Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:18:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327695.pdf: 7124881 bytes, checksum: f8fea73be61034180236a58138009280 (MD5) Previous issue date: 2014 / Este trabalho apresenta um modelo do comportamento dinâmico de baixas frequências de compressores herméticos usados em sistemas domésticos de refrigeração. O modelo considera regime normal de operação e regime transiente, este representando as condições de partida e parada. O estudo considera todos os componentes de seu mecanismo, os filmes de óleo de lubrificação, o torque indutivo do motor elétrico dependente da velocidade angular do eixo e a pressão na câmara de compressão dependente da posição angular do eixo. Foram calculados os esforços transmitidos para a carcaça através das molas de suspensão do conjunto interno e do tubo de descarga, bem como a resposta da carcaça a estas excitações. Um segundo modelo foi desenvolvido com o objetivo de determinar de forma rápida o ruído radiado na condição de regime permanente de operação abrangendo a faixa de frequências até 6.300Hz. Este modelo baseia-se no uso de funções de resposta em frequência referentes ao comportamento dinâmico, ou acústico, de cada componente que forma um compressor. Simplificações foram feitas tornando o procedimento bastante rápido e permitindo a análise das contribuições dos vários caminhos de propagação da energia vibroacústica para a carcaça e consequente radiação sonora. Seu uso é aplicável no desenvolvimento de novos produtos, o qual requer muitos testes envolvendo alterações nos vários componentes, permitindo avaliar as respectivas implicações no ruído final radiado.<br> / Abstract : This work presents a methodology for the low frequency dynamic behavior of domestic refrigerator compressor. The model represents all mechanism components, the oil lubricating film, the inductive electric motor torque dependent on the crankshaft angular velocity and the pressure in the compression chamber dependent on the crankshaft angular position. Also, are calculated the transmitted forces by the springs and discharge tube to the compressor shell with this model. A second model was developed with the goal to quickly determine the radiated noise in steady state of compression up to 6300 Hz. This model is based on frequency response functions of the dynamic and acoustic behavior of each compressor component. Some simplifications made the procedure very quick, allowing to analyze the contribution to the radiated noise by the vibroacoustic energy paths. The model can be applied to new products development, allowing many component modifications targeting the final radiated noise.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológio. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:39:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327865.pdf: 3933190 bytes, checksum: 2fdaa94cce8969c7095afe067020cd51 (MD5) Previous issue date: 2014 / Problemas causados por ressonâncias indesejadas são bastante conhecidos dos projetistas de estruturas. Alterações geométricas em componentes estruturais frequentemente são necessárias para que estes tenham comportamento dinâmico adequado às suas aplicações. Estas alterações podem ser efetuadas através do uso de ferramentas de otimização de forma. Este trabalho aborda a otimização de forma de placas planas com o objetivo de controlar suas frequências naturais evitando ressonâncias em determinadas faixas de interesse. A análise baseou-se na representação da posição dos nós da malha em elementos finitos em função da liberdade de criação de diferentes geometrias através da movimentação destes nós. Tendo em vista o grande número de variáveis optou-se por usar o método gradiente MMA (Method of Moving Asymptotes) de busca e passo para a otimização. Este procedimento foi utilizado nas análises de dois casos práticos.<br> / Problems caused by undesirable resonances are well known to structural engineers. Geometric changes in the project design are frequently necessary to achieve good dynamic response of its structural components. These changes can be proposed using optimization tools. This dissertation is about flat plates optimization for the control of their natural frequencies in order to avoid undesirable resonances in certain frequencies ranges. The analysis is based on the use of the plate finite element mesh nodes position due to the great variety of possible geometry designs. Given the large number of variables created using this approach, a gradient method of optimization is used: the MMA (Method of Moving Asymptotes). This procedure is used to analyze two practical cases.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-10-24T03:10:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345251.pdf: 8929611 bytes, checksum: 51ae259de2bbab493099aa0455cb813e (MD5) Previous issue date: 2016 / A análise vibroacústica de estruturas e equipamentos vem adquirindo importância crescente devido à necessidade de desenvolvimento de produtos com maior confiabilidade, eficiência energética e conforto. O uso de métodos numéricos, como o Método de Elementos Finitos (MEF), tem se mostrado essencial por proporcionar menores custo e tempo de desenvolvimento de novos produtos. Este trabalho aborda um estudo do comportamento dinâmico do conjunto bloco e motor elétrico de compressores herméticos. As propriedades mecânicas destes componentes foram obtidas experimentalmente. Atenção especial foi dedicada às propriedades do estator por ser um componente de elevado amortecimento e baixa rigidez. Para isso, um modelo numérico foi ajustado sendo consideradas propriedades ortotrópicas. Os resultados foram vali-dados através de uma sequência de testes de análise modal individual destes componentes bem como do conjunto acoplado. Estes também foram validados através da avaliação de compressores em operação, considerando as cargas reais de compressão do gás de refrigeração e do campo magnético gerado pelo motor elétrico. Os resultados apresentaram boa concordância, o que permitem o uso em análises do comporta-mento vibroacústico de um compressor completo.<br> / Abstract : The vibroacoustic analysis of structures and equipment has been gaining increasing importance due to the need to develop products with higher reliability, energy efficiency and comfort. The use of numerical methods such as Finite Element Method (FEM) has been shown to be essential for providing lower cost and development time for new products. This work presents a study of the dynamic behavior of the block and the electric motor of hermetic compressors. The mechanical properties of these components were obtained experimentally. Special attention was given to the stator properties to be a component of high damping and low stiffness. For this, a numerical model was set being considered or-thotropic properties. The results were validated using a sequence of individual modal analysis tests for these components as well as coupled together. These were also validated by evaluating compressors in opera-tion, considering the real loads in compression refrigeration gas and magnetic field generated by the electric motor. The results showed good agreement, making possible the use in the analysis of the vibroacoustic behavior of a complete compressor.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T15:11:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 96202.pdf: 4525364 bytes, checksum: 2e4ac2f51d77636f7a288d5cc105800b (MD5) Previous issue date: 1985 / Os métodos de avaliação das condições de operação de máquinas através de monitoramento de vibrações tem desempenhado um importante papel na melhoria do desempenho e disponibilidade do equipamento, além de reduzir os custos de manutenção. Os rolamentos são elementos indispensáveis na maioria das máquinas. Além disso, nos métodos de manutenção convencionais é grande o desperdício de elementos que são substituídos estando ainda em bom estado, porquanto os rolamentos têm uma expectativa de vida tão dispersa que o intervalo entre manutenções deve ser menor que sua vida média, afim de evitar ou diminuir a possibilidade de falha catastrófica. Pelas razões acima, tem sido relatado que os maiores benefícios da instalação de sistema de monitoramento são conseguidos quando aplicados a rolamentos. A Técnica da Análise Espectral e a da Curtose para o monitoramento e diagnóstico de falhas em rolamentos são as mais ostensivamente relatadas. Neste trabalho é apresentado um modelo teórico para a variação do Coeficiente de Curtose com a rotação, além de um modelo simplificado para o espectro de um rolamento com defeito. Também é mostrada a determinação das expressões teóricas para a obtenção das frequências geradas pela rotação. As expressões teóricas para o Coeficente de Curtose foram comparadas com resultados experimentais. A despeito da simplicidade do modelo teórico, através dele puderam-se prever limitações na Técnica da Curtose as quais foram confirmadas pelos resultados experimentais. Dois novos parâmetros que consistem de uma modificação da Curtose foram propostos para melhorar a eficiência da Técnica da Curtose. Finalmente, foi feita uma aplicão simples da Técnica da Análise Espectral.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T16:22:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 79342.pdf: 22519115 bytes, checksum: 639f4d077a4fd6628bbdc14d8d0366bf (MD5) Previous issue date: 1989 / Este trabalho aborda o problema do fluxo de energia vibratória entre conjunto interno e carcaça através de molas metálicas helicoidais de um compressor hermético de sistemas domésticos de refrigeração. O modelo teórico baseia-se na análise estatística-energética, apesar da relativa baixa densidade modal dos sistemas vibratórios em algumas faixas de freqüência, tendo em vista as grandes dificuldades dos outros procedimentos de análise. O compressor foi modelado como dois sistemas, conjunto interno (moto-compressor) e carcaça, unidos por três molas modeladas como sendo barras uniformes. Os parâmetros necessários à análise foram determinados experimentalmente, tais como os fatores de perda, as impedâncias nas três direções ortogonais nos pontos de contato, e as densidades modais. As energias vibratórias do conjunto interno e da carcaça foram obtidas através da medição da velocidade da vibração em cinco pontos do conjunto interno e em 20 pontos da carcaça com compressor operado na condição de funcionamento normal. Os fatores de acoplamento assim determinados foram comparados aos préditos através de dados de impedâncias, apresentando boa concordância. vários parâmetros como as impedâncias da carcaça e do conjunto interno nos pontos de conexão, os fatores de perda da mola e da carcaça, o tipo das molas (tração e compressão), foram variados em seus efeitos sobre o ruído do compressor.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:02:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 210330.pdf: 5621349 bytes, checksum: 4715f01dcb1e147c03a7e2c86f5f4f3d (MD5) / Este trabalho pesquisa a importância relativa dos parâmetros de corte e das características dinâmicas dos sistemas resultantes de diferentes combinações de montagem (ferramentas, porta-ferramentas e eixos-árvores) sobre a estabilidade dinâmica do fresamento de topo a altas velocidades. São analisados os processos de desbaste com fresas de topo reto e topo toroidal, e acabamento com fresas de topo reto e topo esférico. São empregadas fresas de metal-duro inteiriças de metal-duro com microgrãos e também fresas com insertos de metal-duro. Os materiais usinados são a liga de alumínio 7075-T6 e os aços ABNT P20 e H13. São utilizados os centros de usinagem a altas velocidades Hermle C600U e C800U, e também um centro de usinagem Thyssen Hüller Hille NBH-65 ao qual foi adaptado um eixo-árvore com mancais magnéticos ativos IBAG HF200MA-40. As características dinâmicas dos sistemas são determinadas por testes de impacto. As peças são consideradas rígidas. A avaliação da estabilidade é feita a partir dos parâmetros de textura das peças usinadas e da análise dos sinais de pressão sonora, força e deslocamento medidos durante o processo. Também são realizadas simulações computacionais a partir de modelos do processo. Com base nos resultados obtidos, conclui-se que as taxas de remoção de material do processo de desbaste são limitadas pelas vibrações regenerativas. As rotações que permitem as maiores profundidades de corte axial limites são aquelas cujas freqüências de passagem de dentes se aproximam da freqüência natural do modo mais flexível. No acabamento com fresas de topo reto, a maior limitação continua sendo as vibrações regenerativas, entretanto já no início da instabilidade ocorre a perda de contato da fresa com a peça em uma parte significativa do arco usinado. As vibrações que limitam o processo de fresamento de acabamento de topo esférico são as forçadas pela passagem de dentes, sendo os melhores resultados encontrados quando os harmônicos da freqüência de passagem de dentes estão mais distantes da natural do sistema.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológio. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:44:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 318583.pdf: 4041808 bytes, checksum: 6034936f7cfba2f74e24faa0b0fa61f1 (MD5) Previous issue date: 2013 / A fenomenologia complexa dos mecanismos de amortecimento dos materiais e das estruturas impede a obtenção de modelos precisos para a predição de amortecimento da maior parte das estruturas e sistemas práticos. Isso quer dizer que, ainda hoje e na maioria das vezes, a determinação do amortecimento precisa ser feita de forma experimental, sujeita a diversas formas de erro e incertezas. Dentre as inúmeras formas de determinação de amortecimento, muitas das técnicas estão relacionadas a processos de extração de parâmetros modais que recorrem a processos de ajuste de curvas para a obtenção dos parâmetros modais. Estruturas com diferentes graus de complexidade e diferentes graus de amortecimento requerem o uso de diferentes técnicas de extração de parâmetros modais para minimizar os erros. Neste trabalho, conjuntos de dados analíticos e de simulação numérica, obtidos sob condições controladas, são utilizados para determinar a precisão dos métodos de ajuste de curvas na determinação do amortecimento estrutural. O uso de dados simulados permite calcular o erro percentual de cada um dos métodos. Por fim, dados experimentais serão utilizados para corroborar os resultados obtidos a partir dos dados controlados. <br> / Abstract: The complex phenomenology of the damping mechanisms of materials and structures is a hindrance to getting accurate models for the prediction of damping for most of structures and practical systems. This means that still today, in several cases, determination of damping must be done experimentally, subject to various forms of error and uncertainty. Among the several forms of damping determination, many of the techniques are related to methods of modal parameters extraction which use curve fitting to obtain the modal parameters. Structures with different degrees of complexity and different degrees of damping require the use of different techniques of modal parameters estimation to minimize errors. In this work sets of analytical and simulated data are obtained under controlled conditions and used to determine the accuracy of curve fitting methods to estimate the structural damping. The use of simulated data enables to calculate the percentage error of each of the methods. Lastly, experimental data will be used to corroborate the results obtained from the controlled data.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:04:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325621.pdf: 3865198 bytes, checksum: ba9993bf9ba1591ced1f2054c043eb4e (MD5) Previous issue date: 2012 / O nível de desenvolvimento dos veículos atuais atingiu um grau de maturidade muito grande, agregando diversos recursos até há pouco tempo inalcançáveis. Por outro lado, este maior nível de conforto tornou os veículos mais sucetíveis aos níveis de ruídos, fazendo com que barulhos outrora imperceptíveis passassem a gerar desconforto e criar uma sensação de baixa qualidade. Para manter a competitividade no mercado, inúmeras soluções foram desenvolvidas nos últimos anos, com o objetivo de aumentar o conforto interno.O semi-eixo homocinético é o componente responsável por transmitir o torque e a rotação do motor para as rodas do veículo. Consiste de uma barra com duas juntas que permitem a articulação em cada extremidade. Dependendo da sua configuração, a barra pode entrar em ressonância com a frequência de rotação do motor, gerando ruído no interior do veículo. Existem inúmeras alternativas para se contornar este problema, no entanto, a maior parte delas agrega custo.Este trabalho busca desenvolver um semi-eixo para um veículo alterando o perfil de usinagem da barra com o objetivo de ajustar a sua frequência natural para uma faixa com baixo nível de vibração do motor. Inicialmente foi realizada uma análise modal de um semi-eixo montado em veículo para determinar as suas condições de contorno. A partir da resposta um modelo numérico em Elementos Finitos foi elaborado e sua geometria otimizada por Algoritmos Genéticos, com o objetivo de buscar a menor frequência natural possível.A partir das respostas obtidas, um protótipo foi construído para validar o eixo otimizado.<br> / Abstract : The advancement stage from current vehicles has reached a very high maturity level, adding several features that could not be even expected a few years ago. On the other hand, this higher comfort level made vehicles more sensible to noise, allowing the passengers to identify sounds imperceptibles until then, resulting in discomfort and perception of low quality. To keep projects competitive, many solutions have been developed on the past few years with the proposal to increase the internal comfort. The halfshaft is the component responsible to transmit torque and rotation from engine to the vehicle wheels. It basically consists of a bar with two joints at each end that allow the steering. Depending on its design, the bar can be in resonance with engine rotation frequency, resulting in noise inside the vehicle. Several solutions have been presented to overpass this issue, however, most of them result in cost increase. The aim of this study is to develop a halfshaft for a vehicle changing the bar machining profile targeting the natural frequency to a range where engine provide lower level of excitation. Initially an experimental modal analysis of a halfshaft assembled at vehicle was performed to determinate real boundary conditions. From the values obtained, an Finite Element model was developed. Finally, the geometry was optimized using Genetic Algorithms, searching for the lowest natural frequencies. From the obtained answers, a prototype was built to validate the optimized shaft.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:26:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 324657.pdf: 8983111 bytes, checksum: 02446defc49fdae37d4633e80c61bd14 (MD5) Previous issue date: 2013 / Os consumidores de bens domésticos, tais como condicionadores de ar, aspiradores de pó, refrigeradores e máquinas de lavar, têm se tornado nos últimos anos mais exigentes no tocante ao conforto acústico. No mercado de refrigeração, fabricantes atualmente investem em projetos de controle do ruído dos seus produtos, seja para mitigar eventuais problemas de qualidade, ou para atender requisitos de legislação. Num refrigerador, a vibração de baixa frequência produzida pelo compressor é uma das principais responsáveis pelo ruído final. Esta é transmitida por vários caminhos até o seu respectivo gabinete, que por sua vez irradia ruído. O presente estudo analisou os isoladores de vibração utilizados entre a placa base do compressor e a do refrigerador, primeiramente caracterizando o material com o qual estes são constituídos. Utilizando-se das propriedades do material, criou-se um modelo em elementos finitos para análise do comportamento vibratório deste isolador. Com base na excitação imposta pelo mecanismo de um compressor recíproco, no modelo de corpo rígido do compressor, na resposta dinâmica de um isolador e nas impedâncias das tubulações, foi possível modelar um gabinete simplificado e otimizar o isolador de vibração de forma a reduzir o ruído de baixa frequência de um sistema de refrigeração.<br> / Abstract : Customers of domestic goods, such as air conditioners, vacuum cleaners, refrigerators and washing machines, have recently become more exigent in respect to the acoustic comfort. Nowadays, in the refrigeration market, manufacturers are investing in noise control for their products either to mitigate the quality problems or to respect the standards that the governments create. In a refrigerator, the low frequency vibration produced by the compressor is one of the main components of the final noise. This vibration is transmitted by several paths until it reaches the cabinet of the refrigeration system that radiates the noise. This study evaluated the vibration isolators used between the base plate of the compressor and the base plate of the refrigerator. Initially, the properties of these isolators were characterized. With these data, it was created a finite elements model to analyze the vibratory behavior of this component. Using the excitation imposed by the mechanism of a reciprocating compressor, the rigid body model of this compressor, the dynamic response of a vibration isolator and the impedances of the refrigerator tubing, it was possible to model a simplified refrigerator cabinet and to optimize the isolator in order to reduce the low frequency noise of this refrigerator.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:41:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338919.pdf: 1081536 bytes, checksum: a338313a8e9ba627dfd1328f08274973 (MD5) Previous issue date: 2015 / Em sistemas domésticos de refrigeração, o compressor é uma das principais fontes de excitação dinâmica. O condensador é um importante caminho de transmissão da energia vibratória para o gabinete do refrigerador. A vibração do compressor e a oscilação de pressão do fluido refrigerante são os dois tipos de excitação do condensador. Esta dissertação analisa a contribuição do condensador e de cada tipo de excitação para o ruído global de um refrigerador doméstico típico. Para tal, um modelo numérico vibroacústico do condensador foi desenvolvido. Esse modelo inclui o fluido refrigerante e a estrutura do condensador. Propriedades acústicas equivalentes do escoamento bifásico foram determinadas experimentalmente. Esse modelo estima o comportamento dinâmico do condensador e os esforços transmitidos para o gabinete para cada tipo de excitação. Resultados experimentais e analíticos mostram que o condensador possui baixa eficiência de radiação, indicando que a principal contribuição do condensador está na transmissão de energia vibratória ao gabinete. Medindo a vibração do gabinete com o condensador acoplado e desacoplado, foi possível observar que o condensador tem uma contribuição significativa para a vibração do gabinete nas faixas de frequência de 1000 a 1300 Hz e de 2200 e 2500 Hz. Para calcular a radiação sonora do gabinete devido às forças transmitidas pelo condensador, um modelo numérico vibroacústico do gabinete foi desenvolvido utilizando o método de elementos finitos e o método de elementos de contorno. Os modelos foram comparados com dados experimentais indicando uma concordância satisfatória. As simulações do nível de potência sonora do gabinete excitado pelo condensador indicam uma contribuição crítica do condensador nas bandas de 1000 e 1250 Hz, sendo a pulsação a excitação dominante nessa faixa.<br> / Abstract : In domestic refrigeration systems, the compressor is one of the main sources of dynamic excitation. An important vibration energy transmission path to the cabinet is the condenser. The compressor?s vibration and the refrigerant fluid pressure oscillation excite the condenser. This work analyzes the contribution of the condenser and the two types of excitation to the overall noise of a typical household refrigerator. Therefore a vibroacoustic numerical model of the condenser was developed. This model includes the refrigerant and the condenser structural component. Equivalent acoustic properties of the two-phase flow were determined experimentally. The model can estimate the condenser dynamic behavior and the forces transmitted to the cabinet for the two excitement types. Experimental and analytical results showed that the condenser has low radiation efficiency, indicating that the transmission of vibratory energy to the cabinet is the main contribution of the condenser. Measuring the cabinet's vibration response with the condenser coupled and uncoupled, it was observed that the condenser has a significant contribution to the cabinet's vibration in the frequency bands of 1000 to 1300 Hz and 2200 to 2500 Hz. In order to calculate the cabinet sound radiation due to the forces transmitted by the condenser, a vibroacústic numerical model of the cabinet was developed using the Finite Element Method and the Boundary Element Method. The numerical models results were compared with experimental data showing a satisfactory agreement. The simulations of the cabinet sound power level indicated a critical contribution of the condenser in the one-third octave frequencies bands of 1000 and 1250 Hz, where the fluid excitation is dominant.