O fenômeno de vibração induzida por vórtices (VIV) é um problema fundamental dentro da Mecânica dos Fluidos e um exemplo importante de interação fluido-estrutura. Esta tese investiga fenômeno de VIV quando um cilindro rígido, submetido a escoamento uniforme, está livre para oscilar na direção transversal e alinhada com a corrente incidente. A tese foi estruturada ao redor de sete perguntas relacionadas ao fenômeno de VIV: 1) O fenômeno e os resultados experimentais são repetitivos? 2) Como ocorre a transição entre ramos de resposta? 3) Qual é o papel da inércia da estrutura oscilante? 4) Qual é o papel de sua rigidez? 5) Quais são as frequências naturais mais importantes da estrutura? 6) Quais padrões de esteira se desenvolvem para VIV com dois graus de liberdade? 7) Quais são os efeitos do movimento na direção alinhada com a corrente no processo de formação e desprendimento de vórtices? O fenômeno de VIV é estudado de maneira experimental em uma base elástica pendular capaz de oscilar com o mesmo momento de inércia e frequência natural nas duas direções. Os experimentos de VIV foram realizados em canal de água recirculante e com diferentes condições de inércia e rigidez. A técnica de velocimetria por imagem de partículas foi usada e permitiu identificar diferentes padrões de esteira de vórtices. Verificou-se que o VIV é repetitivo a nível de amplitudes médias e frequências dominantes. A transição dos ramos pode ocorrer de maneira intermitente ou com histerese. Os parâmetros de inércia e rigidez da estrutura são capazes de mudar o regime de oscilação e, para algumas condições, suprimir as vibrações alinhadas com a corrente. Dentre os padrões de esteira observados, um deles não havia sido relatado na literatura e é definido nesta tese. O novo modo de emissão apresenta dois vórtices com circulação oposta e elevada intensidade emitidos por ciclo. A influência da direção alinhada com o escoamento está relacionada a dois efeitos: a velocidade relativa entre o cilindro e o fluido, responsável pelo aumento da circulação dos vórtices na esteira, e o ângulo de fase do movimento nas direções alinhada e transversal, capaz de mudar o processo de formação dos vórtices. / Vortex-induced vibration (VIV) phenomenon is a fundamental problem of Fluid Mechanics and a typical example of fluid-structure interaction. This thesis explores the VIV phenomenon for a rigid circular cylinder immersed in a uniform fluid current. The cylinder is free to oscillate in two degrees of freedom (2dof): in-line and cross flow. The thesis was structured in order to answer seven questions regarding VIV: 1) Are the phenomenon and its experimental results repetitive? 2) How do the branches transition occur? 3) What is the role played by the inertia of the oscillating structure? 4) What is the role of its stiffness? 5) Which are the most relevant natural frequencies of the structure? 6) Which are the vortex wake patterns developed in VIV 2dof? 7) What are the influences of the in-line movement to the process of vortex formation and shedding? The phenomenon is experimentally investigated using an elastic base similar to a pendulum and able to oscillate with the same moment of inertia and natural frequencies in both directions. All the experiments were conducted in a recirculating water channel facility and with several combinations of moment of inertia and stiffness of the structure. Particle image velocimetry provided visualization of different vortex wake patterns. The phenomenon is repetitive in terms of its mean amplitudes and dominant frequencies. The transitions between dfferent branches can be hysteretic or intermittent. It is shown that both the moment of inertia and the stiffness of the structure are able to change the regime of oscillations and, for some cases, suppress the in-line movement. Among the different vortex wake patterns observed, one has not been reported previously in the literature. The new wake pattern shows two large vortices with high and opposite circulations shed per cycle. The influence of the displacement in the current direction is related to two different effects: the relative velocity between the incoming flow and the structure motion, responsible for the increase in the net circulation shed in the vortex wake, and the influence of the phase angle between the displacement in the in-line and cross-flow directions, capable of changing the vortex formation process.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2014-10-21T20:53:51Z No. of bitstreams: 5 Dissertação - Ana Larissa dal Piva Argenta - 2013 - Parte 01.pdf: 20230731 bytes, checksum: 56aa4f90641e87e6081a5e3e9319bd24 (MD5) Dissertação - Ana Larissa dal Piva Argenta - 2013 - Parte 02.pdf: 10802505 bytes, checksum: 4e34e2a114366cce38898dda48f31144 (MD5) Dissertação - Ana Larissa dal Piva Argenta - 2013 - Parte 03.pdf: 14680983 bytes, checksum: e7a40859c186d5c2130a3debfec64edd (MD5) Dissertação - Ana Larissa dal Piva Argenta - 2013 - Parte 04.pdf: 11913507 bytes, checksum: 73e7928267b0b902da703843e18b2919 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2014-10-22T19:05:17Z (GMT) No. of bitstreams: 5 Dissertação - Ana Larissa dal Piva Argenta - 2013 - Parte 01.pdf: 20230731 bytes, checksum: 56aa4f90641e87e6081a5e3e9319bd24 (MD5) Dissertação - Ana Larissa dal Piva Argenta - 2013 - Parte 02.pdf: 10802505 bytes, checksum: 4e34e2a114366cce38898dda48f31144 (MD5) Dissertação - Ana Larissa dal Piva Argenta - 2013 - Parte 03.pdf: 14680983 bytes, checksum: e7a40859c186d5c2130a3debfec64edd (MD5) Dissertação - Ana Larissa dal Piva Argenta - 2013 - Parte 04.pdf: 11913507 bytes, checksum: 73e7928267b0b902da703843e18b2919 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-22T19:05:17Z (GMT). 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Thus, a detailed study of the behavior of cylindrical shells subjected to different loading and support conditions as well as the influence of material characteristics and geometric relations evaluation is justified. In this work the influence of geometry and orthotropy on the nonlinear dynamic behavior of orthotropic simply supported cylindrical shells subjected to both axial and lateral time depending loads is studied. To model the shell, the Donnell nonlinear shallow shell theory, neglecting the effects of shear deformations, is used. It is considered the shell in three different situations: empty, filled with static fluid and subjected to internal flow of incompressible and non-viscous fluid, whose motion is isentropic and irrotational. The radial displacements are described as an expansion with eight degrees of freedom which satisfies the boundary conditions. The Galerkin method is applied to obtain a set of nonlinear equations of motion, which are in turn solved by the Runge-Kutta method. A detailed analysis is performed to study the influence of material orthotropy and geometric relations such as length-radio (L/R) and radio-thickness (R/h) on the natural frequencies, critical loads, critical flow velocities, post-critical paths, frequency-amplitude relations, instability boundaries, bifurcation diagrams and resonance curves. Obtained results display the strong influence of both material orthotropy and geometric relations on the linear and nonlinear behavior of the shells and, depending on these characteristics, the shell can display softening or hardening behavior. / Cascas cilíndricas são estruturas com diversas aplicações em várias áreas da engenharia e têm grande capacidade para resistir a carregamentos axiais e a pressões laterais. Entretanto, são estruturas que podem apresentar um complexo comportamento dinâmico. Assim, um estudo detalhado do comportamento das cascas cilíndricas submetidas a diferentes condições de carregamento bem como a avaliação da influência do material e da geometria se justifica plenamente. Este trabalho tem como objetivo estudar a influência da ortotropia do material e da geometria no comportamento dinâmico não linear das cascas cilíndricas ortotrópicas simplesmente apoiadas e submetidas a carregamentos axiais e laterais variáveis com o tempo. Para modelar a casca é utilizada a teoria não linear de Donnell para cascas abatidas desprezando-se os efeitos das deformações cisalhantes. Considera-se a casca em três situações distintas: vazia, preenchida com fluido estático e submetida ao escoamento interno de fluido incompressível e não viscoso, cujo movimento é isentrópico e irrotacional. O deslocamento radial da casca é descrito, de maneira geral, por uma expansão com oito graus de liberdade que satisfaz as condições de contorno. O método de Galerkin é utilizado para obter o sistema discreto de equações diferencias não lineares de movimento, que são resolvidas através do método de Runge-Kutta de quarta ordem. Uma análise detalhada é realizada visando observar a influência das características do material e das relações geométricas comprimento-raio (L/R) e raio-espessura (R/h) nas frequências naturais, cargas críticas, velocidades críticas do fluido bem como nos caminhos pós-críticos, relações frequência-amplitude, fronteiras de instabilidade, diagramas de bifurcação e curvas de ressonância das cascas. Os resultados obtidos permitem observar a forte influência que a geometria e as propriedades dos materiais exercem no comportamento linear e não linear das cascas cilíndricas ortotrópicas e, dependendo de certas características, verifica-se que a casca pode ter comportamentos com ganho ou perda de rigidez.

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.

Orientador: Samuel da Silva / Resumo: Os métodos de análise modal tradicionalmente são limitados aos sistemas vibrando em regime linear de movimento. Assim, quando as estruturas sofrem altas amplitudes de excitação ou são muito flexíveis, gerando possíveis vibrações não-lineares, estes métodos acabam perdendo a sua validade e as propriedades características. Com base nesta motivação, este trabalho apresenta um estudo detalhado para mostrar quais as limitações de se aproximar por parâmetros modais sistemas vibrando em regime de movimento não linear. Para ilustrar a formulação, assume-se uma viga engastada e livre emulando um oscilador de Duffing com não linearidade concentrada, suave e polinomial (rigidez cúbica). Observa-se que para regimes de excitação baixa, pode-se extrair parâmetros modais do modelo e ajustá-los para níveis de excitação mais altos quando se induz vibração não-linear pelo aumento do nível da amplitude de excitação. Para situações de vibração não-linear opta-se por aproximar os sinais e saídas pelo método de superfície de resposta e identificar a dependência amplitude-frequência para extração de modos normais não-lineares. Os resultados apresentados com a formulação descrita neste trabalho permitem adaptar adequadamente as ferramentas convencionais de análise modal linear para validade e aplicação direta em casos de vibração em regime não linear, quando estes ainda são considerados de fraca influência. / Abstract: Modal analysis methods have traditionally been limited to systems vibrating in linear motion regime. Thus, when the structures undergo high excitation amplitudes or are very flexible, generating possible nonlinear vibrations, these methods end up losing their validity and characteristic properties. Based on this motivation, this work presents a detailed study to show the limitations of approaching by modal parameters systems vibrating in nonlinear regime. To illustrate the formulation, a cantilever beam is assumed to emulate a Duffing oscillator with concentrated, smooth, polynomial nonlinearity (cubic stiffness). It is observed that for low excitation regimes, one can extract modal parameters from the model and adjust them to higher excitation levels when inducing nonlinear vibration by increasing the excitation amplitude level. For nonlinear vibration situations, we choose to approximate the signals and outputs by the response surface method and identify the amplitude-frequency dependence for extraction of nonlinear normal modes. The results presented with the formulation described in this work allow to adapt adequately the conventional tools of linear modal analysis for validity and direct application in cases of vibration in nonlinear regime, when they are still considered of low influence. / Mestre

Orientador: Aparecido Carlos Gonçalves / Resumo: A falha catastrófica de caixas de engrenagens acarreta em perdas de produção e custos de manutenção. O elemento mecânico que mais falha em uma caixa de engrenagens é o próprio par engrenado. Estas falhas geralmente ocorrem devido a defeitos pontuais nos dentes como desgaste severo e presença de trincas, contrariando os fatores de segurança previamente definidos por normas referentes aos critérios de falhas em engrenagens. O monitoramento da condição do par engrenado busca avaliar parâmetros representativos dos mecanismos de falha do par engrenado. As técnicas de monitoramento da condição mais utilizadas são a análise de vibrações e análise de lubrificantes. Este trabalho realiza uma revisão bibliográfica de técnicas de monitoramento da condição. A parte experimental consiste na avaliação de uma bancada sob três condições: desgaste severo ao longo da vida útil da engrenagem; engrenagem entalhada para simulação de trinca; engrenagem com variação do entalhe para simulação de uma propagação de trinca. A condição da bancada foi avaliada utilizando técnicas de tratamento de sinais de vibração como TSA, sinal residual, demodulação temporal e análise estatística via PDF beta e; técnicas de análise de lubrificantes como contagem de partículas e espectrometrias de raios-x e infravermelho. Todas as técnicas se mostraram adequadas na avaliação da evolução do desgaste excetuando a espectrometria de infravermelho. Apenas as técnicas de vibração se mostraram adequadas para identificar a pre... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The catastrophic failure of gearboxes results in production losses and maintenance costs. The mechanical component that most fails in gearboxes are the gears. These failures usually occur before the end of useful life projected by criteria of failure standards due teeth defects as severe wear and cracking. The condition monitoring of gearboxes evaluates parameters which can indicate the mechanism of failure in process in the gear. The most commonly used monitoring techniques of gearboxes are vibration analysis and lubricant analysis. Firstly, this work performs a bibliographic review of condition monitoring techniques. The experimental analysis consists of the evaluation of an experimental workbench under three conditions: severe wear throughout the life of the gear; notched gear for crack simulation and; gear with variation of notch for simulation of a crack propagation. The workbench condition was evaluated using vibration signal treatment techniques such as TSA, Residual Signal, Demodulation, Statistical Moments, Crest Factor and Statistical Analysis using PDF beta and; techniques for analyzing lubricants such as particle counting and x-ray and infrared spectrometry. All the techniques were adequate to evaluate the evolution of wear except infrared spectrometry. Only the vibration techniques were adequate to identify the presence an evolution of the notch. Statistical analysis using PDF beta was useful to identify the degradation of a tooth as the notch size evolved. / Mestre

Submitted by Marcio Miazaki null (mmiazaki@gmail.com) on 2017-12-12T15:38:22Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao.pdf: 2498214 bytes, checksum: bbe1b8f57d985978dca7748b50feb796 (MD5) / Submitted by Marcio Miazaki null (mmiazaki@gmail.com) on 2017-12-14T11:25:02Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao.pdf: 2498214 bytes, checksum: bbe1b8f57d985978dca7748b50feb796 (MD5) / Submitted by Marcio Miazaki null (mmiazaki@gmail.com) on 2017-12-14T13:50:31Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao.pdf: 2498214 bytes, checksum: bbe1b8f57d985978dca7748b50feb796 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2017-12-18T10:25:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 miazaki_m_me_ilha.pdf: 2498214 bytes, checksum: bbe1b8f57d985978dca7748b50feb796 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-18T10:25:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 miazaki_m_me_ilha.pdf: 2498214 bytes, checksum: bbe1b8f57d985978dca7748b50feb796 (MD5) Previous issue date: 2017-11-30 / Este trabalho apresenta uma proposta de utilização de molas helicoidais de liga com memória de forma presentes em rotores flexíveis para a atenuação dos deslocamentos laterais decorrentes de forças de perturbação, notadamente das forças de desbalanceamento. Num primeiro momento, o trabalho apresenta os principais modelos constitutivos de ligas com memória de forma (LMF), onde o princípio de funcionamento deste tipo de material é demonstrado por meio de simulações numéricas, e os resultados obtidos são confrontados com dados disponíveis na literatura. Discute-se também a questão da utilização de um modelo mais simplificado para representar o comportamento da liga para diferentes carregamentos termomecânicos. Dois modelos termomecânicos são confrontados numericamente visando representar adequadamente o comportamento termomecânico da LMF durante as transformações de fase. O trabalho evolui para a construção do modelo matemático via elementos finitos de rotores flexíveis contendo molas helicoidais de LMF e por fim apresenta um conjunto de simulações numéricas para comprovar a eficiência e a potencialidade do procedimento teórico formulado. O trabalho termina comentando as potencialidades da proposta apresentada, discutindo as facilidades e dificuldades encontradas na sua implementação e apontando para o desenvolvimento de futuros estudos. / This work proposes shape memory alloy helical springs present in flexible rotors for the attenuation of lateral displacements mainly caused by unbalance forces. This work presents some constitutive models of shape memory alloys (SMA). The principle of operation of this type of material is demonstrated by numerical simulations and the results obtained are compared with data available in the literature. The present work investigates the use of a simplified model to represent the behavior of the SMA for different thermomechanical loads. Two thermomechanical models are numerically confronted in order to represent properly the thermomechanical behavior of the SMA during the phase transformations. Based on the finite element model of flexible rotors containing helical springs of SMA, the efficiency and the potentiality of the theoretical procedure are shown through numerical simulations. This work is concluded presenting the potentialities of the design methodology proposed and future developments to be implemented.

Orientador: Gustavo Luiz Chagas Manhães de Abreu / Resumo: Este trabalho apresenta uma proposta de utilização de molas helicoidais de liga com memória de forma presentes em rotores flexíveis para a atenuação dos deslocamentos laterais decorrentes de forças de perturbação, notadamente das forças de desbalanceamento. Num primeiro momento, o trabalho apresenta os principais modelos constitutivos de ligas com memória de forma (LMF), onde o princípio de funcionamento deste tipo de material é demonstrado por meio de simulações numéricas, e os resultados obtidos são confrontados com dados disponíveis na literatura. Discute-se também a questão da utilização de um modelo mais simplificado para representar o comportamento da liga para diferentes carregamentos termomecânicos. Dois modelos termomecânicos são confrontados numericamente visando representar adequadamente o comportamento termomecânico da LMF durante as transformações de fase. O trabalho evolui para a construção do modelo matemático via elementos finitos de rotores flexíveis contendo molas helicoidais de LMF e por fim apresenta um conjunto de simulações numéricas para comprovar a eficiência e a potencialidade do procedimento teórico formulado. O trabalho termina comentando as potencialidades da proposta apresentada, discutindo as facilidades e dificuldades encontradas na sua implementação e apontando para o desenvolvimento de futuros estudos. / Abstract: This work proposes shape memory alloy helical springs present in flexible rotors for the attenuation of lateral displacements mainly caused by unbalance forces. This work presents some constitutive models of shape memory alloys (SMA). The principle of operation of this type of material is demonstrated by numerical simulations and the results obtained are compared with data available in the literature. The present work investigates the use of a simplified model to represent the behavior of the SMA for different thermomechanical loads. Two thermomechanical models are numerically confronted in order to represent properly the thermomechanical behavior of the SMA during the phase transformations. Based on the finite element model of flexible rotors containing helical springs of SMA, the efficiency and the potentiality of the theoretical procedure are shown through numerical simulations. This work is concluded presenting the potentialities of the design methodology proposed and future developments to be implemented. / Mestre

Submitted by Sanderson Manoel Da Conceição (enders83@yahoo.com.br) on 2018-08-24T00:09:53Z No. of bitstreams: 1 TeseDR_Sanderson.pdf: 5806318 bytes, checksum: 51410134afd7ae86d0783074d6012e88 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-08-24T17:09:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 conceicao_sm_dr_ilha.pdf: 5957405 bytes, checksum: 16cab2d9c84f81cd3cd4ff0b9fa36219 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-24T17:09:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 conceicao_sm_dr_ilha.pdf: 5957405 bytes, checksum: 16cab2d9c84f81cd3cd4ff0b9fa36219 (MD5) Previous issue date: 2016-12-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A ideia central deste trabalho é utilizar o método dos Elementos Espectrais (SEM, do inglês Spectral Element Method) para aplicações de controle ativo de vibrações e monitoramento da integridade estrutural (SHM, do inglês Structural Health Monitoring). Diversos trabalhos têm abordado estes tópicos de forma independente. No entanto, para aplicações reais de engenharia, utilizar os mesmos atuadores, sensores e sistemas de aquisição de dados para controle e monitoramento pode reduzir investimentos e simplificar processos. Por esta motivação, este trabalho apresenta um estudo de modelos espectrais para estruturas do tipo viga considerando aplicações de controle de vibrações e monitoramento da integridade estrutural. Na modelagem são considerados os modelos de vigas de Euler-Bernoulli e Timoshenko, além de transdutores piezelétricos acoplados. A técnica de controle clássico PID (Proporcional, Integral, Derivativo) é explorada e uma nova modelagem é proposta para se considerar técnicas modernas de controle por realimentação de estados na formulação espectral. Em particular, discute-se o controlador LQR (do inglês, Linear Quadratic Regulator), no entanto, a metodologia permite se considerar outras técnicas de controle por realimentação baseada na representação no espaço de estados. Também, especificamente para monitoramento estrutural, no presente trabalho de tese apresenta-se uma discussão sobre índices de detecção de danos. Índices de detecção calculados a partir de sinais experimentais têm sido amplamente utilizados em trabalhos da literatura de SHM. No entanto, pouco tem sido esclarecido sobre seus comportamentos em função das características estruturais e dos danos. Neste sentido, o presente trabalho apresenta uma discussão do comportamento de índices baseados na norma H2, norma H∞ e no CCDM (Correlation coefficient deviation metric), para duas faixas de frequência, em função da severidade do dano e quantidade de amortecimento no sistema. Os resultados obtidos indicam que a formulação por Elementos Espectrais é adequada para viabilizar os projetos simultâneos de um controlador de vibrações e um sistema de monitoramento estrutural utilizando os mesmos equipamentos e simplificando análises ao se utilizar um único modelo dinâmico do sistema. / The main idea of this thesis is to use the Spectral Element Method (SEM), in applications of Active Vibration Control (AVC) and Structural Health Monitoring (SHM). These two topics have been approached in several works, but in an independent way. However, for real engineering applications, to use the same actuators, sensors and data acquisition systems to active control and structural monitoring can reduce the costs and simplify processes. For this reason, this thesis presents a study of spectral models for beam-like structures considering applications of vibration control and structural health monitoring. The Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories are used in the spectral modelling and the piezelectric transducers bonded in the structures are also considered. A classical control technique, PID (Proportional, Integral, Derivative) is explored and a new modelling approach to consider modern control methods of state feedback is proposed in spectral formulation. In particular, the Linear Quadratic Regulator (LQR) is discussed, however, this methodology allows for any other state feedback control techniques based in state space representation. Also, specifically for structural monitoring, is presented a discussion about damage detection indices. Detection indices computed from experimental data have been widely used in SHM studies. However, little has been clarified about their behaviours due to structural characteristics and damages. In this context, this work presents a discussion of the behaviour of indices based in the H2 norm, H∞ norm and CCDM (Correlation coefficient deviation metric), for two frequency ranges, depending on the severity of damage and amount of damping in the system. The obtained results indicate that the spectral element formulation is suited to enable the simultaneous design of a vibration controller and a structural monitoring system using the same data acquisition systems and simplifying analysis when using just one dynamic model of the system.

Orientador: Vicente Lopes Junior / Resumo: A ideia central deste trabalho é utilizar o método dos Elementos Espectrais (SEM, do inglês Spectral Element Method) para aplicações de controle ativo de vibrações e monitoramento da integridade estrutural (SHM, do inglês Structural Health Monitoring). Diversos trabalhos têm abordado estes tópicos de forma independente. No entanto, para aplicações reais de engenharia, utilizar os mesmos atuadores, sensores e sistemas de aquisição de dados para controle e monitoramento pode reduzir investimentos e simplificar processos. Por esta motivação, este trabalho apresenta um estudo de modelos espectrais para estruturas do tipo viga considerando aplicações de controle de vibrações e monitoramento da integridade estrutural. Na modelagem são considerados os modelos de vigas de Euler-Bernoulli e Timoshenko, além de transdutores piezelétricos acoplados. A técnica de controle clássico PID (Proporcional, Integral, Derivativo) é explorada e uma nova modelagem é proposta para se considerar técnicas modernas de controle por realimentação de estados na formulação espectral. Em particular, discute-se o controlador LQR (do inglês, Linear Quadratic Regulator), no entanto, a metodologia permite se considerar outras técnicas de controle por realimentação baseada na representação no espaço de estados. Também, especificamente para monitoramento estrutural, no presente trabalho de tese apresenta-se uma discussão sobre índices de detecção de danos. Índices de detecção calculados a partir de sinais experimen... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The main idea of this thesis is to use the Spectral Element Method (SEM), in applications of Active Vibration Control (AVC) and Structural Health Monitoring (SHM). These two topics have been approached in several works, but in an independent way. However, for real engineering applications, to use the same actuators, sensors and data acquisition systems to active control and structural monitoring can reduce the costs and simplify processes. For this reason, this thesis presents a study of spectral models for beam-like structures considering applications of vibration control and structural health monitoring. The Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories are used in the spectral modelling and the piezelectric transducers bonded in the structures are also considered. A classical control technique, PID (Proportional, Integral, Derivative) is explored and a new modelling approach to consider modern control methods of state feedback is proposed in spectral formulation. In particular, the Linear Quadratic Regulator (LQR) is discussed, however, this methodology allows for any other state feedback control techniques based in state space representation. Also, specifically for structural monitoring, is presented a discussion about damage detection indices. Detection indices computed from experimental data have been widely used in SHM studies. However, little has been clarified about their behaviours due to structural characteristics and damages. In this context, this work presents a d... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Gustavo Luiz Chagas Manhães de Abreu / Resumo: Os sistemas rotativos estão frequentemente sujeitos a excitações externas e internas que provocam vibrações indesejáveis, colocando em risco a própria integridade estrutural do sistema e até mesmo a saúde dos usuários. No âmbito industrial, por exemplo, a atenuação das vibrações pode permitir aos sistemas rotativos, uma operação mais eficiente e segura, proporcionando manutenções periódicas menos frequentes evitando com isso gastos dispendiosos. Neste contexto, o controle de vibrações tem sido objeto de preocupação de inúmeros centros de pesquisa e a literatura especializada é rica em propostas de soluções para esta questão. Este trabalho apresenta uma proposta teórica de um controle semi-ativo de vibrações em rotores flexíveis usando fios de liga com memória de forma (LMF). O rotor em questão é apoiado sobre dois mancais e um deles é suspenso por fios de LMF, cuja finalidade é promover o amortecimento das vibrações laterais presentes no sistema rotativo decorrentes de forças de perturbação, notadamente das forças de desbalanceamento. O controle proposto tem por objetivo possibilitar a passagem do rotor pelas velocidades críticas, com segurança. / Abstract: Rotational systems are often subjected to external and internal excitations which cause undesired vibrations and risk to the structural integrity of the system and the user's health. In the industrial eld, the vibration attenuation may allow rotating systems more e ciency and safety, making periodical maintenance less frequent and reducing costs. In this context, the vibration control has been a concern for many research centers and the specialized literature is rich in solution proposals for this subject. This study presents a theoretical proposal of a semi-active control of vibrations in exible rotors using shape memory alloy (SMA) wires. The rotor is supported by two bearings and one of them it is suspended by SMA wires to promote attenuation of the lateral vibration present in rotating machines due to disturbance forces, especially unbalancing forces. The proposed theory control has a goal to allow the rotor passing through critical speeds safely. / Mestre