas usuais de excitação em análise modal, tais como o excitador eletrodinâmico e o martelo impulsivo. Portanto as FRFs obtidas descrevem relações de saída e entrada do tipo Angular/Linear. Uma das técnicas utilizadas na determinação das FRFs angulares consiste na excitação de uma estrutura com um excitador eletrodinâmico e utilização de um corpo rígido na forma de um bloco T que é montado sobre a estrutura sob estudo. Dois acelerômetros lineares devem ser montados sobre o bloco T e a partir das duas acelerações lineares medidas buscam-se estimar um sinal proporcional à aceleração angular da estrutura no ponto de conexão. Outra técnica utiliza uma formulação via diferenças finitas, onde dois ou três acelerômetros (de acordo com a formulação de diferenças finitas utilizada) igualmente espaçados são montados diretamente sobre a estrutura sob estudo e são usados para se derivar à aceleração angular. Os resultados obtidos a partir destas técnicas são comparados com resultados obtidos a partir da utilização de um acelerômetro angular piezelétrico recentemente disponível no mercado. Também foram desenvolvidos modelos analíticos e computacionais via método dos elementos finitos a fim de se gerar subsídios adicionais para a análise dos resultados. Foram feitas várias constatações e dentre elas destacam-se resultados onde as FRFs angulares/lineares resultantes podem sofrer alterações significativas dependendo de como os dados experimentais são processados. / The present work aims to perform an investigation on experimental techniques for the determination of angular Frequency Response Functions (FRFs) in Modal Testing. Angular FRFs are those where the output variable is given by angular displacement, velocity or acceleration, whereas the input is given in terms of linear or angular quantities (a pure moment). Since the application of a pure moment as an excitation source still remains as a challenge, this work is focused in studying techniques to estimate angular/linear types of angular FRFs. One of these techniques consists of exciting the structure with a shaker and using a rigid T-block to measure the linear accelerations and then calculating the angular FRFs from these linear accelerations. Another technique employs finite differences formulations to get the angular motions. This technique uses the closely spaced accelerometers mounted directly to the structure under test, where at least two (according to the finite difference formula employed) accelerometers are used. The translational measurements are gathered and finite difference formulas are used to derive the necessary angular quantities. Additional tests are performed with an angular piezoelectric accelerometer recently available in the market in order to provide a comparison basis for the results obtained using the two techniques. The results are also compared whit theoretical models developed using analytical and Finite Element Formulations. Among all results obtained, it was understood that depending on the level of angular vibrations exhibited by the structure, and how the signals are processed, the resulting angular FRFs can suffer some significant changes

A análise dinâmica experimental tem sido amplamente pesquisada como uma ferramenta de avaliação de integridade de estruturas de concreto armado. Existem técnicas de identificação de danos baseadas em propriedades modais como frequências de ressonâncias, deformadas modais, curvaturas modais e amortecimento. Há também técnicas baseadas na não linearidade da resposta dinâmica, que apesar do grande potencial na detecção de danos, têm sido pouco exploradas nos últimos anos. Este trabalho tem por objetivo avaliar a integridade estrutural de vigas de concreto armado através do comportamento da resposta dinâmica. Foram realizados ensaios dinâmicos em duas vigas de concreto armado com 3,5 m de comprimento, 25 cm de largura, 35 cm de altura e idênticas taxas de armaduras, mas configuradas com barras de aço de diferentes diâmetros, 2 &#981 16 mm e 8 &#981 8 mm, respectivamente. Tais vigas, inicialmente íntegras, foram submetidas a ciclos de carregamento e descarregamento com intensidades crescentes até atingir a ruptura do elemento. Após cada ciclo, as propriedades dinâmicas foram avaliadas experimentalmente, com o emprego de técnicas de excitação por sinais do tipo aleatório e tipo transiente, respectivamente, visando determinar parâmetros que indiquem a deterioração gradativa do elemento. Nesses ensaios dinâmicos aplicaram-se diferentes amplitudes da força de excitação. Verificou-se que o aumento da amplitude da força dinâmica de excitação provocou reduções nos valores das frequências de ressonância de 1,1% e 2,4%, associadas, respectivamente, às excitações aleatórias e transientes; e um comportamento não linear dos índices de amortecimento, associados às excitações aleatórias, mantendo um crescimento linear com as excitações transientes. Constatou-se, ainda, que os valores das frequências de ressonância decrescem com a redução de rigidez mecânica, diminuída com o aumento do nível de fissuração induzido nos modelos. Já os valores dos índices de amortecimento, após cada ciclo, se comportaram de forma não linear e assumiram diferentes valores, conforme a técnica de excitação empregada. Acredita-se que esta não linearidade está relacionada aos danos provocados no elemento pela solicitação estrutural e, por consequência, ao processo de como a dissipação de energia é empregada no processo de instauração, configuração e propagação das fissuras nos elementos de concreto armado. / The experimental dynamic analysis has been widely investigated as a tool to assess integrity of reinforced concrete structures. State-of-the-art modal-based techniques for structural damage analysis use resonance frequencies, modal deformed, curvature and modal damping analysis. There are also techniques based on nonlinear dynamic response that despite the large potential for damage detection, have not been considered in recent years. This work aims to evaluate the structural integrity of reinforced concrete beams through the dynamic response behavior. Dynamic tests were performed on two reinforced concrete beams with 3.5 meters of length, 250 mm of width, 350 mm of height and identical reinforcement rates, but different steel bars diameters, 2 &#981 16 mm e 8 &#981 8 mm, respectively. Beams were initially intact and were subjected to loading and unloading cycles with increasing intensity until the rupture of the concrete beam. After each cycle, the dynamic properties were evaluated experimentally with random and transient excitation signals to determine parameters that indicate gradual deterioration of the beam. Different amplitudes of the excitation force were applied during dynamic testing of concrete beams. These results indicated that an increase in amplitude of dynamic excitation force caused reductions in frequency resonances by 1.1% and 2.4%, associated with the random and transient excitations, respectively. Furthermore, a non-linear behavior of the damping ratios related to random excitations was observed while a linear relationship with transient excitation was found. Moreover, it was found that the resonance frequency decreased with the cracking-related reduction of beam stiffness, caused by increasing level of loading. Additionally, the values of the damping ratios after each cycle behaved non-linearly assuming different values according to the used excitation technique. It is believed that this non-linearity can be related to the loading-related structural damage of the reinforced concrete beam. Therefore, the energy dissipation related to cracking initiation, configuration and propagation in reinforced concrete elements played an important role in the damping ratios of concrete beams.

Orientador: Samuel da Silva / Resumo: Os métodos de análise modal tradicionalmente são limitados aos sistemas vibrando em regime linear de movimento. Assim, quando as estruturas sofrem altas amplitudes de excitação ou são muito flexíveis, gerando possíveis vibrações não-lineares, estes métodos acabam perdendo a sua validade e as propriedades características. Com base nesta motivação, este trabalho apresenta um estudo detalhado para mostrar quais as limitações de se aproximar por parâmetros modais sistemas vibrando em regime de movimento não linear. Para ilustrar a formulação, assume-se uma viga engastada e livre emulando um oscilador de Duffing com não linearidade concentrada, suave e polinomial (rigidez cúbica). Observa-se que para regimes de excitação baixa, pode-se extrair parâmetros modais do modelo e ajustá-los para níveis de excitação mais altos quando se induz vibração não-linear pelo aumento do nível da amplitude de excitação. Para situações de vibração não-linear opta-se por aproximar os sinais e saídas pelo método de superfície de resposta e identificar a dependência amplitude-frequência para extração de modos normais não-lineares. Os resultados apresentados com a formulação descrita neste trabalho permitem adaptar adequadamente as ferramentas convencionais de análise modal linear para validade e aplicação direta em casos de vibração em regime não linear, quando estes ainda são considerados de fraca influência. / Abstract: Modal analysis methods have traditionally been limited to systems vibrating in linear motion regime. Thus, when the structures undergo high excitation amplitudes or are very flexible, generating possible nonlinear vibrations, these methods end up losing their validity and characteristic properties. Based on this motivation, this work presents a detailed study to show the limitations of approaching by modal parameters systems vibrating in nonlinear regime. To illustrate the formulation, a cantilever beam is assumed to emulate a Duffing oscillator with concentrated, smooth, polynomial nonlinearity (cubic stiffness). It is observed that for low excitation regimes, one can extract modal parameters from the model and adjust them to higher excitation levels when inducing nonlinear vibration by increasing the excitation amplitude level. For nonlinear vibration situations, we choose to approximate the signals and outputs by the response surface method and identify the amplitude-frequency dependence for extraction of nonlinear normal modes. The results presented with the formulation described in this work allow to adapt adequately the conventional tools of linear modal analysis for validity and direct application in cases of vibration in nonlinear regime, when they are still considered of low influence. / Mestre