Orientador: Jose Maria Campos dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T04:25:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Colinas_NiltonGilber_M.pdf: 6668829 bytes, checksum: 0f5fe00364a351d5d5859c9c042c161c (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho procurou-se explorar a técnica de Holografia Acústica de Campo Próximo (Nearfield Acoustic Holography - NAB), que tem se mostrado como uma forma de análise para problemas vibroacústicos. A holografia é um processo que permite determinar as características de um campo de ondas acústicas usando a Transformada de Fourier Discreta (Discrete Fourier Transform - DFT), a partir de uma grade de pontos de medições regularmente espaçados obtidos em um ambiente acústico onde a função de Green é conhecida. O presente trabalho apresenta uma breve revisão dos princípios desta técnica com uma aplicação na reconstrução de propriedades vibroacústicas de estruturas. O campo de pressão, campo de velocidade das partículas e intensidade acústica gerados por um elemento estrutural vibrante foram as grandezas reconstruídas através da técnica NAH em diferentes posições do espaço. A fim de minimizar os problemas de leakage oriundos do processamento dos sinais, a Série de Fourier Discreta Regressiva (Regressive Discrete Fourier Series - RDFS) foi utilizada como alternativa às técnicas de janelamento do sinal. Resultados obtidos para uma estrutura do tipo placa são analisados, validados e comparados com previsões teóricas / Abstract: In this work, the Nearfield Acoustic Holography technique - NAH was explored as an way to analyze vibroacoustic problems. Holography is a process that allows to determine acoustic fields characteristics using a Discrete Fourier Transform - DFT, from a regular grid of measurements obtained in an acoustic environment for which the Green' s function is known. This work presents a brief principle's review of this technique with an application on the reconstruction of the vibroacoustic properties of structures. The pressure field, particle velocity field and acoustical intensity generated by a vibrating structural element were reconstructed through the NAH technique in different spatial positions. ln order to minimize spatial leakage problems from signal processing a Regressive Discrete Fourier Series ¿ RDFS was utilized as an alternative to windowing techniques. Results obtained from a plate type structure were analyzed, validated and compared with theoretical predictions / Mestrado / Mecanica dos Solidos / Mestre em Engenharia Mecânica

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Visando atender requisitos cada vez mais rigorosos de projeto e exigência dos consumidores, é necessário extrair o máximo desempenho de uma dada estrutura de produto, buscando sempre propriedades superiores as atuais. Para obter-se tais propriedades dinâmicas superiores (resistência, rigidez, peso) existem vários métodos de otimização estrutural, entre os quais a otimização de parâmetros, utilizada em ajustes finos de projeto; a otimização topológica, mais complexa e condicionada pelos processos de fabricação disponíveis e a otimização de forma utilizada em chapas estruturais. Dentre os métodos recentes de otimização de forma merece destaque o método de Padrões de Bossas por Formas Modais desenvolvido por Fredö e Hedlung (2004), que permite grandes ganhos de rigidez estrutural com pequenas deformações no formato das chapas. Entretanto, tal método tem sua aplicabilidade restrita, pois depende de fatores de ponderação cujo critério de escolha não foi explorado pelos autores. O presente trabalho analisa teoricamente o método desenvolvido por Fredö e Hedlung (2004), utilizando para tal uma chapa metálica em condições controladas para determinar um critério coerente de definição dos parâmetros de ponderação do método via otimização computacional suportado por uma análise modal via método dos elementos finitos. Com os resultados dessa análise pode-se criar um programa para implementação do método de Padrões de Bossas por Formas Modais em aplicações industriais, com ganhos significativos nas características estruturais de produtos sem impactos no custo final. / To meet increasingly higher design requirements and consumer demands for design, it is necessary to extract the maximum performance of a given product structure, always seeking superior properties versus current design. To obtain such superior dynamic properties (strength, stiffness, weight) there are several methods of structural optimization, including the parameters optimization used to fine-tune design; the topology optimization, more complex and conditioned by manufacturing processes and the shape optimization as used in structural plates. Among the newer methods for shape optimization, it is worth mentioning the Panel embossing pattern optimization method developed by Frëdo and Hedlung (2004), which allows large structural rigidity gains with small deformations in the plate shape. However, this method has a limited applicability because it depends on weighting factors whose selection criterion was unexplored by the authors. This work theoretically analyzes the method developed by Frëdo and Hedlung (2004), using for such a metal sheet under controlled conditions to determine a coherent criterion for the weighting parameters definition process using computational optimization supported by a modal analysis via finite element method. With the results of this analysis, it was possible to create a program to implement the method embossing pattern optimization method in industrial applications, with significant gains in structural characteristics of products without affecting the final cost.

Visando atender requisitos cada vez mais rigorosos de projeto e exigência dos consumidores, é necessário extrair o máximo desempenho de uma dada estrutura de produto, buscando sempre propriedades superiores as atuais. Para obter-se tais propriedades dinâmicas superiores (resistência, rigidez, peso) existem vários métodos de otimização estrutural, entre os quais a otimização de parâmetros, utilizada em ajustes finos de projeto; a otimização topológica, mais complexa e condicionada pelos processos de fabricação disponíveis e a otimização de forma utilizada em chapas estruturais. Dentre os métodos recentes de otimização de forma merece destaque o método de Padrões de Bossas por Formas Modais desenvolvido por Fredö e Hedlung (2004), que permite grandes ganhos de rigidez estrutural com pequenas deformações no formato das chapas. Entretanto, tal método tem sua aplicabilidade restrita, pois depende de fatores de ponderação cujo critério de escolha não foi explorado pelos autores. O presente trabalho analisa teoricamente o método desenvolvido por Fredö e Hedlung (2004), utilizando para tal uma chapa metálica em condições controladas para determinar um critério coerente de definição dos parâmetros de ponderação do método via otimização computacional suportado por uma análise modal via método dos elementos finitos. Com os resultados dessa análise pode-se criar um programa para implementação do método de Padrões de Bossas por Formas Modais em aplicações industriais, com ganhos significativos nas características estruturais de produtos sem impactos no custo final. / To meet increasingly higher design requirements and consumer demands for design, it is necessary to extract the maximum performance of a given product structure, always seeking superior properties versus current design. To obtain such superior dynamic properties (strength, stiffness, weight) there are several methods of structural optimization, including the parameters optimization used to fine-tune design; the topology optimization, more complex and conditioned by manufacturing processes and the shape optimization as used in structural plates. Among the newer methods for shape optimization, it is worth mentioning the Panel embossing pattern optimization method developed by Frëdo and Hedlung (2004), which allows large structural rigidity gains with small deformations in the plate shape. However, this method has a limited applicability because it depends on weighting factors whose selection criterion was unexplored by the authors. This work theoretically analyzes the method developed by Frëdo and Hedlung (2004), using for such a metal sheet under controlled conditions to determine a coherent criterion for the weighting parameters definition process using computational optimization supported by a modal analysis via finite element method. With the results of this analysis, it was possible to create a program to implement the method embossing pattern optimization method in industrial applications, with significant gains in structural characteristics of products without affecting the final cost.

This thesis focuses on identifying acoustic noise generating components in piezoelectric blowers through transverse velocity measurements and the development of a numerical fluid model. Piezoelectric ceramics have proven useful for many industries and areas of research involving: high precision actuators, noise control, ultrasonic devices, and many other areas. As of late, a unique adaptation of piezoelectric ceramics is surfacing in the area of pumping and cooling. Air pumps that use these ceramics replace the traditional electric motor, resulting in lower power consumption, less moving parts, constant pressure gradients, lower overall weight, and a low profile. The current drawback of this application is the acoustic radiation produced by the blowers. Since these blowers are new to market, little research or development has been done to characterize the noise emissions. This thesis studies the acoustic emissions from the front face of a Murata piezoelectric blower. Jet noise and structural vibrations are two acoustic sources of interest that are studied in this research. A Direct Numerical Simulation (DNS) of the fluid flow through a Murata blower is developed to better identify noise generating mechanisms. The model solutions predict trends in sound pressure levels (SPL) of the jet noise and volumetric flow rates. Both the SPL and flow rate are shown to be functions of critical geometrical dimensions within the flow path of a Murata blower. Important dimensional components are identified as well as non-influential ones. Design guidelines are given to reduce noise emission from the front side of a blower and increase the volumetric flow rate. The results of this research have a direct impact on the piezoelectric blower industry and future blower designs.

Le travail de cette thèse a été réalisé dans le cadre d'une collaboration entre EDF R&D et le LMA de Marseille (CNRS). Le but était de développer des outils théoriques et numériques pour le calcul de modes non-linéaires de structures industrielles possédant des non-linéarités localisées à jeu. La méthode de calcul utilisée est une combinaison de la méthode d'équilibrage harmonique (EH) et de la méthode asymptotique numérique (MAN), appelée EHMAN. Elle est réputée pour sa robustesse sur les problèmes réguliers. L'enjeu de ce travail de thèse est de l'appliquer sur des problèmes non-réguliers régularisés de type butée à jeu pour lequel un grand nombre d'harmonique est nécessaire. Des améliorations ont été apportées à la méthode de base pour rendre effectif le traitement de modèles à "grand" nombre de degrés de liberté (DDL). Les développements réalisés pendant la thèse ont été capitalisés par la création de nouveaux opérateurs dans Code_Aster.Une étude approfondie d'un système à 2 degrés de liberté a permis de faire émerger quelques caractéristiques des systèmes non-linéaires à jeu. Celles-ci ont servi entre autre à établir une méthodologie pour l'étude de systèmes à grand nombre de DDL. Pour finir, la potentialité des modes non-linéaires comme outil de diagnostic vibratoire est démontrée avec l'étude d'un tube cintré de générateur de vapeur. Le calcul des modes non-linéaires a monté l'existence d'une interaction entre un mode hors-plan (basse fréquence) et un mode plan (haute fréquence) expliquant des régimes vibratoires non-standards. Ce résultat, impossible à obtenir avec les outils de l'analyse modale linéaire, est confirmé expérimentalement. / This work is a collaboration between EDF R&D and the Laboratory of Mechanics and Acoustics. The objective is to develop theoretical and numerical tools to compute nonlinear normal modes (NNMs) of structures with localized nonlinearities.We use an approach combining the harmonic balance and the asymptotic numerical methods, known for its robustness principally for smooth systems. Regularization techniques are used to apply this approach for the study of nonsmooth problems. Moreover, several aspects of the method are improved to allow the computation of NNMs for systems with a high number of degrees of freedom (DOF). Finally, the method is implemented in Code_Aster, an open-source finite element solver developed by EDF R&D.The nonlinear normal modes of a two degrees-of-freedom system are studied and some original characteristics are observed. These observations are then used to develop a methodology for the study of systems with a high number of DOFs. The developed method is finally used to compute the NNMs for a model U-tube of a nuclear plant steam generator. The analysis of the NNMs reveals the presence of an interaction between an out-of-plane (low frequency) and an in-plane (high frequency) modes, a result also confirmed by the experiment. This modal interaction is not possible using linear modal analysis and confirms the interest of NNMs as a diagnostic tool in structural dynamics.