A presente dissertação descreve o desenvolvimento e análise de um experimento concebido para avaliar a contribuição de materiais de fricção sobre vibrações induzidas na superfície de um disco de freio. O aparato proposto é equipado com um excitador modal (shaker), utilizado para promover e controlar o sinal de excitação que foi aplicado sobre os materiais de fricção avaliados. A resposta dessa excitação na superfície do disco de freio foi mensurada através de acelerômetros. Além da aplicação sobre o experimento proposto, foram avaliados o coeficiente de atrito e a distribuição de asperezas da superfície das oito amostras utilizadas. A característica modal do disco utilizado foi descrita através das suas frequências naturais, amortecimento e formas modais, parâmetros identificados através da aplicação de análise modal experimental. O experimento proposto foi utilizado para identificar as principais características de resposta do disco quando a excitação é realizada através do material de fricção. Essa condição também foi comparada com aquela em que a excitação foi aplicada diretamente no disco A métrica mais adequada para avaliação desse experimento foi identificada como o valor médio da magnitude da Função Resposta em Frequência (FRF), calculado através do estimador H3. O aparato proposto se mostrou capaz de identificar diferenças nas amostras avaliadas quanto à propensão dessas à produção de vibrações na superfície do disco. As amostras foram avaliadas no experimento proposto nas condições sem e com filme tribológico sobre a sua superfície, as quais correspondem ao estado das amostras antes e depois, respectivamente, do processo de caracterização do coeficiente de atrito destas, utilizando o tribômetro do LATRIB/UFRGS. Foi observado que as amostras com filme produziram maior vibração do que as amostras sem filme. Os resultados obtidos demonstraram uma forte correlação entre a propensão das amostras à produção de vibrações e a distribuição de asperezas da superfície das amostras. Esses resultados indicam que materiais de fricção com superfícies planas são capazes de transmitir mais vibração à superfície do disco do que aqueles com superfícies mais rugosas. / The present work describes the development and analysis of an experimental apparatus designed to evaluate the contribution of friction materials in vibrations induced on the surface of a brake disc. The proposed apparatus is equipped with a modal exciter (shaker), which was used to promote and control the excitation signal applied in the evaluated friction material. The response of this excitation in the disc surface was measured with accelerometers. The eight samples evaluated in this study was also characterized in terms of its friction coefficient and the asperity distribution of its surface. The modal characteristic of the disc was described in terms of its natural frequencies, damping and modal shapes, whose parameters were obtained by application of experimental modal analysis. The proposed apparatus was used to identify the main characteristics of the disc response when the excitation is applied throw the friction material. This case was also compared to the condition in which the disc was excited directly by the shaker. The most adequate metric to evaluate this experiment was selected as the mean value of the Frequency Response Function (FRF) spectrum, calculated by the H3 estimator The proposed apparatus showed being capable of identifying differences between the evaluated samples, regarding its propensity to produce vibrations on the disc surface. The samples were evaluated in with and without tribological film deposited on its surface. It was shown that the analyzed samples had the vibration increased with tribological film compared to the condition without the film. The obtained results demonstrated a strong correlation between the samples propensity to the production of vibration and the asperity distribution of the samples surfaces. These results indicate that friction materials with flat surfaces are capable to transmit more vibrations to the disc surface than those samples with rough asperity distribution.

Orientador: Milton Dias Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T08:27:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Idehara_SergioJunichi_D.pdf: 6234443 bytes, checksum: 5071d7a2383df6369dbeaf00f65fb511 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho consiste na investigação de algoritmos da filtragem adaptativa utilizados no contexto da identificação de parâmetros. Apesar de ainda ser uma técnica pouco explorada na engenharia mecânica, os algoritmos adaptativos, com destaque para o método dos mínimos quadrados recursivo e mínimos quadrados com decomposição QR, podem ser implementados na prática com base na equação diferencial de segunda ordem para a caracterização dos parâmetros modais. A partir dessa colocação, esse estudo tem como objetivo compreender como se dá a dinâmica de estruturas e máquinas rotativas. Muitas vezes, ao se executar uma análise em campo, depara-se com a situação em que as máquinas da planta não podem ter seu funcionamento interrompido. Dessa forma, ao realizar medições nestes equipamentos ou nas estruturas ao redor, adquirem-se também componentes de vibrações desconhecidas provenientes da operação destas máquinas. Nesse sentido, a metodologia desenvolvida apresenta contribuição em duas áreas distintas. Primeiramente, ela permite realizar a análise modal experimental de estruturas mesmo com a presença de excitação harmônica desconhecida nas medições, necessitando, para isto, apenas conhecer a freqüência instantânea da harmônica. Na visão da dinâmica de rotores, por outro lado, a metodologia possibilita a identificação dos parâmetros modais do sistema com este operando em uma condição não-estacionária, por exemplo, durante a partida ou parada da máquina, bastando que se conheça a rotação da mesma. Os resultados apontam para uma boa precisão da estimativa das freqüências naturais e dos modos de vibrar, mesmo quando há variação temporal dos parâmetros modais. As análises numéricas e experimentais revelam uma maior dificuldade de identificar o fator de amortecimento, principalmente quando o sinal é malcondicionado. Dentre as várias características destes métodos destaca-se a possibilidade de determinar os parâmetros modais em tempo-real / Abstract: This work investigates the use of adaptive filters for parameter identification. Although adaptive algorithms are still rarely utilized in the mechanical engineering field, the recursive least square and recursive least square with QR decomposition methods can be implemented based on the second ordinary differential equations in order to characterize the modal parameters. With this in mind, this study seeks to understand structure and rotating machine dynamics. In many case, when performing field analysis, it is common to face the situation where it is impossible to stop some critical equipments. In this case, all measurements performed on these equipments and the neighboring structures will be corrupted by the harmonic noise generated during the operation of these machines. In this direction, the proposed methodology contributes to the solution of this problem in two distinct ways. First, this approach can handle with measurements coming from experimental modal analysis of structures even when they are corrupted by harmonic noise. The only information needed is the instantaneous frequency of this noise. For rotor dynamics, on the other hand, the methodology allows the identification of the modal parameters of the system while this is operating in non-stationary condition, for example, during start-up or shut-down. In this case the measurement of the rotational speed is also required. The results suggest that the natural frequency and the vibration modes are precisely estimated, even for time varying systems. The numerical and experimental analysis reveals difficulty on the identification of the damping factor, especially when the signal is poorly conditioned. Amongst the nice characteristics of these methods, maybe one of the most interesting is the possibility to extract modal parameters in realtime / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: José Roberto de França Arruda / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T06:31:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Macedo_RobsonGeremias_M.pdf: 10363964 bytes, checksum: 6228b731d9f6bbb1de00c092772a5fc2 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho consiste no estudo de propagação de incertezas aleatórias através de método que permite estimar deflexões de carregamentos estáticos a partir de dados de avaliação dinâmica. Com este propósito, um modelo numérico foi desenvolvido para a realização de simulações decarregamentos estáticos cujas condições de contorno empregadas são similares às usualmente praticadas pela indústria automobilística em avaliações de rigidez de carrocerias. As freqüências naturais e os modos de vibrar também foram calculados pela resolução do problema de autovalor e autovetor das matrizes de massa e rigidez do modelo. Estes últimos dados foram então utilizados pelo método para estimar os mesmos coeficientes de rigidez obtidos da simulação de carregamento estático. Em seguida, incertezas aleatórias devidamente modeladas foram incorporadas aos parâmetros modais. Ferramentas de análise de propagação de incertezas, como Monte Carlo e propagação linear de covariância, foram aplicadas na verificação da incerteza da estimação feita pelo método quando seus parâmetros de entrada são incertos. Por último, ensaios experimentais de carregamento estático e análise modal experimental foram realizados para validação do método frente às incertezas associadas a estas medições. Resultados são apresentados e comentados / Abstract: This work aims the study of random uncertainties propagation through a method that provides estimation of static loading deflections from dynamic data evaluations. With this purpose, a numerical model was developed in order to simulate static loading with the same boundary conditions as those used in static stiffness evaluations adopted by automotive manufacturers. Natural frequencies and vibration mode-shapes were also calculated by solving the eigenvalue and eigenvector problem from mass and stiffness matrices of the model. Simulated dynamic data were applied in this method to estimate the stiffness rate as usually obtained from a static loading simulation. Properly modeled random uncertainties were then incorporated into the modal parameters. Analysis tools for uncertainty propagation, such as Monte Carlo and linear covariance propagation were used in order to evaluate the uncertainty of the estimations made by the method when the input parameters are uncertain. Finally, experimental static loading tests and experimental modal analysis were performed to validate the method against the uncertainties associated with these measurements. These results are presented and discussed / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Robson Pederiva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T12:10:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gevinski_JakersonRicardo_M.pdf: 6622293 bytes, checksum: aec7a88489a7f8e66c0dd6e0bdc0ed0e (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O interesse de maior produtividade e baixos custos de manutenção, associados ao desenvolvimento de produtos mais otimizados fizeram aumentar a preocupação com as falhas por fadiga em equipamentos. Neste contexto, o monitoramento da tensão dinâmica em estruturas e máquinas sujeitas à vibração adquire cada vez mais importância. Com este intuito, diversos métodos para a estimativa de tensões e deformações dinâmicas que utilizam parâmetros vibracionais vêm sendo desenvolvidos. Por estes métodos, basicamente, estima-se a deformação dinâmica pela derivação espacial do deslocamento obtido pelas técnicas de análise modal. Neste trabalho, abordam-se os conceitos da teoria da elasticidade e da análise modal para a melhor compreensão dos métodos propostos na identificação de deformação a partir dos parâmetros modais. Estudam-se os conceitos da análise modal híbrida para prever o deslocamento de pontos da estrutura e os conceitos da matriz de transformação deslocamento - deformação. Com o objetivo de avaliar esses métodos, realizam-se simulações numéricas e um experimento. Este se constitui no estudo de uma viga de alumínio, onde determinam-se as deformações de flexão da mesma, a partir das acelerações medidas e utilizando o método de diferenças finitas. As simulações e experimentos apresentaram resultados relevantes e satisfatórios no campo da determinação da tensão e deformação dinâmicas em superfícies. / Abstract: The interest of greater productivity and low costs of maintenance, combined with the development of more optimized products, have raised concern about prevention of fatigue failure of equipments. In this context, the monitoring of the dynamic stress in structures and machines under vibration has become more important. With this purpose, several methods of estimation of dynamic stress and strain using vibrational parameters have been developed. Basically, results from modal analysis are transformed from the displacement space to the strain space by use spatial differential operator. The work addresses the concepts of the theory of elasticity and modal analysis for a better understanding of the proposed methods for the identification of strain from modal parameters. It studies the concepts of hybrid modal analysis to predict the displacement of structures' points and concepts of the transformation matrix displacement to strain. In order to evaluate these methods, numerical simulations and an experiment are realized. This constitutes the study of an aluminum beam which determines the bending strain from measured accelerations and using the finite difference schemes. The simulations and experiments showed satisfactory and relevant results in the field of determination of dynamic stresses and strains on surfaces. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-17T18:55:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Brol_KellenAparecida_M.pdf: 3493590 bytes, checksum: d557f6d9fa926676e3150289b0b3bc08 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Uma máquina rotativa é composta por muitos componentes interconectados, que atuam em conjunto e a influência mútua ocasiona uma grande variedade de fenômenos durante seu funcionamento. Os modelos matemáticos visam simular o comportamento dinâmico destes sistemas, com o objetivo de representar uma condição real, e para ser útil na previsão da resposta do sistema. Esse tipo de informação pode ser aplicado na solução de problemas durante a fase de projeto, e, além disso, pode servir como entrada em modelos baseados nas técnicas de diagnósticos de falhas. Neste caso, um modelo computacional robusto permite um "design" otimizado, redução de custos e melhoria da confiabilidade. O objetivo deste trabalho é observar a influência da estrutura de suporte ou fundação no comportamento dinâmico de uma estrutura através dos métodos de impedância mecânica e coordenadas modais, sendo neste último caso, aplicando a redução modal e análise de sensibilidade qualitativa da mesma na influência da resposta dinâmica do sistema. A fundação é responsável pelo suporte do rotor, através da interconexão com os mancais. Os mancais transmitem à fundação, as forças causadas pelo movimento do rotor, como no desbalanceamento e vice-versa. Os modos de vibrar da fundação são excitados no intervalo de freqüência do rotor são também transmitidos através dos mancais de volta ao rotor. O método de coordenadas mistas usualmente considera o amortecimento estrutural proporcional e, portanto, ele representa o sistema em coordenadas modais desacopladas. Assim, foi verificada a igualdade entre os métodos de análise considerando todos os modos; para a combinação de modos reduzidos foi determinado o número mínimo de modos que representam a estrutura de suporte com amortecimento proporcional e não proporcional e a maneira como o amortecimento ficava acoplado ao sistema; e no caso do método das coordenadas mistas com uma fundação experimental de entrada, determinou-se o número mínimo de modos quando acoplados ou desacoplados ao sistema e tipo de amortecimento estrutural da fundação / Abstract: A rotating machine is composed by many interconnected components that work together and therefore they influence each other causing a wide range of phenomena during operation. The mathematical models allow to simulate the dynamic behavior of these systems in order to represent the reality, and, then, to be useful in predicting the system response. Such information can be applied to solve problems during the design phase, and, moreover, it can be the input to model based on failure diagnosis techniques. In this case, a robust computational model also enables the design optimization, cost reduction and reliability improvement. The objective of this work is to observe the support structure, or foundation, influence in the dynamic behavior of a structure through the methods of mechanical impedance and modal coordinates, and in the latter case, applying the reduced modal and sensitivity analysis of the same qualitative influence on the system dynamics response. The foundation is responsible for supporting the rotor, through interconnection with the bearings. The bearings transmit the foundation forces caused by the rotor movement, as those due to the mass imbalance, and vice versa. The vibration modes of the foundation are excited in the rotor frequency range also transmitted through the bearings back into the rotor. The coordinate method usually considers the mixed proportional structural damping, and therefore it represents the system in modal coordinates uncoupled. Thus was established the equality between the analysis methods for all modes; for the reduced modes combination was determined the minimum modes number that represent the support structure with proportional damping and non-proportional damping and the way that was connected to the system; and in the case the mixed coordinates method with a experimental foundation input, it was determined the minimum modes number when coupled and uncoupled system and the type of foundation structural damping / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Renato Pavanello / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-05T04:07:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souto_Carlosd'Andrade_D.pdf: 10416734 bytes, checksum: 002d9b3eec5201986dcb26153a06af7f (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho é desenvolvido um método modal de resolução para modelos de elementos finitos aplicados em problemas dinâmicos elasto - acústicos cíclico simétricos. O método combina a teoria de propagação de ondas em sistemas cíclico - simétricos com o método de subestruturaçãocom interfaces- fixas de Craig Bampton e foi desenvolvido originalmente para estruturas e sistemas hidroelásticos, sendo extendido aqui para o caso elasto - acústico.Um programa de elementos finitos escrito em C++ utilizando a filosofia da programação orientada a objetos desenvolvido no Departamento de Mecânica Computacional foi utilizado para realizar as implementações computacionais. Como pré-processador foi utilizado o ANSYS também utilizado no pós-processamento, juntamente com o MATLAB. Foram adotadas como variáveis deslocamentos para o domínio estrutural e potencial de deslocamentos para o domínio fluido. Foi implementada a resolução de problemas multidomínios (estrutura, fluido e interface) onde a interface é um domínio puramente geométrico. Também são analisados métodos de redução modal e subestruturação para sistemas fluido - estrutura sendo proposto um método de redução modal simétrica para problemas elasto - acústicos. Diversos exemplos numéricos são analisados e os resultados são comparados com soluções numéricas dos modelos completos obtidas por meio do ANSYS / Abstract: ln this work a modal method to perform eigenanalysis of elastoacoustic cyclic - symmetric systems by the finite element method is developed. The method combines component mode synthesis and wave propagation in cyclic symmetric domains was originally developed to structural and hydroelastic systems and is now extended to the elastoacoustic problem. A C++ object oriented finite element code developed by the Computational Mechanics Department was used on the computational implementation. ANSYS was used on pre-processing work and MATLAB and ANSYS were used to post-process the results. Displacements and potential of displacements were choosen as variables for the structure and the fluid respectively, leading to a symmetric coupled system. Using a multi-domain approach, the structure and fluid domains are necessarily coupled by the interface, a geometric domain. Modal reduction and substructuring methods for elastoacoustic problems were also investigated and a symmetric modal reduction is proposed. Some numerical examples were analyzed and the results are compared to analytical solutions andANSYS results / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

A interação entre as ondas vibratórias geradas pela resposta estrutural de uma placa e os modos acústicos de uma cavidade, que é uma das principais fontes de ruído no interior de cabines de automóveis, é estudada empregando técnicas computacionais e experimentais. Para investigar este fenômeno foi construído um protótipo que consiste de uma cavidade feita de acrílico que simula o interior de um veículo. O teto deste modelo pode ser substituído por uma placa de alumínio flexível, para que se possa gerar efeitos de acoplamento entre o campo acústico e a resposta estrutural. Inicialmente, foi feito um estudo analítico do modelo, empregando-se técnicas de elementos finitos com o objetivo de extrair as freqüências naturais e modos vibroacústicos em uma faixa de freqüência abaixo de 300 Hz, em dois casos diferentes: com e sem a presença de assentos dentro da cavidade. Depois disso, o modelo foi submetido a vários testes experimentais, para se obterem as funções de resposta em freqüência, as freqüências naturais vibroacústicas e os modos acústicos e estruturais, usando excitação acústica e estrutural e empregando métodos padrões de análise modal. Para fins de comparação, as FRF\'s vibroacústicas foram obtidas de duas maneiras diferentes: com excitação estrutural e resposta acústica e com excitação acústica e resposta estrutural. As freqüências naturais e os modos vibroacústicos foram medidos usando excitação acústica e estrutural. Neste caso, é mostrada a importância do controle da força excitadora. Alguns parâmetros experimentais foram variados, tais como posicionamento das excitações acústica e estrutural e o tipo de suspensão. Finalmente, é apresentada uma compilação das diferentes técnicas para a extração dos parâmetros modais vibroacústicos, propondo novas metodologias para a medição dos modos acústicos e estruturais em freqüências abaixo de 70 Hz, controlando a força excitadora e utilizando métodos de ajuste de curvas. É mostrado que o uso de excitação acústica e estrutural merece alguns cuidados, visto que a aplicação dos métodos traz restrições de acordo com a faixa de freqüência e a escolha da melhor forma de extração dos modos vibroacústicos depende da freqüência estudada. / The interaction between the vibration waves generated by the structural response of a plate and the acoustic modes of a cavity, which is one of the main noise sources in automobile passenger cabin, is addressed employing both computational and experimental techniques. In order to investigate this phenomenon a prototype which consists of a cavity made of acrylic that resembles a vehicle interior was built. The roof of this model can be replaced by a flexible aluminum plate in order to generate coupling effects between the acoustic field and the structural response. Initially an analytical study was performed on the model employing finite element techniques with the aim of extracting the vibroacoustic natural frequencies and mode shapes in a frequency range below 300 Hz in two different cases: with and without the presence of seats inside the cavity. After that, the model was submitted to several experimental tests in order to obtain the frequency response functions, vibroacoustic natural frequencies and mode shapes, using acoustic and structural excitation and employing standard modal testing methods. For comparison purposes, the vibroacoustic FRF\'s were obtained in two different manners: with the structural excitation and acoustic response and with acoustic excitation and structural response. The vibroacoustic natural frequencies and mode shapes were measured employing both acoustic and structural excitation. In this case, it is shown the importance of the control of the exciting force. Some experimental parameters were varied, such as positioning of the acoustic and structural sources and the suspension type. Finally, a compilation of different techniques for the vibroacoustic modal parameters extraction is presented, proposing new methodologies for the acoustic and structural modes measurements in frequencies below 70 Hz, using force control and curve fitting methods. It is shown that both acoustic and structural excitations have restrictions concerning the frequency range and the choice of the better method for the extraction of the vibroacoustic mode shapes and natural frequencies depends on it.

Na Indústria Aeronáutica, é de extrema importância a qualidade e o desempenho de seus produtos, que estão diretamente relacionados ao projeto e ao desenvolvimento de estruturas adequadas, pois além de seu caráter funcional deve-se também garantir a sua integridade nas mais diversas condições de operação. O comportamento dinâmico destas estruturas é um dos seus principais aspectos, principalmente devido à demanda contínua para estruturas mais leves e consequentemente mais flexíveis. Tradicionalmente, as estruturas aeroespaciais devem ser submetidas a alguma forma de verificação antes do voo, de forma a assegurar que a aeronave esteja livre de qualquer fenômeno de instabilidade aeroelástica, que pode ocorrer provocando problemas de fadiga ou falhas estruturais. Um dos fenômenos de instabilidade mais importantes é denominado flutter. As técnicas de ensaio em voo para identificação de flutter são de extrema importância para o conhecimento dos limites de voo seguro. Um dos elementos essenciais para a realização de ensaios de flutter em voo é o processo de identificação dos parâmetros modais estruturais da aeronave sob teste. A identificação precisa e rápida dos parâmetros modais permite determinar com antecedência e segurança as condições de voo em que o fenômeno de flutter irá ocorrer. Atualmente as pesquisas nesta área apontam na direção do desenvolvimento de tecnologia que permita a identificação em tempo real dos parâmetros modais associados ao flutter. Neste trabalho foi realizado o estudo de um método de identificação de parâmetros modais para ser aplicado em tempo real. O método de identificação utilizado para este estudo é o EERA - Extended Eigensystem Realization Algorithm, um método de identificação no domínio do tempo considerado eficiente e poderoso, pois é capaz de identificar o comportamento dinâmico complexo em estruturas. O algoritmo foi validado através de um ensaio experimental num modelo de asa no túnel de vento, onde foram determinados os parâmetros modais envolvidos no flutter. Também foi realizado um ensaio experimental numa placa de alumínio, onde foram identificados os seus parâmetros modais, frequências naturais e fatores de amortecimento. Após sua validação, o método EERA foi adaptado e programado no equipamento de aquisição e processamento de sinais dSPACE®, que é destinado a realizar identificação em tempo real. Por último foi realizado um ensaio experimental em tempo real na placa de alumínio utilizada anteriormente, onde os parâmetros modais identificados on-line foram comparados com os identificados off-line, comprovando assim a eficiência do método na identificação em tempo real. / In the Aeronautical Industry, the quality and the performance of its products, that are directly related to the project and the development of adequate structures, are of extreme importance, since, beyond their functional characteristics, their integrity, in the most diverse operation conditions, must also be guaranteed. The dynamic behavior of these structures is one of its main aspects, mainly due to continuous demand for lighter and consequently more flexible structures. Traditionally, the aerospace structures must be submitted to some form of verification before the flight, to assure that the aircraft is free of any aeroelastic instability phenomenon, which when occurring will provoke structural fatigue problems or failure. One of the more important instability phenomena is called flutter. The techniques of flight test for identification of flutter are of extreme importance for the knowledge of the limits of safe flight. One of the essential elements for the accomplishment of flutter tests in flight is the process of identification of the structural modal parameters of the aircraft under test. The accurate and fast identification of the modal parameters allows determining, with antecedence and security, the flight conditions where the phenomenon of flutter will occur. Currently the research in this area points in the direction of developing the technology that allows the identification in real time of the modal parameters associated to flutter. In this work the study of a method of identification of modal parameters was carried through to be applied in real time. The method of identification used for this study is the EERA - Extended Eigensystem Realization Algorithm, a method of identification in the time domain considered efficient and powerful, since it is capable to identifying complex dynamic behavior in structures. The algorithm was validated with an experimental test in a model of wing in the wind tunnel, where the involved modal parameters in flutter had been determined. Also an experimental test was carried out with an aluminum plate, where its modal parameters, natural frequencies and damping factors, had been identified. After its validation, the method EERA was adapted and programmed in the dSPACE® signals acquisition and processing equipment, which is used for carrying out identification in real time. Finally an experimental test, in real time, with the previously used aluminum plate was carried out, when the modal parameters identified on-line were compared with those identified off-line, thus proving the efficiency of the method for identification in real time.

Orientadores: Katia Lucchesi Cavalca, Rainer Nordmann / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T14:22:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Furtado_RogerioMendonca_D.pdf: 2160863 bytes, checksum: 4c54a9ce5fcded113554dc24287e591a (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Um atuador magnético como fonte de excitação em sistemas rotativos é desenvolvido para emprego na análise modal e em outros estudos, envolvendo a excitação sem contato. Embora os sistemas magnéticos para aplicação de forças em máquinas rotativas sejam empregados com alto desempenho (como por exemplo os mancais magnéticos), o desenvolvimento de um sistema simples, para aplicações laboratoriais, se apresenta como uma contribuição experimental útil, para ser empregado numa bancada de testes utilizada no desenvolvimento de projetos de máquinas rotativas. O conceito apresentado é simples, mas permite a excitação externa sem contatos ou mesmo o controle das amplitudes de vibração, quando associado a um sistema de controle. Contudo, a calibração e o estudo do desempenho dinâmico do sistema não são análises simples. Neste sentido, o trabalho apresenta uma experiência prática e discussões sobre o desenvolvimento do atuador magnético utilizado para testes em máquinas rotativas. A influência da corrente elétrica, entreferro, superfície do pólo do atuador e também da freqüência de excitação, são apresentadas. A força magnética é estimada, baseando-se na medida da densidade de fluxo magnético, medida por sensores hall. / Abstract: A magnetic actuator as excitation source in rotating systems is developed, in order to accomplish modal analysis and other studies involving contacless excitation. Although the use of magnetic systems to apply forces onto rotating machinery has been carried out with high performance level (for example, magnetic bearings), the development of a conveniently easy and simples device for laboratory application presents interesting contribution to experimental methods used in test rigs based on similarity design to rotating machinery. The initial concept of the magnetic actuator proposed here is simple, but enables either the external excitation without contact or the vibration control when associated with a controller system. However, the performance characteristics tunning to attend the dynamic demand of the system is not so trivial. Following this focus, the work brings practical experience and discussion about the development and performance analysis of a magnetic actuator used for rotating machinery tests. The influence of the electrical current in the actuator coils, the air-gap between actuator and rotative system, thetype of surface of the actuator poles (flat or curved) as well as excitation frequency was verified. Force estimation was based on the magnetic flux density, measured by hall sensors. / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Robson Pederiva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T06:27:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gevinski_JakersonRicardo_D.pdf: 12693026 bytes, checksum: fe16190815edb5eee4a73ed3a84fa51d (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Máquinas e equipamentos em condições operacionais estão susceptíveis à vibração e, consequentemente, deformações e tensões. Deformações em níveis excessivos podem ocasionar falhas por fadiga, muitas vezes catastróficas. Desta forma, o monitoramento e a caracterização da distribuição da deformação dinâmica em estruturas se tornam muito importantes. Em vista da determinação da deformação dinâmica, métodos de estimação de deformação que utilizam parâmetros vibracionais foram desenvolvidos. Por estes métodos, basicamente, estima-se a deformação dinâmica a partir da informação do deslocamento, não havendo, principalmente, a necessidade da colagem de extensômetros sobre a estrutura. Nesta tese, os métodos de estimação de deformação são aplicados utilizando funções respostas em frequência e de transmissibilidade. Os métodos de estimação da deformação são avaliados a partir de simulações numéricas e experimentos. A simulação numérica é realizada em uma viga engastada, e utilizam-se os métodos da matriz de transformação, análise modal híbrida e o método direto, baseado na análise da curvatura da viga. As avaliações experimentais são realizadas em placas de alumínio com diferentes geometrias e condições de contorno. O tensor de deformação e a distribuição da deformação dinâmica são determinados utilizando sinais de aceleração medidos em diferentes pontos da superfície das placas e os métodos de estimação. Os modos de deslocamento e de deformação, necessários para aplicação dos métodos, são obtidos por elementos finitos em ANSYS®. Na transformação deslocamento-deformação, são utilizados os métodos de diferenças finitas e de elementos finitos. Os tensores de deformação estimados são comparados com os tensores de deformação medidos por meio de extensômetros. Os modos operacionais de deformação estimados foram comparados com modos simulados. As simulações e experimentos apresentam resultados relevantes e satisfatórios no campo da determinação da deformação dinâmica / Abstract: Machinery and equipment, under operating conditions, are susceptible to vibration and hence the levels of dynamic stress and strains. The consequence of excessive vibration can be catastrophic since, high levels of stress and strain, occurring in a certain period of time can cause fatigue failures. Thus, monitoring and characterization of the dynamic strain distribution in mechanical structures becomes increasingly important. In view of the dynamic strain determination, some methods have been developed to predict the dynamic strain from vibration measurements. These methods basically consist in the numerical differentiation of displacement and, in especially, to predict the strain without the use of strain gages. In this thesis, the strain predicting methods are applied using both functions frequency responses and transmissibility. The strain predicting methods are evaluated through numerical simulations and experiments. The numerical simulation is performed on a cantilever beam, and the hybrid modal analysis, transformation matrix and the direct method, based on the analysis of the curvature of the beam matrix, are used. The experimental evaluations are performed on aluminum plates with different geometries and boundary conditions. The dynamic strain tensor and the distribution of operating strain are determined using acceleration, measured at different points on the surface of the plates, and the strain predicting methods. The strain and displacement modes, required for application of the methods, are obtained by finite element in ANSYS ®. In the displacement - strain transformation, both the finite difference methods and finite elements methods are used. The predicted strain tensors are compared with the strain measured using strain gauges. The predicted operating modes were compared with simulated strain modes. Simulations and experiments show significant and satisfactory results in the field of determining the dynamic strain / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica