Orientador: Katia Lucchesi Cavalca Dedini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-29T05:26:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cavalcante_PaulaFrassinetti_D.pdf: 18098504 bytes, checksum: 504ae08541ec4275de5e52c7e4d999e5 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: A análise modal tem evoluído bastante nas últimas décadas e tem-se tomado, cada vez mais, uma importante ferramenta para a análise de problemas na área de dinâmica estrutural. Assim sendo, os problemas que envolvem a dinâmica de sistemas tem-se utilizado desta ferramenta para investigar o comportamento de máquinas rotativas e sua interação com seus componentes. Dessa forma, tem-se utilizado a análise modal na investigação de problemas experimentais que envolvem a dinâmica estrutural de máquinas rotativas e sua estrutura de suporte. Atualmente, novos modelos para análise do comportamento de máquinas rotativas tem levado em conta a interação entre os vários subsistemas que constituem o sistema analisado, e, portanto, a influência da fundação na resposta do sistema tem-se tomado mais evidente. Neste trabalho, propõe-se apresentar uma metodologia de cálculo dos parâmetros da fundação, cuja representação matemática no sistema rotor-mancais, permita uma simulação mais precisa destes componentes mecânicos no modelo do sistema completo. O procedimento consiste em representar a fundação através de seus parâmetros modais, determinados utilizando técnicas de análise modal clássica, e em seguida, através do método proposto (Método das Coordenadas Mistas) representá-Ia no sistema completo. A verificação experimental é feita através de um banco de provas, para o ajuste do comportamento vibracional da estrutura flexível, e sua interação com o subsistema rotor-mancais / Abstract: The analysis of the behavior of foundation and its influence on the whole system response, rotor-bearings-foundation, is of a great importance to investigate the dynamic response of these systems. Modal analysis procedures have been strongly developed in the last decades and have become important tools of analysis in engineering problems that involve rotating machinery and its supporting structure. The new models to analyze the rotating machinery behavior take into account several subsystems interaction, which constitute the whole analyzed system and, thus, the influence of the foundation as well. In this way, this work presents a methodology for dynamic analysis of the foundation using modal analysis techniques to determine its modal parameters(damping factor, natural frequency and generalized mass). The proposed method of mixed coordinates is then applied and the foundation effects are introduced in the complete mathematical model of the rotor-bearings system. In this procedure, the foundation is represented in the whole system through its modal parameters. The experimental validation is conducted in a set-up to fit the vibrational behavior of the flexible structure and its interaction with the rotorbearings system / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Katia Lucchesi Cavalca, Eduardo Paiva Okabe / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T09:22:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santana_PedroMenezes_M.pdf: 1559305 bytes, checksum: 5e83f98a9c2a81717c597a0f31a71208 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Um sistema rotativo, quando gira, pode apresentar precessão no mesmo sentido (precessão direta) ou no sentido contrário (precessão retrógrada) ao da rotação. Estes dois modos combinados podem definir o comportamento da vibração do rotor. A formulação direcional é utilizada para representar os modos de precessão, possibilitando a obtenção da resposta dos modos diretos e retrógrados, separados no domínio da freqüência. O modo retrógrado, que pode ser resultado da anisotropia do sistema, deve ser evitado, já que provoca variações constantes nas tensões de tração e compressão nas fibras do eixo, o que pode propagar trincas e causar falha por fadiga. Este trabalho tem o objetivo de analisar a influência do grau de anisotropia dos mancais e da estrutura de suporte na resposta do modo retrógrado de precessão. Diversas configurações de sistema rotor-mancais foram modelados e estudados, utilizando coordenadas direcionais, para diferentes graus de anisotropia dos mancais flexíveis. Foram utilizados modelos de eixo rígido e flexível, incluindo um modelo de elementos finitos. Diferentes modelos experimentais de fundação foram incorporados ao sistema rotor-mancais. Os principais modos da fundação foram representados por coordenadas principais, e o sistema resultante é, portanto, representado por coordenadas mistas (físicas para o rotor e principais para a fundação). / Abstract: A rotating system, as it spins, can perform a whirling at the same direction (forward whirl) or at the opposite direction (backward whirl). These two whirling modes can define the rotor's vibration behavior. The directional formulation is used in modal analysis to represent the whirling modes, so it can be possible to obtain the forward and backward response separately on the frequency domain. The backward mode, that may occur as a result of the system's anisotropy, must be avoided, since it generates constant variations of the traction and compression tensions at the shaft, which can provoke fatigue failure. The objective of this work is to analyze the influence of the anisotropy degree of the bearings and supporting structure on the backward mode of whirl. Different rotor-bearings configuration where modeled and studied, using directional coordinates, for different bearings' coefficients. Rigid and flexible shaft models where used, including a finite elements model. For a better understanding of the system's response, different experimental supporting structure (foundation) models where incorporated to the rotor-bearings system, and the directional response of the rotor-bearings-foundation system was calculated. The main foundation modes were represented by modal coordinates, and the resulting system is, thus, represented by mixed coordinates (physical coordinates for the rotor and modal coordinates for the foundation). / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T12:41:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castro_HelioFioride_D.pdf: 2921981 bytes, checksum: 83a1aae9466f9a33a00043c950bea261 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho, foi realizada a análise e validação de um modelo de sistema rotativo sustentado por mancais hidrodinâmicos. Para isto, considerou-se um modelo não-linear de mancal hidrodinâmico. A parte girante do sistema foi modelada pelo Método dos Elementos Finitos. Este modelo é capaz de simular a resposta do sistema a auto-excitação causada pelo ilme de óleo no mancal hidrodinâmico. Para calibração do modelo, um método de ajuste metaheurístico, baseado em Algoritmo Genético e Recozimento Simulado foi aplicado. Após o ajuste do modelo, compararam-se os resultados da simulação, considerando o resultado do ajuste, e resultados adquiridos na bancada experimental de teste do Laboratório de Máquinas Rotativas (DPM) na Faculdade de Engenharia Mecânica da UNICAMP. Uma especial atenção foi dada na análise dos esforços hidrodinâmicos, pois se buscou levantar os coeficientes dinâmicos lineares (coeficientes de amortecimento e rigidez) dos mancais através dos resultados obtidos experimentalmente e pelas simulações. Além disto, foram estimados coeficientes não-lineares das forças, os quais são relacionados a termos quadráticos de deslocamentos e velocidades e suas combinações, ressaltando o caratê não-linear deste tipo de mancais. Os resultados demonstraram que o modelo não-linear de mancais hidrodinâmicos é capaz de representar a instabilidade fluidoinduzida / Abstract: In this investigation, the analysis and validation of rotative system supported by hydrodynamic journal bearings was accomplished. A non-linear hydrodynamic bearing model was considered. The rotary shaft and rotor mass were modeled by The Finite Element Method. The combination of these models is able to simulate the system response to the auto-excitation caused by the oil film instabilities in the journal bearing. In order to calibrate the model, a metaheuristic method, based in Genetic Algorithm and Simulated Annealing, was applied. After the model fitting, the simulation results, taking into account the fitting results, and experimental results acquired from the experimental set-up at the Rotating Machine Laboratory in the Department of Mechanical Design of the Mechanical Engineering Faculty at UNICAMP. A special attention was directed to the hydrodynamic forces, because the dynamic bearing coefficients (stiffness and damping coefficients) were evaluated through simulated and experimental results. Moreover, non-linear coefficients of the forces were also estimated. These coefficients are related to quadratic terms of displacements and velocities and ççtheir combinations, highlighting the non-linear feature of this kind of bearing. The results showed hat the non-linear journal bearing model is able to represent the fluid-induced instability / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Euclides de Mesquita Neto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-15T00:21:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_AmilcarDanielOgazde_M.pdf: 3046046 bytes, checksum: 289cbf406a5a9496df2d904d50f26fe8 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A presente dissertação descreve a resposta de um sistema dinâmico constituído por um rotor, uma fundação rígida e um solo homogêneo. O rotor considerado é um modelo de Jeffcott (Laval) com amortecimento externo. O rotor está fixado em uma fundação rígida que, por sua vez, está assentada em um solo homogêneo modelado como um semi-espaço viscoelástico. O sistema é analisado no plano do rotor. Uma cuidadosa dedução das equações de movimento é apresentada. A resposta dinâmica do solo é sintetizada com auxílio do Método dos Elementos de Contorno. A análise é conduzida no domínio da freqüência, reproduzindo o comportamento estacionário do rotor e da fundação. A influência de diversos parâmetros do sistema, sobre a resposta dinâmica do rotor e fundação é estudada. Entre os parâmetros geométricos considerados estão a altura do centro geométrico da fundação em relação ao solo e a altura do rotor em relação à fundação. O papel das razões de inércia entre rotor e fundação é investigado. A influência do amortecimento interno e do amortecimento geométrico do solo é analisada. O tipo de contato entre a fundação rígida e o solo também á estudada. / Abstract: The present work describes the dynamic response of a system consisting of a rotor, a rigid foundation and a homogeneous soil profile. The rotor is considered a Jeffcott (Laval) model with external damping which is attached to a rigid foundation. The foundation is supported by a viscoelastic half-space. The analysis is conducted in the plane of the rotor. A detailed deduction of the system's equation of motion is presented. The soil response is synthesized by the Boundary Element Method. The analysis is conducted in the frequency domain, leading thus to the stationary response of rotor and foundation. The influence of distinct system parameters of the dynamic response of rotor and foundation is addressed. The geometric parameters include the distance of the foundation mass center to the soil-foundation interface and the height of the rotor with respect to the foundation. The effect of rotor to foundation inertia ratio is investigated. The role of soil internal and geometric damping on the system response is also addressed. The influence of the contact type at the soil foundation interface, bonded or smooth, is also considered. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

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: Katia Lucchesi Cavalca / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T21:45:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniel_GregoryBregion_D.pdf: 5439822 bytes, checksum: 616b0f86a01472d86d7a1b9dc7943ea0 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho tem por objetivo analisar o comportamento termohidrodinâmico de mancais hidrodinâmicos segmentados e avaliar a influência da temperatura nas características dinâmicas (coeficiente equivalente de rigidez e de amortecimento) desses mancais. Por esse motivo, foi desenvolvido um modelo termohidrodinâmico para análise em mancais segmentados, permitindo assim determinar a distribuição de pressão no filme lubrificante juntamente com a distribuição de temperatura. O método de volumes finitos é utilizado na discretização do modelo termohidrodinâmico desenvolvido para resolução da equação de Reynolds e da equação de energia. A partir da distribuição de pressão e de temperatura no filme lubrificante do mancal pode-se calcular as forças hidrodinâmicas atuantes no mancal, a posição de equilíbrio do eixo no mancal e, consequentemente, os coeficientes equivalentes de rigidez e de amortecimento. Os resultados obtidos através do modelo termohidrodinâmico (THD) foram então comparados com os resultados obtidos através do modelo hidrodinâmico clássico (HD), em que o filme lubrificante é considerando isoviscoso, possibilitando analisar a influência da variação da temperatura do filme lubrificante na determinação dos coeficientes equivalentes de rigidez e de amortecimento do mancal. A validação experimental do modelo termohidrodinâmico desenvolvido é realizada a partir de dados de temperatura obtidos em um mancal hidrodinâmico segmentado operando em uma turbina a vapor. Os resultados apresentados neste trabalho mostram as distribuições de pressão, as distribuições de temperatura, a posição de equilíbrio do eixo e dos segmentos do mancal, as forças hidrodinâmicas no mancal, os coeficientes equivalentes de rigidez e de amortecimento na forma completa e na forma reduzida (síncrono e não síncrono), o que permite realizar uma análise das condições de lubrificação e do comportamento dinâmico de mancais hidrodinâmicos segmentados / Abstract: This work aims to analyze the thermohydrodynamic behavior of tilting pad journal bearings and evaluate the temperature influence on the dynamics characteristics (equivalent stiffness and damping coefficients) of these bearings. For this reason, a thermohydrodynamic model was developed to analyze tilting pad journal bearings, leading to the evaluation of the pressure distribution in the oil film jointly with the temperature distribution. The Finite Volume Method is applied in this thermohydrodynamic model to solve the Reynolds' Equation and the Energy Equation. From the distributions of pressure and temperature in the oil film, it is possible to determine the hydrodynamic forces on the bearing, the equilibrium position of the shaft in the bearing and, consequently, the equivalent stiffness and damping coefficients. The results obtained through the thermohydrodynamic model (THD) were compared with the results obtained through the hydrodynamic model (HD), in which the oil film is considered isoviscous, what enables the analysis of the influence of the temperature variation of the oil film in the determination of the equivalent stiffness and damping coefficients of the bearing. The experimental validation of the developed thermohydrodynamic model was accomplished using the temperature measurements obtained in a tilting pad journal bearing operating in a steam turbine. The results presented in this work show the pressure distribution, the temperature distribution, the equilibrium position of the shaft and the pads in the bearing, the hydrodynamic forces in the bearing and the equivalent stiffness and damping coefficients in the full and reduced form (synchronous and non-synchronous), bringing to the analysis of the lubrication condition and the dynamic behavior of tilting pad journal bearing / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Fernando de Almeida França / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T14:04:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Estevam_Valdir_D.pdf: 11356344 bytes, checksum: 13e102eea46c4503e7a6aa8283fa67a9 (MD5) Previous issue date: 2002 / Doutorado

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca Dedini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T17:11:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TapiaTadeo_Abdon_D.pdf: 11144730 bytes, checksum: d2baefbd001d76b864b12a454afd5aa6 (MD5) Previous issue date: 2003 / Doutorado

Ingeniero Civil Mecánico / El trabajo realizado tiene como objetivo desarrollar una metodología de diseño para la estructura de una turbina Darrieus tipo H de tres aspas. La metodología consiste en determinar los esfuerzos asociados a su funcionamiento en condiciones de viento definidas como de zonas urbanas. Se enfoca principalmente en dos elementos clave de la estructura de estas turbinas, los conectores entre álabe y eje, y el mismo eje de la turbina. Estos elementos están sometidos a momentos y torques pulsantes debido al cambio del ángulo de ataque en las aspas de la turbina a medida que esta gira. La modelación de las fuerzas ejercida por el viento sobre los álabes de la turbina se realiza utilizando el modelo Double-Multiple Streamtube. Este se usa comúnmente para la determinación de los coeficientes de potencia, normal y tangencial en turbinas de eje vertical. El objetivo es definir las dimensiones de los elementos clave de manera que soporten las condiciones de funcionamiento. Para esto se realizan primeramente cálculos teóricos para determinar las dimensiones según algunos criterios de diseño (p.ej. falla por fatiga de Goodman) para posteriormente simular lo obtenido en un software de elementos finitos y verificar los resultados. Por otro lado, es necesario verificar que el conjunto de estructuras sea funcional en términos de las vibraciones asociadas al movimiento. Se realizan por lo tanto análisis modales de frecuencia natural de manera teórica, los cuales también se comparan posteriormente con lo simulado. Al comparar la simulación con los resultados teóricos se puede ver son bastante parecidos. Se obtiene que los resultados teóricos de esfuerzo son mayores que los obtenidos mediante la simulación. Esto se puede explicar por la diferencia en las condiciones de borde, la diferencia en el método de cálculo y en menor medida a aproximaciones y simplificaciones. Sin embargo los resultados son favorables. Por otro lado, la frecuencia natural obtenida por ambos métodos es suficiente como para que la turbina no entre en resonancia. Esto quiere decir que la metodología de diseño utilizada para los elementos de la estructura de una turbina Darrieus-H es exitosa y funcionaría sin problemas en condiciones ideales.

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