Esta dissertação tem como objetivo principal realizar uma investigação sobre técnicas de identificação e caracterização de não linearidades em dinâmica estrutural. Em particular, busca-se aplicar as transformadas de Hilbert e Hilbert-Huang na identificação e caracterização de um sistema estrutural composto de uma viga metálica em balanço com uma massa concentrada em sua extremidade livre e apresentando uma não linearidade cúbica. Este efeito não linear é obtido através de um fio metálico tracionado que é fixo à extremidade livre da viga em balanço. O sistema é modelado através de ferramentas analíticas convencionais e o modelo do sistema é usado em simulações numéricas. Ensaios experimentais de vibração livre são realizados e os sinais medidos são usados como dados de entradas nas transformadas afim de se investigar o fenômeno não linear presente na estrutura. Os resultados simulados numéricamente apresentaram uma excelente correlação com os resultados experimentais no que se refere à identificação e caracterização do efeito não linear cubico presente no sistema. Algumas distorções entre resultados simulados e experimentais foram observados no que se refere à quantificação do parâmetro não linear, mas de forma geral, as técnicas empregadas produziram resultados bastante satisfatórios. / The major goal of this dissertation is to investigate currently available techniques to the identification and characterization of nonlinearities in structural dynamics. Particular attention is paid to the application of the Hilbert and Hilbert-Huang transforms in the nonlinearity identification and characterization process. For that purpose, a structural system composed of a steel cantilever beam carrying a lumped mass at its free end is used. The nonlinear effect is introduced by attaching the lumped mass to a thin steel wire that is positioned transversely to the beam\'s longitudinal axis. By varying the traction force on this wire different levels of nonlinearity can be observed on the beam\'s bending motion when it undergoes free vibrations. The system analytical model is obtained by employing standard modeling techniques and this model is used in numerical simulations. An experimental survey is carried out on an actual prototype in order to provide a comparison basis for the numerically simulated results. The output vibration signals resulting from either the numerical simulations and experimental tests are then used with the transform methods studied and the results are compared. A good correlation is observed between numerical and experimental data, what is a clear indication of the robustness of the Hilbert and Hilbert-Huang transforms.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-02T15:20:50Z No. of bitstreams: 1 catarinavieiranagahama.pdf: 3773576 bytes, checksum: ae1c4d72f2626e67a0fa112d4f0ee815 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-06T19:53:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 catarinavieiranagahama.pdf: 3773576 bytes, checksum: ae1c4d72f2626e67a0fa112d4f0ee815 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-06T19:53:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 catarinavieiranagahama.pdf: 3773576 bytes, checksum: ae1c4d72f2626e67a0fa112d4f0ee815 (MD5) Previous issue date: 2013-09-10 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Sistemas de controle de vibrações estruturais são formas de proteção que visam reduzir vibrações excessivas e/ou indesejáveis induzidas por cargas dinâmicas atuantes em estruturas civis, de forma a atender os critérios de segurança, funcionalidade e conforto aos usuários. Estes sistemas podem ser classificados em passivo, ativo, híbrido e semiativo. Dentre os sistemas de controle de vibrações, os semiativos têm se mostrado bastante atrativos por aliar a confiança e a simplicidade típicas de sistemas passivos `a adaptabilidade dos sistemas ativos, destacando-se, dentre eles, os amortecedores magnetorreológicos (MR). Os amortecedores MR são dispositivos semiativos que possuem a capacidade de mudar, de maneira reversível e quando exposto a um campo magnético, de um estado líquido para um estado semi-sólido em milissegundos. Essa característica faz dos amortecedores MR uma ferramenta ideal para o controle de sistemas estruturais, pois com eles é possível administrar forças de amortecimento de forma rápida e segura, utilizando pequenas quantidades de energia. Neste trabalho, a eficiência do controle semiativo utilizando amortecedores MR aplicados a um modelo de um edifício de dois andares submetido a uma aceleração na base é estudada. Os resultados obtidos são validados através da comparação com resultados já publicados por outros autores. A metodologia adotada consiste basicamente em avaliar o comportamento dos amortecedores MR em três situações distintas: 1) funcionando como um amortecedor passivo, ou seja, aplicando-se uma voltagem constante e, portanto, sem variações de suas propriedades amortecedoras; 2) funcionando como um controlador semiativo em que a voltagem de comando dos amortecedores MR é determinada pelo algoritmo clipped optimal baseado em um regulador linear quadrático (LQR), podendo assumir o valor 0V ou voltagem máxima; e 3) funcionando como controlador semiativo com voltagem de comando otimizada, podendo assumir valores intermediários de voltagem entre 0V e voltagem máxima. Esta última estratégia é original e consiste na principal contribuição do presente trabalho. Para efeitos comparativos, o modelo estudado também foi submetido ao controle puramente ativo, supondo-se um atuador mecânico exercendo forças de controle diretamente na estrutura. Esta última estratégia permite confrontar os desempenhos do amortecedor MR com um controlador ativo. / Structural vibration control systems are means of protection which aim the reduction of excessive or undesirable vibrations caused by dynamic loads on civil structures in other to assure safety and comfort criteria. Those systems are classified into passive, active, hybrid and semi-active. Semi-active controls systems are among the most used due to reliability and simplicity reasons. The magnetorheological dampers (MR) are semi-active devices capable of changing from liquid to semisolid state in milliseconds, in a reversible manner, when exposed to a magnetic field. Due to this capability, MR dampers are considered as a perfect tool for controlling structural systems - allowing the management of damping load fast and safely, with small amount of energy. This work studies the efficiency of semi-active control systems, by means of MR dampers applied to a two-story building model subject to accelerations applied to its basis. The obtained results are compared to data available in the literature, showing good agreement. The adopted methodology consists in evaluating the MR dampers behavior in three distinct situations: 1) applied as a passive damper: under constant voltage, with no variation of dampers properties; 2) applied as a semiactive controller for which the activation voltage is determined by the clipped optimal algorithm based on a linear quadratic regulator - with voltages of 0V or a maximum value; 3) applied as a semiactive controller with optimized activation voltage, assuming voltage values ranging from 0V to a maximum value. This strategy is original and consists in the main contribution of the present work. For comparison purposes, the studied model was also subjected to purely active control, by assuming a mechanical actuator exerting control forces directly on the structure. This strategy allows confronting the performance of the MR damper with an active controller.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-09T14:37:53Z No. of bitstreams: 1 leonardedonascimentorodrigues.pdf: 25854217 bytes, checksum: 453640ec8891f48fcdefadcbf1a37740 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-06-27T13:30:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 leonardedonascimentorodrigues.pdf: 25854217 bytes, checksum: 453640ec8891f48fcdefadcbf1a37740 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-27T13:30:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 leonardedonascimentorodrigues.pdf: 25854217 bytes, checksum: 453640ec8891f48fcdefadcbf1a37740 (MD5) Previous issue date: 2012-08-24 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A energia é imprescindível para a economia e para o desenvolvimento do país. A iminente escassez de combustíveis fósseis e as atuais preocupações ambientais têm despertado uma nova corrida para as fontes de energia renovável. No Brasil, o uso do etanol de primeira geração é produzido por meio da fermentação do caldo de cana e o etanol de segunda geração ou etanol celulósico é produzido a partir do bagaço da cana-de-açúcar. O bagaço é normalmente queimado no próprio ambiente onde é produzido para geração de energia no processo de extração do caldo, podendo ser aproveitado para aumentar a produção de etanol celulósico. Neste trabalho, são apresentados resultados com base na utilização da espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) para caracterizar o processo de fragmentação do bagaço, visando à produção de etanol celulósico, a otimização do processo e ao entendimento teórico e experimental da espectroscopia por FTIR. A técnica de FTIR foi utilizada para caracterizar o bagaço pré-tratado de cinco variedades híbridas de cana-de-açúcar e para detectar diferenças entre essas variedades para produção de etanol. As amostras foram dividas da seguinte maneira: (a) Bagaço in natura; (b) Bagaço Extraído; (c) Celulignina; (d) Polpa celulósica. Foram caracterizadas 20 amostras. Em (a), as amostras foram apenas moídas com o objetivo de identificar as características ópticas do bagaço sem tratamento. Em (b), o bagaço foi pré-tratado com água e etanol para extração dos compostos não estruturais. Na etapa (c), o bagaço sofreu hidrólise ácida com ácido sulfúrico para romper a estrutura lignocelulósica e para remover o conteúdo de hemicelulose. Na etapa (d), o bagaço sofreu hidrólise alcalina com hidróxido de sódio para remover o maior conteúdo possível de lignina. Nas vibrações moleculares do bagaço in natura, foram obtidas bandas entre 1000 e 890 cm-1 que identificam a celulose; entre 1200 e 1000 cm-1 para hemicelulose e celulose; 1247 cm-1 para hemicelulose e lignina; entre 1430-1300 cm-1 com sobreposição para bandas de celulose, hemicelulose e lignina; entre 1610-1460 cm-1 para lignina; 1735 cm-1 para hemicelulose; entre 2920-2850 cm-1 para celulose; e entre 3800-3000 cm-1 para características de celulose cristalina. No processo de extração com água e etanol, não houve diferença. A hidrólise ácida foi efetiva na ruptura da estrutura lignocelulósica e na remoção de grande parte da hemicelulose, o que foi determinado pela diminuição ou pelo desaparecimento de algumas bandas. A hidrólise alcalina removeu parte da lignina e foi responsável pelas mudanças na estrutura lignocelulósica, comprovadas pelos deslocamentos de algumas bandas. Concluiu-se que o bagaço de cana pré-tratado com hidrólise ácida e alcalina tem ótimas condições de utilização para hidrólise enzimática e para fermentação a etanol e que as variedades de bagaço respondem de forma semelhante ao pré-tratamento. / Energy is indispensable for the economy and development of the Brazilian State. The imminent fossil fuels scarcity and current environmental concerns has attracted a new race for renewable energy sources. In Brazil, the use of first generation ethanol is produced by sugarcane juice fermentation and the second ethanol generation or cellulosic ethanol is produced from sugarcane bagasse. This residue is burned normaly in the place where is produced for energy generation in the juice extraction process, that can to be utilized for celulosic ethanol. In this context, the work present results based in use of optical Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) to characterize fragmentation process of sugarcane bagasse for ethanol cellulosic production and to otmize this process as well as to understand FTIR spectroscopy theory and experimentation. This technique was utilized to characterize pretreated bagass from five hybrid sugarcane varieties an to detect difference amont these varieties for ethanol production. Samples were divides as follow: (a) bagasse in nature; (b) bagasse extracted; (c) acid hidrolysis; (d) alkaline hidrolysis. 20 samples were characterized. In (a) samplas were only ground with objective to identify bagass optical characteristics no treatment. In (b) bagasse was pretreated with water and ethanol to extract non-structural compounds. In (c) bagasse suffered acid hydrolisis with sulfuric acid to disrupt bagasse lignocellulosic structure and to remove content hemicellulose and step (d) bagasse suffered hidrolisis alkaline with sodium hidroxide to remove most possible content of lignin. In molecular vibrations from in nature bagasse were obtained bands among 1000 and 890 cm-1 that identify cellulose charateristics, 1200 and 1000 cm-1 for hemicellulose and cellulose, 1247 cm-1 for hemicellulose and lignin, 1430 and 1300 cm-1 with superposition of cellulose, hemicellulose and lignin bands, among 1610 and 1460 cm-1 for lignin, 1735 cm-1 for hemicellulose, 2920 and 2850 cm-1 for cellulose and 3800 and 3000 cm-1 for crystalline cellulose characteristics. In the extraction process with water and ethanol were not observed difference. Acid hidrolysis was effective to disrupt lignocellulisic structure and to remove most part of hemicellulose, determined by decrease or disappearance of some bands. Alkaline hidrolysis removed part of lignin and was responsible by changes in the ligninocellusolic structure, provened by some bands displacements. It was concluded that pretreat sugarcane bagasse with acid and alkaline hidrolisis have great conditions of utilization to enzimatic hidrolisis and fermentation to ethanol and that bagasse varieties respond similarly to pretreatment.

Elevados níveis de vibração podem levar um equipamento à fadiga, e consequente quebra, podendo causar perdas de produção, problemas de fornecimento de material ou de serviço. Este trabalho desenvolveu um sistema para acionamento, aquisição e análise de uma bancada de ensaio de vibração em máquinas rotativas. O sistema proposto é composto por uma bancada com um motor fixo a uma plataforma, cujo eixo está acoplado a um rotor que pode sofrer desbalanceamento, através de inserção de massas. A rotação do eixo do motor é mensurada por um sensor indutivo, a vibração no mancal é monitorada por um acelerômetro. Para controle de acionamento e aquisição de dados foi utilizado o software LabVIEW. Esta bancada foi desenvolvida com a finalidade de estudar o comportamento dinâmico do rotor que está apoiado em mancais de rolamento. A estrutura montada permite simulação de falhas. Neste trabalho foi proposto o desbalanceamento de massa em um único plano, que é classificado como desbalanceamento estático. Este tipo de simulação foi escolhido também, visto que o rotor só possui um plano para desbalanceamento. Foram realizados experimentos que possibilitaram a detecção das falhas através do nível de vibração medido pelo acelerômetro e através da frequência do sinal de vibração foi comprovado que a amplitude significativa do espectro ocorre na frequência de rotação do equipamento, quando se trata de desbalanceamento. A bancada foi desenvolvida para ser utilizada no Laboratório de Vibrações Mecânicas da Universidade de Taubaté, porém as técnicas desenvolvidas podem ter aplicabilidade no ramo industrial, principalmente em manutenção preditiva. / High levels of vibration equipment can lead to fatigue and consequent breakage, may cause production losses, problems of supply of equipment or service. This study developed a system for triggering, acquisition and analysis of a bench test vibration in rotating machines. The proposed system consists of a bench with a motor fixed to a platform whose shaft is coupled to a rotor imbalance can suffer through insertion of mass. The rotation of the motor shaft is measured by an inductive sensor, vibration in the bearing is monitored by an accelerometer. To drive control and data acquisition software was used LabVIEW. This bench was developed in order to study the dynamic behavior of the rotor that is supported by ball bearings. The assembled structure allows fault simulation. This work proposes the unbalance mass in a single plane, which is classified as static unbalance. Such simulation was also chosen since the rotor has only one plan for unbalance. Experiments were performed which allowed the detection of faults through the vibration level measured by the accelerometer and by the frequency of the vibration signal has been proven that the amplitude of the spectrum of significant vibration occurs in the rotation frequency of the machine when it comes to unbalance. The bench has been developed for use in Mechanical Vibration Laboratory at the University of Taubate, but the techniques developed may have applicability in the industrial sector, especially in predictive maintenance.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / This work proposes a design methodology of fuzzy controllers for systems that do not offer any intuitive information to the control designer, in order to provide guidelines to construct the fuzzy conventional controllers. The design methodology involves the application of artificial intelligence techniques, where the fuzzy controllers are obtained by an optimization process that uses genetic algorithms. For this optimization procedure, the knowledge of the system dynamics is required. From the experimental inputs and outputs of the system, an artificial neural network is trained and, in that way, it is possible to model the dynamic behavior of the plant. The rule base, the weights of the rules and the input membership functions are optimized. The goal of this methodology is the control the vibrations of complex dynamic systems, such as vibration control of plates instrumented with piezoelectric sensors and actuators. In this work, the fundamentals of fuzzy control, artificial neural networks and genetic algorithms are presented. The proposed control methodology is evaluated numerically and experimentally on the control of a vibratory system with one degree of freedom, and on a steel cantilever test beam. The first system is controlled by electromagnetic actuators and the beam is controlled by piezoelectric actuators. Many controllers are evaluated in time and frequency domains. For the studied cases, it is concluded that the proposed methodology is efficient and also some considerations are made about the future works based of the presented search. / Este trabalho propõe uma metodologia de projeto de controladores fuzzy para sistemas, que não oferecem ao projetista de controle informações intuitivas suficientes para orientá-lo na construção convencional dos controladores fuzzy. A metodologia de projeto envolve a aplicação de técnicas de inteligência artificial, onde os controlares fuzzy são obtidos a partir de um processo de otimização que utiliza os algoritmos genéticos. Esse mecanismo de otimização, por sua vez, requer o conhecimento da dinâmica do sistema. Uma rede neural artificial é então treinada para, a partir de dados de entrada e saída do sistema, modelar o comportamento dinâmico da planta. São otimizados a base de regras, o peso das regras e as funções de pertinência de entrada. A motivação do trabalho é o controle de vibrações em sistemas dinâmicos complexos, como, por exemplo, o controle de vibração em placas instrumentadas com vários sensores e atuadores piezelétricos. O trabalho apresenta os fundamentos do controle fuzzy, das redes neurais artificiais e dos algoritmos genéticos. A metodologia de controle proposta é avaliada numérica e experimentalmente no controle de mesa vibratória de um grau de liberdade e de uma viga de aço engastada-livre. A mesa é controlada por atuadores eletromagnéticos e a viga por atuadores piezelétricos. Diversos controladores são avaliados no domínio do tempo e da freqüência. O trabalho conclui que, para os casos estudados, a metodologia proposta é eficiente e aponta, ainda, nas considerações finais, alguns desdobramentos futuros da pesquisa realizada. / Mestre em Engenharia Mecânica

O desenvolvimento da indústria offshore fez com que a demanda por unidades flutuantes para operações em águas ultraprofundas aumentasse e, com isso, surgiu um maior interesse nos fenômenos decorrentes de vibrações induzidas pelo escoamento em plataformas do tipo spar, TLP e semissubmersível, além de torres para produção de energia eólica (instaladas no mar). Para ampliar o conhecimento nesta área, experimentos foram realizados com cilindros flutuantes com baixa razão de aspecto (L/D = 2) e com diferentes geometrias na extremidade livre . Experimentos com a vibração induzida pelo escoamento em cilindros de seção quadrada e cilindros de seção quadrada e arestas arredondadas com baixa razão de aspecto foram realizados em um tanque de reboque. Estas diferentes geometrias de cilindros foram testadas e suportadas elasticamente por um conjunto de molas lineares. Dois ângulos de incidência diferentes foram testados: 0 e 45 graus. Os resultados de amplitude na direção transversal para modelos submetidos à incidência de 0 graus mostraram ser maiores. Além disso, as oscilações em yaw se mostraram importantes em todos os caso analisados. O efeito das arestas se mostrou importante, particularmente na incidência de 45 graus, para velocidades reduzidas maiores que 8. / The development of the offshore industry has meant that the demand for ultradeep water floating units has increased, and with this, a greater interest in the phenomena arising from FIV in spar, TLP and semi-submersible platforms has arisen. In order to increase the area knowledge, experiments were performed with floating cylinders with different geometries, with low aspect ratio (L/D = 2). Experiments of flow-induced vibration in cylinders with sharp aokokoknd rounded square section with low aspect ratio were performed in a towing tank. These geometries have been tested and elastically supported by a set of linear springs to provide low structural damping to the system. Two different incidence angles were tested: 0 and 45 degrees. The transverse response amplitudes for the 0-degree flow incidence were found to be larger. Moreover, yaw oscillations are important for all the cases analyzed. The rounded effect on the cylinders of square section were important, particularly for the the 45-degree incidence at reduced velocities higher than 8.

O fenômeno de vibrações induzidas pelo escoamento em pipelines e dutos próximos ao leito oceânico é de grande importância para a Engenharia Naval e Oceânica. O caso prático do vão livre de duto pode ser considerado um assunto ainda pouco discutido. A presente dissertação encontra motivação na compreensão do fenômeno fluidodinâmico através da abordagem experimental. O sistema físico estudado inclui um longo cilindro, de baixa razão de massa (m*) e de natureza flexível (L/D = 131; 45), disposto próximo à uma placa plana. O comportamento assimétrico do escoamento ao redor de um corpo que se encontra próximo à uma placa plana não é governado apenas pelo número de Reynolds, sendo a distância adimensional, e/D, entre o cilindro e a placa de grande impacto no fenômeno. O objetivo principal desta dissertação é caracterizar o comportamento dinâmico de cilindros flexíveis horizontais na presença de uma placa plana sob os efeitos do fenômeno da vibração induzida por vórtices, bem como a interferência na distância entre as duas estruturas na resposta dinâmica do cilindro. A revisão bibliográfica foi pautada na compreensão do problema e no fornecimento de subsídios teóricos para realização do experimento e posterior análise dos dados. O efeito da proximidade da placa foi analisado para quatro diferentes arranjos, e/D = 0, 0.5, 1.0 e 2.0 e variadas condições de escoamento foram testadas, todas contidas no regime sub-crítico (103 < Re < 104). Adicionalmente, a condição do cilindro isolado, ou seja sem a presença da placa, foi investigada. Obteve-se o deslocamento do cilindro, no tempo e espaço, possibilitando grande diversidade na demonstração dos resultados, destaca-se a análise no domínio da frequência e do tempo e a recuperação da trajetória em todos os instantes ao longo do comprimento do cilindro. Os resultados apresentados evidenciam uma magnitude de oscilação maior para as condições em que o cilindro está distante ou isolado da placa. Para todas as condições a natureza flexível do modelo pode ser identificada e discutida pela análise no domínio da frequência e da trajetória descrita pelo cilindro. Na maior parte dos casos, a amplitude transversal cresceu de maneira pronunciada a partir de VR > 3:50 e alcançou amplitudes nominais da ordem de 0.8D. A resposta na direção horizontal apresentou uma dependência linear com a velocidade do escoamento, atingindo valores próximos a 0.65D. Tal magnitude releva a importância do movimento na direção in-line, diferente dos clássicos casos de VIV, onde a amplitude em X é de pouca significância. / The present work aims at improving the understanding of flow induced vibrations on pipelines near the seabed triggered by the current. The present work aims at improving the understanding of flow induced vibrations on pipelines near the seabed triggered by the current, it is of great importance for Naval and Oceanic Engineering. The physical system includes a long cylinder, with low mass ratio (m*) and flexible (L=D = 131; 45), near a at plate. When a cylindrical body is laying close to a at plate, the asymmetric ow behavior around it is no longer solely dominated by the Reynolds number, but the adimensional distance e/D, between the cylinder and the at plate, play an important role in the phenomenon. The main objective of the research conducted is to characterize the behavior of exible horizontal cylinders under the efect of vortex induced vibrations, highlighting the in fluence of the distance between the two structures in the cylinder dynamic response. The experimental data was collected in a towing tank with a model scaled for e/D= 0, 0.5, 1.0, 2.0 and >> 2:0 and Reynolds number ranging from 103 to 104. The cylinder\'s response is presented in terms of its amplitude and frequency. The results shown a high magnitude of oscillation for the conditions in which the cylinder is distant or isolated from the plate. For all conditions the exible behavior was identified and discussed through the analysis in the frequency domain and the trajectory described by the cylinder. In most cases, the transverse amplitude grew steeply from VR > 3:50 and reached nominal amplitudes of the order of 0.8D. The response in horizontal direction showed a linear dependence with the flow velocity, reaching values close to 0.65D. Such magnitude highlights the importance of movement in the in-line direction, different from the classical cases of VIV.

As vibrações induzidas pela emissão de vórtices (VIV) representam um problema de interação fluido-estrutura presente em diversas áreas da engenharia. Em particular, na engenharia oceânica, esse fenômeno é um tópico importante na análise de risers. Diante do seu impacto na vida útil das estruturas por questões de fadiga estrutural, a supressão desse fenômeno ressonante tem demandado diversos esforços de pesquisa. Uma maneira de reduzir as oscilações estruturais causadas pelo VIV é através do supressor passivo denominado absorvedor não linear de vibração (NVA). Esta pesquisa visa investigar numericamente a eficácia de uma classe de NVA na mitigação do VIV em cilindros rígidos montados em apoios elásticos com um e dois graus de liberdade. A força hidrodinâmica é considerada por meio de modelos fenomenológicos. As equações de movimento desenvolvidas são numericamente integradas com o intuito de analisar a influência dos parâmetros de massa, raio e amortecimento do supressor na resposta do cilindro. As curvas de amplitude de resposta como funções da velocidade reduzida representam a principal contribuição deste trabalho. De forma complementar, o comportamento do sistema ao longo da faixa de velocidades reduzidas característica do lock-in é explorado por meio das séries temporais do cilindro e do NVA. Para quantificar a eficiência do NVA, um critério de supressão baseado na amplitude de oscilação do cilindro é avaliado em função da velocidade reduzida e na forma de mapas de cores definidos em um espaço de parâmetros de controle para velocidades reduzidas específicas. Com base no estudo paramétrico feito, é possível verificar que o parâmetro de massa do NVA é o mais influente na supressão do VIV. Em geral, a supressão é maior no sistema em que o cilindro oscila apenas na direção transversal ao escoamento. Na condição em que o cilindro oscila nas duas direções do plano horizontal, constata-se que o NVA rotativo pode levar a uma amplificação da oscilação na direção do escoamento. / Vortex-induced vibrations (VIV) represent a fluid-structure interaction problem commonly found in several engineering areas. In the offshore engineering scenario, VIV plays an important role in risers dynamics. The suppression of this resonant phenomenon has required several efforts due to its impact on the reduction of the lifespan due to structural fatigue. Among other suppression solutions, it can be highlighted the use of non-linear vibration absorbers (NVAs). This research aims at numerically investigating the effectiveness of a particular class of NVAs as a passive suppressor of rigid cylinders mounted on elastic supports with one or two degrees of freedom subjected to VIV. The wake dynamics is studied through phenomenological models. The equations of motion are obtained and numerically integrated focusing on the identification of the influence of the NVA parameters on the response of the cylinder. Oscillation amplitude curves as functions of the reduced velocity are the main contribution of this work. Complementarily, response time series allow discussing the dynamics of the coupled system throughout the lock-in range of reduced velocities. In order to quantify the efficiency of the NVA, a suppression criterion based on the oscillation amplitude of the cylinder is evaluated as a function of reduced velocities and in the form of color maps defined in a space of control parameters for specific reduced speeds. The parametric study herein described shows that the mass of the suppressor has more influence on the VIV suppression than the other parameters for both 1-dof VIV (only cross-wise oscillations are allowed) and 2-dof VIV (concomitant in-line and cross-wise oscillations). In general, the suppression has proved to be greater in the 1-dof VIV condition. In 2-dof VIV, the rotative NVA may cause amplification of the in-line response.

A finalidade inicial deste estudo foi desenvolver um modelo computacional multifísico de um acionamento eletrônico, composto por um motor de relutância 4/2 bifásico, um conversor eletrônico de potência, um controlador, os componentes mecânicos estruturais do motor e os acoplamentos entre os diferentes domínios físicos. Para a implementação do modelo proposto, foram utilizados recursos de simulações numéricas e acopladas do MEF (Método dos Elementos Finitos) em uma plataforma de simulação multifísica, de modo a realizar acoplamento entre três áreas do conhecimento: circuitos elétricos, campos eletromagnéticos e componentes mecânicos estruturais e de vibração. Uma vez desenvolvido o modelo multifísico, este foi associado a um procedimento de otimização dos ângulos de disparo que utiliza um modelo de algoritmos genéticos e, como um conjunto, estes foram aplicados na redução da vibração e da ondulação de torque do motor de relutância chaveado, resultando em uma nova metodologia para a abordagem desses problemas. De modo a comprovar os resultados obtidos nas simulações, foram realizados diversos ensaios experimentais para a validação de cada etapa do desenvolvimento, tais como levantamento das formas de onda de tensão e correntes, ensaios de vibração, etc. Os modelos desenvolvidos foram testados em função de modificações realizadas tanto nos parâmetros de controle do acionamento, como também em função de modificações mecânicas estruturais na geometria do rotor. / The initial purpose of this study was developing a multi-physical computational model of a power electronic motor drive, composed to a 2-Phase Switched Reluctance Motor (SRM) 4/2, a power electronic converter, a controller, motor mechanical and structural components and the coupling among different physical domains. For implementing of the proposed model, it was used FEM (Finite Element Method) coupled and numerical simulations resources in a multi-physic simulation platform, in order to accomplish the coupling among the three areas of knowledge: electrical circuits, electromagnetic fields and structural and mechanics components and vibration. Once finished the multi-physical model, it was associated with a optimization procedure of firing angles which uses genetic algorithm model and, as a whole, it was applied on the SRM vibration and torque ripple reduction, resulting in a new methodology to approaching these problems. In order to prove obtained simulation results, it was carried out several experimental tests to validate each development stage, such as the voltage and currents wave forms mapping, vibration tests, etc. The developed models were tested as much function of drive control parameters as the rotor geometry mechanical and structural modifications.

O desempenho acústico em um veículo é fortemente dependente da interação fluido-estrutura entre o ar no habitáculo do veículo e a estrutura metálica. A maioria dos problemas de ruído e vibração relacionados a esta interação provem dos picos de ressonância da chapa metálica, quando excitada por forças externas (pista, motor, vento). A redução dos picos de ressonância pode ser obtida através da aplicação de placas asfálticas (\"Deadeners\") na estrutura. O problema está no posicionamento das placas, que usualmente é realizado experimentalmente por tentativa e erro. Este trabalho propõe o uso da sensibilidade inerente para o posicionamento de \"Deadeners\" em estruturas metálicas veiculares, em particular no teto do veículo. As funções de resposta em freqüência (FRFs) do teto são obtidas experimentalmente e processadas adotando a técnica da sensibilidade inerente, obtendo assim a sensibilidade dos picos de ressonância e identificando os locais passíveis de instalação de \"Deadeners\". Como resultado da análise, é possivel localizar a posição ótima para o \"Deadener\" que maximizará a redução de picos de resonância de interesse. Após o posicionamento dos \"Deadeners\", foi possível verificar a atenuação dos picos de ressonância no teto do veículo, mostrando a eficácia do método utilizado. A maior vantagem do método é que este requer apenas medições de resposta em frequência do sistema original, sem necessidade de modificações na estrutura do veículo para obter a sensibilidade do sistema a modificações. / The Noise Vibration and Harshness (NVH) performance of passenger vehicles strongly depends on the fluid-structure interaction between the air in the vehicle cavity and the sheet metal structure of the vehicle. Most of noise and vibration problems related to this interaction come from resonance peaks of the sheet metal, which are excited by external forces (road, engine, wind). A reduction of these resonance peaks can be achieved by applying deadeners in the sheet metal. The problem is where these deadeners shall be fixed, which is usually done in a trial-anderror basis. In this work, one proposes the use of embedded sensitivity to locate the deadeners in the sheet metal of the vehicle, more specifically in the vehicle roof. Experimental FRFs of the roof are obtained and data is processed by adopting the embedded sensitivity method, thus obtaining the sensitivity of the resonance peaks on the local increase of stiffness due to the deadeners. As a result, by examining the sensitivity functions, one can find the optimum location of the deadeners that maximize their effect in reducing the resonance peaks of interest. After locating the deadeners in the optimum positions, it was possible to verify a strong reduction in resonance peaks of the vehicle roof, thus showing the efficiency of the procedure. The main advantage of this procedure is that it only requires FRF measurements of the vehicle in its original state, not needing any previous modification of the vehicle structure to find the sensitivity functions.