As ferrovias, muito importantes para o transporte de pessoas e mercadorias, são também grandes fontes de ruído e vibração no meio urbano e rural. Os esforços dinâmicos devido ao contato aço-aço, entre as rodas e trilhos, são transmitidos à fundação da via e geram ondas vibratórias que se propagam pelo solo até atingir um receptor. Devido aos potenciais danos causados por essas excitações, modelos matemáticos capazes de prever e realizar a propagação das vibrações são de grande importância, podendo nortear ações mitigatórias. Neste contexto, este trabalho propõe a criação de um modelo numérico, utilizando-se de dinâmica multicorpos imerso em um ambiente de elementos finitos com não linearidade geométrica, que procure representar a interação dinâmica no sistema veículo-via e que permita analisar o comportamento das forças de contato roda-trilho. Tal modelo é utilizado com o objetivo de analisar e compreender como as forças dinâmicas de contato são influenciadas pelas características do veículo e da via. Alguns estudos sequenciais foram realizados. Iniciou-se com a avaliação do comportamento do veículo ao trafegar em uma superfície plana. Sequencialmente, considerou-se o veículo trafegando sobre modelos de vigas rígidas, representando os trilhos. Neste caso foram estudados cenários de rolamento e deslizamento. Posteriormente, o valor de uma rigidez equivalente da via foi avaliado por meio de um modelo estrutural e incorporado em um estudo para análise das forças de impacto das rodas ao passarem sobre descontinuidades em trilhos. Os resultados deste trabalho podem ser utilizados como dados de entrada para futuros modelos para previsão de propagação de ondas no solo devido às cargas ferroviárias. / Railways are important to freight and people transportation but are also one of the greatest sources of vibration in urban and rural environments. Dynamic loads are generated in steel-steel contact between wheels and rails and are transferred to foundation. They generate oscillatory waves that propagate through the ground, until finding a receptor. Potential damage due to ground borne vibration has increased the importance of predicting and calculating wave propagation with the aid of computational models, serving as guidelines for mitigating actions. On this context, the present work proposes a numerical model, adopting a multibody rigid-flexible dynamics formulation, based on a nonlinear geometrically-exact finite element description. The aim is to represent the dynamic interaction between the vehicle and the railway, permitting one to analyze wheel-rail contact forces. The model represents the dynamic interaction between vehicle and track and allows one to analyze how the dynamic contact forces are influenced by vehicle and railway characteristics. Some sequential studies were performed, starting from the evaluation of a vehicle running on a plane surface. Next, the scenario of a vehicle running on rigid beams representing the rails was simulated. In this case both sliding and sticking scenarios of contact were considered. Then, the value of an equivalent track stiffness was obtained by a structural model. It was taken as input to another study, which analyzed impact forces between wheels and rails when the vehicle experiences the passage by a discontinuity on the track. The results of the present work may be useful as input data for future prediction models of ground borne vibration due to railway dynamic forces.

Esse trabalho visa estudar a influência da vibração no desempenho de tarefas de pilotos de aeronaves. Para o seu desenvolvimento, foi montada uma bancada usando um assento de aeronave para avaliar a transmissibilidade da vibração vertical para os pilotos e verificar se níveis elevados de aceleração, como no caso de falha da turbina, podem prejudicar sua habilidade em desempenhar tarefas de leitura, escrita e digitação. Todos os experimentos foram realizados com sucesso, comprovando grande parte dos estudos anteriores sobre o assunto. Ainda são apresentadas comparações relacionando os mesmos níveis de aceleração usados no teste de transmissibilidade, com as normas ISO 2631-1 e ANSI S3.18 para avaliação da exposição humana à vibração de corpo inteiro, que são as mais apropriadas para a correlação com o mundo aeronáutico. / This work aims to study the influence of vibration in aircraft pilots task performance. For the study development, it was assembled a rig test using an aircraft pilot seat, in order to evaluate the transmissibility of vertical vibration to the pilots and to verify if high acceleration levels, as in the case of engine failure, are of significance to the pilots ability in performing tasks such as reading, writing and typing. All the experiments were accomplished successfully, confirming most of early studies about the subject. Comparisons are also presented, relating the same acceleration levels used in the transmissibility test with ISO 2631-1 and ANSI S3.18 standards for evaluation of human exposure to whole-body vibration which are the most appropriated for correlation with the aeronautical world.

O Método do Lagrangeano aumentado em problemas de otimização estrutural com restrições dinâmicas, bem como os conceitos matemáticos e numéricos necessários à sua compreensão são descritos. Este método resolve uma seqüência de problemas de minimização sem restrições definidos utilizando a função objetivo e as funções restrições. Um programa de computador é desenvolvido e aplicado em diversos exemplos. Alem disto, foi efetuada uma análise de sensibilidade com relação aos parâmetros utilizados no método. O método mostrou-se eficiente nas aplicações em problemas com restrições dinâmicas. / We present the method of the augmented Lagrangian in problems of scructural optimization with dynamic restrictions, as well as its mathemathical and numerical concepts. This method solves a series of unconstrained minimization problems using the objective function and the restriction functions. A computational program is implemented and applied in several examples. The augmented Lagrangian parameters senbility is analysed. The method is quite efficient in applications in optimization problems with dynamic restrictions.

A finalidade inicial deste estudo é desenvolver uma metodologia de análise da ondulação de torque de um motor de relutância chaveado especial bifásico com 4 pólos no estator e 2 no rotor (MRC 4/2) através de dados experimentais de aceleração. De forma a validar o método proposto, são apresentados resultados experimentais de aceleração obtidos com dois rotores: o rotor de referência e o rotor otimizado. Uma vez alcançados os objetivos de otimização do torque através da modificação da geometria do rotor, implementou-se um estudo complementar de modo a explorar a vibração e a ondulação de torque, do ponto de vista do acionamento. Desta forma, desenvolveu-se uma plataforma digital de testes, onde os dados de aceleração podem ser monitorados no domínio da frequência, e os parâmetros de controle do acionamento, tais como, a velocidade, os ângulos de ligamento e condução são flexíveis e podem ser alterados através de programa. A plataforma digital foi concebida a partir de um kit de desenvolvimento (eZdsp LF2407A) associado a uma interface de controle serial, desenvolvida a partir de um aplicativo LabView, instalado num microcomputador. / The initial purpose of this study is to develop a methodology of analysis of the torque ripple of a two-phase special SRM 4/2 using acceleration experimental data. In order to validate the proposed method, acceleration experimental results are presented, these results were obtained with two rotors: the reference rotor and the optimized rotor. Once the torque optimization objectives were reached by modifying the rotor geometry, a complementary study from the point of view of motor drive vibration and torque ripple optimization was carried out. Thus, a test digital setup was developed, where the acceleration data could be monitored, in the frequency domain, and the drive control parameters, such as speed, turn-on and dwell angles, and phase current were flexible and could be altered by program. The test digital setup was conceived using a development kit (eZdsp LF2407A) associated with a serial control interface developed on a LabView application, installed in a microcomputer.

Este trabalho apresenta o estudo multidisciplinar de uma micromáquina a vapor concebida para a utilização em sistemas de geração distribuída. O foco da pesquisa é o desenvolvimento do modelo matemático da micromáquina, que requereu conhecimentos da termodinâmica e suas leis, e a aplicação de conceitos de dinâmica, vibrações e controle, entre outros. Para a validação experimental do modelo foi reconstruída uma micromáquina já existente; também foi realizado o projeto da bancada, a seleção da instrumentação e a sua calibração. O estudo apresenta ainda a comparação entre os resultados teóricos e experimentais, bem como a sua análise e interpretação. / A multidisciplinary study of a micro steam engine conceived for distributed generation systems is presented. The research focuses on the development of the mathematical model of the micro engine, which required the knowledge of Thermodynamics and its laws, and concepts of dynamics, vibration and control, among others. In order to experimentally validate the model, a previous micro engine was redesigned and rebuilt; likewise, a new bench was designed, together with the selection and calibration of the measurement systems. The study also presents the comparison between experimental and theoretical results, as well as their analysis and discussion.

Alguns métodos aproximados são sugeridos na literatura relacionada para encontrar a resposta de sistemas com amortecimento não-proporcional. Muitas vezes procura-se estabelecer um critério para aproximar o amortecimento não-proporcional por um modelo de amortecimento proporcional. Neste trabalho foram utilizadas simulações de modelos dinâmicos com três graus de liberdade, com amortecimento não proporcional, a fim de analisar os valores obtidos para as freqüências naturais, estimados a partir dos autovalores resultantes desses modelos. Os cálculos das freqüências naturais e dos amortecimentos modais foram feitos admitindo-se a validade das relações entre estes parâmetros e os autovalores do problema como são bem conhecidas no caso do amortecimento proporcional. Observa-se que, para o caso de amortecimento não-proporcional, este procedimento pode levar a erros significativos na avaliação destes parâmetros. Nos problemas simulados é possível quantificar os erros nas avaliações das freqüências naturais, sendo significativos para fatores de amortecimentos altos. Observa-se que para os fatores de amortecimento não é possível quantificar estes erros, sendo que seus valores são apenas aproximações baseadas na teoria de amortecimento proporcional. Este trabalho apresenta dados que possibilitam uma discussão sobre as diferenças encontradas entre os valores das freqüências naturais e os valores estimados pelas expressões clássicas do amortecimento proporcional. / Some approximate methods are suggested in the related literature to find the output of mechanical systems with non-proportional damping. Often they try to establish a criterion that approximates the non-proportional damping to proportional damping model. In this work, stimulations of dynamics models of three degree of freedom with non-proportional damping were used to examine the values of natural frequencies, estimated from the eigenvalues obtained by these models. The calculations of natural frequencies and modal damping ratio were performed assuming the validity of the relationship between these parameters and the well known eigenvalues of the problem in the proportional damping case. In the simulated problems is possible to quantify the errors in the evaluations of the natural frequencies and this errors are significant for the case where the damping factors are high. It is observed that for the damping factors it is not possible to quantify these errors, and their magnitudes are only approximations based on the theory of proportional damping. This work presents data which enables a discussion about the differences between the magnitude of natural frequencies and the magnitude estimated by the classic equations of proportional damping.

Concepção, desenvolvimento de projeto e fabricação de um mini-moinho vibratório para cerâmica avançada. Diversas áreas de engenharia são hoje dependentes de componentes de cerâmica avançada. A conformação da cerâmica, baseada na compactação de pós, seguida de sinterização, tem encontrado diversas aplicações em processos de manufatura dos produtos cerâmicos avançados. Tamanhos de partículas pequenas (abaixo de 1 \'mü\'m) e controle da distribuição granulométrica são desejáveis, porque aumentam a reatividade das partículas cerâmicas. O presente projeto busca pela concepção de um moinho que processe pequena quantidade de material em múltipla moagem no atendimento das necessidades de ambientes de trabalho de desenvolvimento e fabricação de peças especiais tais como os laboratórios e indústrias de pequeno porte. Normalmente os moinhos encontrados no mercado são para escalas maiores e moagem simples. Dessa forma, baseado em técnicas de metodologia de projeto, principalmente na busca de soluções para a concepção e desenvolvimento, tanto do sistema \"moinho vibratório\", quanto dos jarros, procurou-se desenvolver um procedimento para um projeto adaptativo de moinho vibratório. Foi projetado e construído um moinho para moagem simultânea de seis jarros com volume útil de moagem de 20 a 300 mL em cada jarro. Foram realizadas moagens de alumina de tamanho médio inicial de 5,2 \'mü\'m as quais foram analisadas em sedígrafo. Foram obtidos pós com 0,7 \'mü\'m de diâmetro médio equivalente e pós com 18% abaixo de 0,2 \'mü\'m. / Conception, project development and manufacture of a vibratory mini-mill for advanced ceramics. Diverse areas of engineering today are dependent on advanced ceramic components. The ceramic conformation, based on powder compaction, and followed by sintering, has been found to have many different applications in manufacturing process in advanced ceramic products. Small size particles (below 1 \'mü\'m) and the control of particle size distribution are desirable, as they increase the reactivity of ceramic particles. The present project involves a search for the conception of a mill that process small amounts of material in multiple milling to meet the requirements of research laboratories and small industries. Normally the mills available on the market are for larger scale and simple, milling. Therefore based on techniques of project methodology, mainly in brainstorming for conception and development, not only on the \"vibratory mill system\" but also on the jars, it was developed a procedure for an adaptable project for a vibratory mill. A mill for the simultaneous milling of six jars with milling volume from 20 to 300 mL on each jar was projected and built. Alumina with medium particle size of 5.2 \'mü\'m, were milled using the \"vibratory mill system\" and analyzed by sedigraph. After milling the particles had an average diameter of 0.7 \'mü\'m with 18% of the particles below 0.2 \'mü\'m.

O Método do Lagrangeano aumentado em problemas de otimização estrutural com restrições dinâmicas, bem como os conceitos matemáticos e numéricos necessários à sua compreensão são descritos. Este método resolve uma seqüência de problemas de minimização sem restrições definidos utilizando a função objetivo e as funções restrições. Um programa de computador é desenvolvido e aplicado em diversos exemplos. Alem disto, foi efetuada uma análise de sensibilidade com relação aos parâmetros utilizados no método. O método mostrou-se eficiente nas aplicações em problemas com restrições dinâmicas. / We present the method of the augmented Lagrangian in problems of scructural optimization with dynamic restrictions, as well as its mathemathical and numerical concepts. This method solves a series of unconstrained minimization problems using the objective function and the restriction functions. A computational program is implemented and applied in several examples. The augmented Lagrangian parameters senbility is analysed. The method is quite efficient in applications in optimization problems with dynamic restrictions.

A finalidade inicial deste estudo é desenvolver uma metodologia de análise da ondulação de torque de um motor de relutância chaveado especial bifásico com 4 pólos no estator e 2 no rotor (MRC 4/2) através de dados experimentais de aceleração. De forma a validar o método proposto, são apresentados resultados experimentais de aceleração obtidos com dois rotores: o rotor de referência e o rotor otimizado. Uma vez alcançados os objetivos de otimização do torque através da modificação da geometria do rotor, implementou-se um estudo complementar de modo a explorar a vibração e a ondulação de torque, do ponto de vista do acionamento. Desta forma, desenvolveu-se uma plataforma digital de testes, onde os dados de aceleração podem ser monitorados no domínio da frequência, e os parâmetros de controle do acionamento, tais como, a velocidade, os ângulos de ligamento e condução são flexíveis e podem ser alterados através de programa. A plataforma digital foi concebida a partir de um kit de desenvolvimento (eZdsp LF2407A) associado a uma interface de controle serial, desenvolvida a partir de um aplicativo LabView, instalado num microcomputador. / The initial purpose of this study is to develop a methodology of analysis of the torque ripple of a two-phase special SRM 4/2 using acceleration experimental data. In order to validate the proposed method, acceleration experimental results are presented, these results were obtained with two rotors: the reference rotor and the optimized rotor. Once the torque optimization objectives were reached by modifying the rotor geometry, a complementary study from the point of view of motor drive vibration and torque ripple optimization was carried out. Thus, a test digital setup was developed, where the acceleration data could be monitored, in the frequency domain, and the drive control parameters, such as speed, turn-on and dwell angles, and phase current were flexible and could be altered by program. The test digital setup was conceived using a development kit (eZdsp LF2407A) associated with a serial control interface developed on a LabView application, installed in a microcomputer.

Tese de Mestrado. Engenharia de Segurança e Higiene Ocupacionais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2011