Submitted by Nayara Passos (nayara.passos@ufpe.br) on 2015-03-10T14:51:51Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Paulo Henrique Muniz Ferreira.pdf: 5023143 bytes, checksum: 16e5f711793a7b21d5d25f166619bda6 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-11T17:30:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Paulo Henrique Muniz Ferreira.pdf: 5023143 bytes, checksum: 16e5f711793a7b21d5d25f166619bda6 (MD5) Previous issue date: 2014 / Sistema de controle empregando redes neurais vem sendo estudado ativamente desde a década de 1980. Mas ainda assim, é um campo bem desafiador devido a diversas formas de abordagens neurais existente na literatura e a natureza diversa dos sistemas de controle que podem apresentar uma dinâmica variando consideravelmente ao longo do regime de funcionamento. Nesse trabalho de mestrado, foi investigada a aplicação de sistemas de controle auto-organizáveis baseados no Mapa Auto-organizável de Kohonen, em duas diferentes proposições. Ambas consistem de controles com arquitetura modulares e se diferenciam na característica da estrutura topológica. O primeiro controle é concebido com uma estrutura fixa. Enquanto o segundo apresenta uma estrutura que cresce a medida que é necessário. Os modelos foram validados em simulações de problemas mecânicos clássicos (linear e não-linear), como sistema massa-molaamortecedor e pêndulo invertido. Nos experimentos, os sistemas tinham seus parâmetros variando no tempo e os resultados dos métodos propostos foram comparados com métodos convencionais. Os resultados sugerem que as técnicas de controle inspiradas nos mapas auto-organizáveis controlam adequadamente e são eficazes ao lidar com configurações não apresentadas na etapa de treinamento.

Atualmente as estruturas estão sendo avaliadas para um maior número de ações em relação há algumas décadas. Esta melhoria ao longo da fase de concepção é dada devido ao fato de que está se tornando mais competitivo o fornecimento de estruturas leves e esbeltas, sendo solicitados, cada vez mais, projetos com menor custo de implantação. Devido a isto, é necessário avaliar as estruturas não apenas sujeitas a cargas estáticas, mas também a carregamentos dinâmicos. As ações dinâmicas que atuam sobre uma estrutura podem ser muito mais prejudiciais do que as estáticas quando não são bem consideradas e dimensionadas. Ações dinâmicas podem ser provenientes de tremores de terra, vento, equipamentos em funcionamento, deslocamento de pessoas, veículos em movimento, motores desbalanceados, entre outras fontes, o que pode causar vibrações na estrutura, podendo levar a mesma ao colapso. A fim de controlar e reduzir as amplitudes de vibração, entre outras alternativas é possível a instalação de amortecedores de massa sintonizado (AMS), que é um dispositivo de controle passivo. O AMS tem várias vantagens, tais como a grande capacidade de reduzir a amplitude de vibração, fácil instalação, baixa manutenção, baixo custo, entre outras. Para se obter a melhor relação custo-benefício, ou seja, a maior redução de amplitude aliada a um menor número de amortecedores ou a uma menor massa, a otimização dos parâmetros do AMS tornase fundamental. Neste contexto, este trabalho visa, através de simulação numérica, propor um método para otimizar parâmetros de AMSs quando estes devem ser instalados em edifícios submetidos à excitação sísmica. Inicialmente é considerado apenas um único AMS instalado no topo do edifício e em seguida também são feitas simulações com múltiplos AMSs (MAMS), e por fim são descartados os AMSs desnecessários, obtendo assim a melhor resposta da estrutura. Para tanto, uma rotina computacional é desenvolvida em MatLab usando o método de integração direta das equações de movimento de Newmark para determinar a resposta dinâmica da estrutura. Para fins de análise podem ser considerados tanto sismos reais quanto artificiais. Os acelerogramas artificias são gerados a partir do espectro proposto por Kanai e Tajimi. Primeiramente, a estrutura é analisada somente com o seu amortecimento próprio para fins comparativos e de referência. Em seguida, a otimização do ou dos AMSs é feita, na qual a função objetivo é minimizar o deslocamento máximo no topo do edifício, e as variáveis de projeto, são a relação de massas (AMS - Estrutura), rigidez e amortecimento do ou dos AMSs. Para a otimização são utilizados os algoritmos Firefly Algotithm e Backtracking Search Optimization Algorithm. De acordo com as configurações do AMS, após a otimização dos seus parâmetros são determinadas as novas respostas dinâmicas da estrutura. Finalmente, pode-se observar que o método proposto foi capaz de otimizar os parâmetros do ou dos AMSs, reduzindo consideravelmente as respostas da estrutura após a instalação do mesmo, minimizando o risco de dano e colapso do edifício. Desta forma, este trabalho mostra que é possível projetar AMS e MAMS de forma econômica e eficaz. / Currently, structures are being evaluated for a greater number of actions when compared to a few decades ago. This improvement in designing stage is happening because projects providing lightweight and slender structures, with lower implantation costs, are being more requested. Thus, evaluating structures not only subjected to static loads, but also to dynamic loads has become necessary. Dynamic loads acting on a structure are more damaging than static loads, if they are not well considered and dimensioned. Dynamic loads could occur from earthquakes, wind, equipment, movement of people or vehicles, among other sources, which cause vibrations in structures and may lead to a collapse. Tuned mass damper (TMD), a passive control device, can be installed as an alternative to reduce vibration amplitudes. TMD has several advantages, such as large capacity to reduce amplitude of vibration, easy installation, low maintenance, low cost, among others. Optimizing TMD parameters is fundamental for obtaining best cost-benefit relation, i.e., greater amplitude reduction along with lower number of dampers or lower mass. In this context, this study aims at proposing, through numerical simulation, a method for optimizing TMD parameters when installing them on buildings under seismic excitation. Initially, a single-TMD case is considered, then simulations with multiple-TMDs (MTMDs) are run; lastly, unnecessary TMDs are discarded, obtaining the best structural response. For this purpose, a computational routine is developed on MatLab using Newmark direct integration method for equations of motion to determine the dynamic structural response. Both real and artificial earthquakes are considered for purposes of analysis. Artificial accelerograms are generated from proposed Kanai-Tajimi spectrum. First, structure is analyzed only with its own damping for comparison and reference. Second, a single or multiple-TMD optimization is carried out, in which the objective function is to minimize the maximum displacement at the top of the building, and the design variables are modal mass ratio (Structure-TMD), stiffness and damping of a single or multiple-TMD. Firefly and Backtracking Optimization algorithms are used for optimization. According to TMD settings, new dynamic structural responses are determined after optimizing parameters. Finally, the proposed method could optimize parameters of single or multiple-TMDs, considerably reducing structural responses after their installation, minimizing the risk of damage and building collapse. Thus, this study shows the possibility of designing TMDs or MTMDs both economically and effectively.

A centenária indústria automotiva está passando por profundas transformações nos seus modelos de negócio, processos de desenvolvimento em produto e de produção. Inovações tais como veículos autônomos, transporte compartilhado, células de combustível, entre outras, apresentam-se aos estrategistas das montadoras como alternativas para gerar um diferencial competitivo e garantir a sobrevivência das empresas. Assim sendo, o entendimento dos mecanismos e fatores que influenciam na decisão de adoção de inovações em produto pelas montadoras é um tema relevante para a academia. Artigos sobre adoção de inovação em produto pelas organizações da indústria automotiva não são comuns na literatura, e quando realizados concentram-se no estudo de tecnologias de propulsão alternativa. Este estudo propõe, a partir de uma ampla revisão sistemática da literatura disponível sobre adoção de inovações pelas organizações, um modelo teórico contendo dimensões e fatores de influência na adoção de inovações em produto pelas montadoras de veículos, aplicando o modelo a um componente específico do automóvel, os chamados sistemas semiativos de amortecimento ou \'amortecedores inteligentes\'. Um diferencial do modelo conceitual desenvolvido foi a introdução da dimensão \'gestão da inovação\', analisando diversos fatores relacionados à estratégia tecnológica da montadora. A aplicação deste modelo foi realizada utilizando a metodologia de pesquisa qualitativa básica, por meio de entrevistas com funcionários de montadoras e fabricantes de sistemas de suspensão e amortecedores estabelecidos no mercado automotivo brasileiro. Uma pesquisa adicional foi realizada com o objetivo de identificar de que maneira a importância relativa entre os fatores que influem na adoção de inovações em produto pelas montadoras de veículos muda entre um país desenvolvido (EUA) e outro em desenvolvimento (Brasil). Dessa forma, o modelo conceitual desenvolvido foi aplicado por meio de entrevistas realizadas com funcionários de empresas do segmento automotivo estabelecidas no mercado dos EUA. As análises dos resultados permitiram identificar os fatores de maior influência na adoção da inovação em estudo pelas montadoras, bem como os fatores de menor influência. Análises comparativas foram realizadas entre estes fatores, para discutir as razões das semelhanças e diferenças entre eles. Esta tese produziu três artigos correlacionados entre si, o primeiro denominado Adoção de inovações em produto pelas organizações: Uma revisão sistemática de literatura. O segundo artigo foi intitulado como Adoção de inovações em produto na indústria automotiva: Modelo conceitual e aplicação para sistemas semiativos de amortecimento. O artigo Adoção de inovações em produto na indústria automotiva: Um estudo comparativo entre Brasil e EUA é o terceiro e último da tese. Estudos comparando a influência de fatores de adoção de inovação em produto pelas organizações foram realizados em outras áreas da tecnologia, porém artigos com comparações internacionais entre estes fatores não são comuns na literatura. Nenhum estudo sobre adoção de sistemas semiativos de amortecimento ou \'amortecedores inteligentes\' foi identificado na revisão de literatura realizada, o que evidencia o ineditismo deste trabalho de pesquisa. / The centenary automotive industry has gone through significant transformations in its business models, product development and production processes. Innovations like autonomous vehicles, transportation sharing, fuel cells, among others, show themselves as alternatives to create a competitive differential and assure companies survival. Therefore, the understanding of mechanisms and factors that influence automaker\'s decision to adopt product innovations is a relevant issue for the academy. Papers about product innovation adoption by organizations in the automotive industry are not common in the literature. When made, they focus mostly on the study of alternative propulsion technologies. This research proposes a theoretical model comprising dimensions and factors influencing product innovation adoption by automakers based on a broad literature systematic analysis about organizational innovation adoption. This model was applied to a specific automotive component, the so-called semi active damping systems or \"smart shock absorbers.\" The conceptual model presents the unpublished dimension \"innovation management\", which analyses several factors related to the automakers technological strategy. This research used basic qualitative analysis methodology and performed interviews with employees from automakers and suspension system manufacturers settled in the Brazilian automotive market. An extra research aimed to identify the way the relative importance between the factors that influence in the product innovation adoption by the automakers changes from a developed country (USA) and another country in development (Brazil). Interviews with employees from automotive companies settled in the USA market applied the conceptual model. The result of the analysis allowed the identification of the most influencing factors in the adoption of the product innovation by automakers, as well the less influencing factors. Comparative analyses between these factors were made in order to discuss the reasons of similarities and differences between them. This dissertation produced three correlated papers se, the first one is \"Product innovation adoption by organizations: A systematic literature review.\" The second one is \"Product innovation adoption in the automotive industry: Conceptual model and application for semi active damping systems.\" The third and last one of this dissertation is \"Product innovation adoption in the automotive industry: A comparative study between Brazil and USA.\" There are papers comparing the factors influencing product innovation adoption by organizations in other technology fields, but international comparisons between these factors are not common in literature. This research found no paper about semi active damping systems (\"smart shock absorbers\") in the literature review, which evidences the brand new characteristic of this dissertation.

A centenária indústria automotiva está passando por profundas transformações nos seus modelos de negócio, processos de desenvolvimento em produto e de produção. Inovações tais como veículos autônomos, transporte compartilhado, células de combustível, entre outras, apresentam-se aos estrategistas das montadoras como alternativas para gerar um diferencial competitivo e garantir a sobrevivência das empresas. Assim sendo, o entendimento dos mecanismos e fatores que influenciam na decisão de adoção de inovações em produto pelas montadoras é um tema relevante para a academia. Artigos sobre adoção de inovação em produto pelas organizações da indústria automotiva não são comuns na literatura, e quando realizados concentram-se no estudo de tecnologias de propulsão alternativa. Este estudo propõe, a partir de uma ampla revisão sistemática da literatura disponível sobre adoção de inovações pelas organizações, um modelo teórico contendo dimensões e fatores de influência na adoção de inovações em produto pelas montadoras de veículos, aplicando o modelo a um componente específico do automóvel, os chamados sistemas semiativos de amortecimento ou \'amortecedores inteligentes\'. Um diferencial do modelo conceitual desenvolvido foi a introdução da dimensão \'gestão da inovação\', analisando diversos fatores relacionados à estratégia tecnológica da montadora. A aplicação deste modelo foi realizada utilizando a metodologia de pesquisa qualitativa básica, por meio de entrevistas com funcionários de montadoras e fabricantes de sistemas de suspensão e amortecedores estabelecidos no mercado automotivo brasileiro. Uma pesquisa adicional foi realizada com o objetivo de identificar de que maneira a importância relativa entre os fatores que influem na adoção de inovações em produto pelas montadoras de veículos muda entre um país desenvolvido (EUA) e outro em desenvolvimento (Brasil). Dessa forma, o modelo conceitual desenvolvido foi aplicado por meio de entrevistas realizadas com funcionários de empresas do segmento automotivo estabelecidas no mercado dos EUA. As análises dos resultados permitiram identificar os fatores de maior influência na adoção da inovação em estudo pelas montadoras, bem como os fatores de menor influência. Análises comparativas foram realizadas entre estes fatores, para discutir as razões das semelhanças e diferenças entre eles. Esta tese produziu três artigos correlacionados entre si, o primeiro denominado Adoção de inovações em produto pelas organizações: Uma revisão sistemática de literatura. O segundo artigo foi intitulado como Adoção de inovações em produto na indústria automotiva: Modelo conceitual e aplicação para sistemas semiativos de amortecimento. O artigo Adoção de inovações em produto na indústria automotiva: Um estudo comparativo entre Brasil e EUA é o terceiro e último da tese. Estudos comparando a influência de fatores de adoção de inovação em produto pelas organizações foram realizados em outras áreas da tecnologia, porém artigos com comparações internacionais entre estes fatores não são comuns na literatura. Nenhum estudo sobre adoção de sistemas semiativos de amortecimento ou \'amortecedores inteligentes\' foi identificado na revisão de literatura realizada, o que evidencia o ineditismo deste trabalho de pesquisa. / The centenary automotive industry has gone through significant transformations in its business models, product development and production processes. Innovations like autonomous vehicles, transportation sharing, fuel cells, among others, show themselves as alternatives to create a competitive differential and assure companies survival. Therefore, the understanding of mechanisms and factors that influence automaker\'s decision to adopt product innovations is a relevant issue for the academy. Papers about product innovation adoption by organizations in the automotive industry are not common in the literature. When made, they focus mostly on the study of alternative propulsion technologies. This research proposes a theoretical model comprising dimensions and factors influencing product innovation adoption by automakers based on a broad literature systematic analysis about organizational innovation adoption. This model was applied to a specific automotive component, the so-called semi active damping systems or \"smart shock absorbers.\" The conceptual model presents the unpublished dimension \"innovation management\", which analyses several factors related to the automakers technological strategy. This research used basic qualitative analysis methodology and performed interviews with employees from automakers and suspension system manufacturers settled in the Brazilian automotive market. An extra research aimed to identify the way the relative importance between the factors that influence in the product innovation adoption by the automakers changes from a developed country (USA) and another country in development (Brazil). Interviews with employees from automotive companies settled in the USA market applied the conceptual model. The result of the analysis allowed the identification of the most influencing factors in the adoption of the product innovation by automakers, as well the less influencing factors. Comparative analyses between these factors were made in order to discuss the reasons of similarities and differences between them. This dissertation produced three correlated papers se, the first one is \"Product innovation adoption by organizations: A systematic literature review.\" The second one is \"Product innovation adoption in the automotive industry: Conceptual model and application for semi active damping systems.\" The third and last one of this dissertation is \"Product innovation adoption in the automotive industry: A comparative study between Brazil and USA.\" There are papers comparing the factors influencing product innovation adoption by organizations in other technology fields, but international comparisons between these factors are not common in literature. This research found no paper about semi active damping systems (\"smart shock absorbers\") in the literature review, which evidences the brand new characteristic of this dissertation.

[pt] A redução de deslocamentos e acelerações em edifícios é um aspecto de vital importância no projeto de estruturas sob a ação de sismos. Assim, o controle de vibrações de estruturas em regiões sujeitas a eventos sísmicos tem se tornado um importante tema de pesquisa em engenharia. Dentre os mecanismos propostos para a redução de vibrações em estruturas, encontram-se os amortecedores magnetoreológicos (MR). Amortecedores magnetoreológicos são dispositivos passivos ou semiativos que controlam as vibrações com um consumo mínimo de energia. Estes mecanismos são caracterizados por um comportamento histerético não linear que leva em geral a uma grande dissipação de energia. Neste trabalho estuda-se o efeito de um amortecedor MR e de seus parâmetros característicos na redução das vibrações de edifícios e torres esbeltas. Para isto, utiliza-se o modelo de Bouc-Wen. O edifício é descrito como um sistema discreto massa-mola-amortecedor do tipo shear-building e a torre como um pêndulo múltiplo, onde se leva em conta a possibilidade de grandes rotações e deslocamentos. Considera-se o amortecedor localizado na estrutura (primeiro andar) e como um sistema de isolamento de base, com o propósito de verificar a influência da localização do amortecedor na redução das respostas dinâmicas. Quando o dispositivo é usado como isolamento de base, ambos os modelos mostraram uma grande diminuição da resposta dinâmica, em comparação aos resultados com o dispositivo no primeiro andar. Estuda-se também a influência da relação entre as frequências da estrutura e o conteúdo de frequências da excitação na eficiência do amortecedor MR. Os resultados mostram que esta relação tem uma grande influência no grau de redução das vibrações da estrutura controlada. Em todos os casos analisados, observa-se que o amortecedor MR leva a uma redução das vibrações, em particular dos deslocamentos da estrutura. / [en] The reduction of displacements and accelerations in buildings is a vital aspect in the design of structures under an earthquake excitation. Thus, the vibration control of structures in areas subject to seismic events has become an important research topic in engineering. Among the proposed mechanisms to reduce vibrations in structures, are the magneto rheological dampers (MR). Magneto rheological dampers are passive or semi-active devices for vibration control characterized by small energy consumption. These mechanisms are characterized by a nonlinear hysteretic behavior that usually leads to large energy dissipation. In this paper the effect of an MR damper and its characteristic parameters in reducing the vibrations of buildings and slender towers is studied. For this, the Bouc-Wen model is adopted. The building is described as a discrete mass-spring-damper-type shear-building and the tower as a multiple pendulum, which takes into account large displacements and rotations. It is considered that the damper is located in the structure (first floor) or as a base isolation system, in order to verify the influence of the location of the damper in the reduction of dynamic responses. When the device is used as a base isolation, both models show a large decrease of the dynamic response as compared to the results with the device on the first floor. The influence of the relationship between the frequencies of the structure and frequency content of the excitation on the efficiency of MR damper is also investigated. The results show that this relation has a great influence on the degree of reduction of vibrations of the controlled structure. In all cases here analyzed, it is observed that the MR damper leads to a reduction of the vibration response, in particular the displacement of the structure.

Atualmente as estruturas estão sendo avaliadas para um maior número de ações em relação há algumas décadas. Esta melhoria ao longo da fase de concepção é dada devido ao fato de que está se tornando mais competitivo o fornecimento de estruturas leves e esbeltas, sendo solicitados, cada vez mais, projetos com menor custo de implantação. Devido a isto, é necessário avaliar as estruturas não apenas sujeitas a cargas estáticas, mas também a carregamentos dinâmicos. As ações dinâmicas que atuam sobre uma estrutura podem ser muito mais prejudiciais do que as estáticas quando não são bem consideradas e dimensionadas. Ações dinâmicas podem ser provenientes de tremores de terra, vento, equipamentos em funcionamento, deslocamento de pessoas, veículos em movimento, motores desbalanceados, entre outras fontes, o que pode causar vibrações na estrutura, podendo levar a mesma ao colapso. A fim de controlar e reduzir as amplitudes de vibração, entre outras alternativas é possível a instalação de amortecedores de massa sintonizado (AMS), que é um dispositivo de controle passivo. O AMS tem várias vantagens, tais como a grande capacidade de reduzir a amplitude de vibração, fácil instalação, baixa manutenção, baixo custo, entre outras. Para se obter a melhor relação custo-benefício, ou seja, a maior redução de amplitude aliada a um menor número de amortecedores ou a uma menor massa, a otimização dos parâmetros do AMS tornase fundamental. Neste contexto, este trabalho visa, através de simulação numérica, propor um método para otimizar parâmetros de AMSs quando estes devem ser instalados em edifícios submetidos à excitação sísmica. Inicialmente é considerado apenas um único AMS instalado no topo do edifício e em seguida também são feitas simulações com múltiplos AMSs (MAMS), e por fim são descartados os AMSs desnecessários, obtendo assim a melhor resposta da estrutura. Para tanto, uma rotina computacional é desenvolvida em MatLab usando o método de integração direta das equações de movimento de Newmark para determinar a resposta dinâmica da estrutura. Para fins de análise podem ser considerados tanto sismos reais quanto artificiais. Os acelerogramas artificias são gerados a partir do espectro proposto por Kanai e Tajimi. Primeiramente, a estrutura é analisada somente com o seu amortecimento próprio para fins comparativos e de referência. Em seguida, a otimização do ou dos AMSs é feita, na qual a função objetivo é minimizar o deslocamento máximo no topo do edifício, e as variáveis de projeto, são a relação de massas (AMS - Estrutura), rigidez e amortecimento do ou dos AMSs. Para a otimização são utilizados os algoritmos Firefly Algotithm e Backtracking Search Optimization Algorithm. De acordo com as configurações do AMS, após a otimização dos seus parâmetros são determinadas as novas respostas dinâmicas da estrutura. Finalmente, pode-se observar que o método proposto foi capaz de otimizar os parâmetros do ou dos AMSs, reduzindo consideravelmente as respostas da estrutura após a instalação do mesmo, minimizando o risco de dano e colapso do edifício. Desta forma, este trabalho mostra que é possível projetar AMS e MAMS de forma econômica e eficaz. / Currently, structures are being evaluated for a greater number of actions when compared to a few decades ago. This improvement in designing stage is happening because projects providing lightweight and slender structures, with lower implantation costs, are being more requested. Thus, evaluating structures not only subjected to static loads, but also to dynamic loads has become necessary. Dynamic loads acting on a structure are more damaging than static loads, if they are not well considered and dimensioned. Dynamic loads could occur from earthquakes, wind, equipment, movement of people or vehicles, among other sources, which cause vibrations in structures and may lead to a collapse. Tuned mass damper (TMD), a passive control device, can be installed as an alternative to reduce vibration amplitudes. TMD has several advantages, such as large capacity to reduce amplitude of vibration, easy installation, low maintenance, low cost, among others. Optimizing TMD parameters is fundamental for obtaining best cost-benefit relation, i.e., greater amplitude reduction along with lower number of dampers or lower mass. In this context, this study aims at proposing, through numerical simulation, a method for optimizing TMD parameters when installing them on buildings under seismic excitation. Initially, a single-TMD case is considered, then simulations with multiple-TMDs (MTMDs) are run; lastly, unnecessary TMDs are discarded, obtaining the best structural response. For this purpose, a computational routine is developed on MatLab using Newmark direct integration method for equations of motion to determine the dynamic structural response. Both real and artificial earthquakes are considered for purposes of analysis. Artificial accelerograms are generated from proposed Kanai-Tajimi spectrum. First, structure is analyzed only with its own damping for comparison and reference. Second, a single or multiple-TMD optimization is carried out, in which the objective function is to minimize the maximum displacement at the top of the building, and the design variables are modal mass ratio (Structure-TMD), stiffness and damping of a single or multiple-TMD. Firefly and Backtracking Optimization algorithms are used for optimization. According to TMD settings, new dynamic structural responses are determined after optimizing parameters. Finally, the proposed method could optimize parameters of single or multiple-TMDs, considerably reducing structural responses after their installation, minimizing the risk of damage and building collapse. Thus, this study shows the possibility of designing TMDs or MTMDs both economically and effectively.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the present work the effect of a dry friction damper device on the dynamic behavior of vibratory systems is analyzed. Two friction devices are designed consisting of a sphere in contact with a flat steel bar. In the first prototype the normal force on the contact is kept constant. In the second device a piezoelectric actuator is used to vary the intensity of the normal force. An experimental methodology is developed to analyze the dynamic behavior of a vibratory system and to identify the physical properties of the friction damper devices. The mathematical-computational models of the two friction dampers are used to perform simulations with a vibratory system, in order to analyze the influence of the variation of the normal contact force on the behavior of the vibratory system and to evaluate the dissipation of vibrational energy. In the first damper, an experimental methodology is used to identify the behavior of friction force induced on the vibratory system, and also to identify nonlinearities due to friction Frequency response is used to identify the structural frequencies generated by the device, as well the operational band of the damper device with constant normal force. The time domain vibratory system response is used to identify the Coulomb friction model. The second damper is designed by finite element method. Experimental analysis of the device is applied to identify the parameters that define the static and dynamic behavior of the damper with variable normal load, The frequency response is used to identify the structural frequencies generated by the device, as well it s effective operational band.. Another experiment evaluates the effect of the normal contact force variation on the dynamic response of a vibratory structure. The vibratory system response is identified using Coulomb friction models. Finally, numerical simulations are used to evaluate the effect of the normal contact variation, generated by a semi active control, on the vibratory system dynamic behavior. The vibration attenuation and the power demand of the piezoelectric actuator .are evaluated. / Neste trabalho é analisado o efeito de amortecedores de atrito seco sobre o comportamento dinâmico de um sistema vibratório de um grau de liberdade São projetados dois dispositivos de atrito constituídos por uma esfera em contato com um barra plana de aço. No primeiro protótipo a força normal no contato é mantida constante. No segundo dispositivo é utilizado um atuador piezelétrico para variar a intensidade da força normal. É desenvolvida uma metodologia experimental para analisar o comportamento dinâmico do sistema vibratório e identificar as propriedades físicas dos amortecedores de atrito. Os modelos matemáticos-computacionais dos dois amortecedores de atrito são usados para realizar simulações com um sistema vibratório, com a finalidade de analisar a influência da variação da força normal de contato sobre o comportamento do sistema vibratório e avaliar a capacidade de dissipação da energia vibratória. No primeiro amortecedor mediante uma metodologia experimental, é possível identificar o comportamento da força de atrito induzida ao sistema dinâmico, são identificadas também as não linearidades devidas ao atrito. Na resposta em frequência é possível identificar as frequências estruturais geradas pelo dispositivo, assim como a banda de atuação do amortecedor de força normal constante. Por ultimo é identificada a resposta do sistema dinâmico no domínio do tempo, mediante os modelos Coulomb do atrito. Para o segundo amortecedor é apresentado a analise estática dos elementos constituintes via um estudo em elementos finitos. Métodos de analise experimental aplicados para identificar os parâmetros que determinam o comportamento estático e dinâmico do amortecedor de carga normal variável. Na resposta em frequência é possível identificar as frequências estruturais geradas pelo dispositivo, assim como também, a banda de atuação do amortecedor de força normal variável. Em uma segunda fase experimental, avaliam-se os efeitos da variação da força normal no contato, na resposta dinâmica da estrutura vibratória e determina-se o comportamento da força do amortecedor, assim como também se identifica a resposta do sistema, com os modelos de atrito de Coulomb. Finalmente, é avaliada numericamente o efeito do ajuste da força normal do contato, mediante um controle semiativo., Verifica-se a eficiência do controle sobre a vibração da estrutura .e sobre o consumo de potência do atuador piezelétrico. / Mestre em Engenharia Mecânica

Atualmente as estruturas estão sendo avaliadas para um maior número de ações em relação há algumas décadas. Esta melhoria ao longo da fase de concepção é dada devido ao fato de que está se tornando mais competitivo o fornecimento de estruturas leves e esbeltas, sendo solicitados, cada vez mais, projetos com menor custo de implantação. Devido a isto, é necessário avaliar as estruturas não apenas sujeitas a cargas estáticas, mas também a carregamentos dinâmicos. As ações dinâmicas que atuam sobre uma estrutura podem ser muito mais prejudiciais do que as estáticas quando não são bem consideradas e dimensionadas. Ações dinâmicas podem ser provenientes de tremores de terra, vento, equipamentos em funcionamento, deslocamento de pessoas, veículos em movimento, motores desbalanceados, entre outras fontes, o que pode causar vibrações na estrutura, podendo levar a mesma ao colapso. A fim de controlar e reduzir as amplitudes de vibração, entre outras alternativas é possível a instalação de amortecedores de massa sintonizado (AMS), que é um dispositivo de controle passivo. O AMS tem várias vantagens, tais como a grande capacidade de reduzir a amplitude de vibração, fácil instalação, baixa manutenção, baixo custo, entre outras. Para se obter a melhor relação custo-benefício, ou seja, a maior redução de amplitude aliada a um menor número de amortecedores ou a uma menor massa, a otimização dos parâmetros do AMS tornase fundamental. Neste contexto, este trabalho visa, através de simulação numérica, propor um método para otimizar parâmetros de AMSs quando estes devem ser instalados em edifícios submetidos à excitação sísmica. Inicialmente é considerado apenas um único AMS instalado no topo do edifício e em seguida também são feitas simulações com múltiplos AMSs (MAMS), e por fim são descartados os AMSs desnecessários, obtendo assim a melhor resposta da estrutura. Para tanto, uma rotina computacional é desenvolvida em MatLab usando o método de integração direta das equações de movimento de Newmark para determinar a resposta dinâmica da estrutura. Para fins de análise podem ser considerados tanto sismos reais quanto artificiais. Os acelerogramas artificias são gerados a partir do espectro proposto por Kanai e Tajimi. Primeiramente, a estrutura é analisada somente com o seu amortecimento próprio para fins comparativos e de referência. Em seguida, a otimização do ou dos AMSs é feita, na qual a função objetivo é minimizar o deslocamento máximo no topo do edifício, e as variáveis de projeto, são a relação de massas (AMS - Estrutura), rigidez e amortecimento do ou dos AMSs. Para a otimização são utilizados os algoritmos Firefly Algotithm e Backtracking Search Optimization Algorithm. De acordo com as configurações do AMS, após a otimização dos seus parâmetros são determinadas as novas respostas dinâmicas da estrutura. Finalmente, pode-se observar que o método proposto foi capaz de otimizar os parâmetros do ou dos AMSs, reduzindo consideravelmente as respostas da estrutura após a instalação do mesmo, minimizando o risco de dano e colapso do edifício. Desta forma, este trabalho mostra que é possível projetar AMS e MAMS de forma econômica e eficaz. / Currently, structures are being evaluated for a greater number of actions when compared to a few decades ago. This improvement in designing stage is happening because projects providing lightweight and slender structures, with lower implantation costs, are being more requested. Thus, evaluating structures not only subjected to static loads, but also to dynamic loads has become necessary. Dynamic loads acting on a structure are more damaging than static loads, if they are not well considered and dimensioned. Dynamic loads could occur from earthquakes, wind, equipment, movement of people or vehicles, among other sources, which cause vibrations in structures and may lead to a collapse. Tuned mass damper (TMD), a passive control device, can be installed as an alternative to reduce vibration amplitudes. TMD has several advantages, such as large capacity to reduce amplitude of vibration, easy installation, low maintenance, low cost, among others. Optimizing TMD parameters is fundamental for obtaining best cost-benefit relation, i.e., greater amplitude reduction along with lower number of dampers or lower mass. In this context, this study aims at proposing, through numerical simulation, a method for optimizing TMD parameters when installing them on buildings under seismic excitation. Initially, a single-TMD case is considered, then simulations with multiple-TMDs (MTMDs) are run; lastly, unnecessary TMDs are discarded, obtaining the best structural response. For this purpose, a computational routine is developed on MatLab using Newmark direct integration method for equations of motion to determine the dynamic structural response. Both real and artificial earthquakes are considered for purposes of analysis. Artificial accelerograms are generated from proposed Kanai-Tajimi spectrum. First, structure is analyzed only with its own damping for comparison and reference. Second, a single or multiple-TMD optimization is carried out, in which the objective function is to minimize the maximum displacement at the top of the building, and the design variables are modal mass ratio (Structure-TMD), stiffness and damping of a single or multiple-TMD. Firefly and Backtracking Optimization algorithms are used for optimization. According to TMD settings, new dynamic structural responses are determined after optimizing parameters. Finally, the proposed method could optimize parameters of single or multiple-TMDs, considerably reducing structural responses after their installation, minimizing the risk of damage and building collapse. Thus, this study shows the possibility of designing TMDs or MTMDs both economically and effectively.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / This thesis presents the design methodology, the construction of a prototype and the experimental validation of an active vibration damper witch is controlled by a piezoelectric actuator. The proposed device has two flexible metallic bellows connected to a rigid reservoir filled with a viscous fluid. When one of the bellows is connected to a vibrating structure a periodic flow passes through a variable internal orifice and the damping effect is produced. The size of the orifice is adjusted by a piezoelectric control system that positions the conical core into a conical cavity. The damper device finite element computational model was developed considering that the valve body is rigid and that the fluid - structure iteration occurs between the fluid and the flexible bellows. This model is discretized using a lagrangean-eulrian formulation. The actuator has a closed flexible metallic structure that amplifies the displacement produced by an internally mounted stack of piezoelectric ceramic layers, and it is also modeled by the finite element method. The damper prototype was built and experimental tests using impulsive and harmonic excitations were conducted to determine its dynamic behavior and also to validate the developed computational models. The simulation and experimental results are compared by curves that relate the damping coefficient with the size of the orifice. Reduced dynamical models are proposed to represent the behavior of the damper device with fixed and variable orifice sizes. A local classic PID controller for the piezoelectric actuator was design to assure that the valve core assume the correct position, providing the commanded damping coefficient. The damper device was applied to a vibration system that represents the model of a quarter-car vehicle. One on-off controller and another fuzzy controller were design to control the vibrations of the vehicle equipped with the proposed active damper. Experimental tests shown that the damping coefficient values, commanded by the global controller, were achieved in time intervals lesser than 10 milliseconds. These results demonstrate the very good performance of the proposed damper device. / Esta tese apresenta o desenvolvimento de uma metodologia de projeto, a construção de um protótipo e a validação experimental de um amortecedor ativo de vibrações controlado por um atuador piezelétrico. O dispositivo proposto contém um circuito hidráulico constituído por dois foles metálicos flexíveis conectados a um reservatório rígido cheio com um fluido viscoso. Quando um dos foles é conectado a uma estrutura vibratória um fluxo de fluido é forçado através de um orifício variável, produzindo o efeito de amortecimento. O tamanho do orifício é ajustado por um sistema piezelétrico de controle que posiciona um obturador cônico numa cavidade cônica. O amortecedor é modelado pela técnica dos elementos finitos considerando que o corpo da válvula rígido e que existe interação entre o fluido interno e a estrutura flexível dos foles. Este modelo é discretizado utilizando uma formulação Lagrangeana Euleriana. O atuador, composto por uma estrutura metálica flexível que amplifica o deslocamento produzido por uma pilha de cerâmicas piezelétricas, também é modelado pela técnica dos elementos finitos. Foi construído um protótipo do amortecedor e realizados ensaios experimentais com excitações impulsivas e harmônicas, para determinar o comportamento dinâmico e para validar os modelos computacionais desenvolvidos. A relação entre o tamanho do orifício e a correspondente força de amortecimento produzida é obtida tanto a partir de simulações feitas com o modelo computacional, como através de ensaios com o protótipo, para valores do tamanho do orifício fixos e variáveis. Propõe-se o uso de modelos dinâmicos reduzidos para representar a dinâmica do amortecedor. Para garantir que o atuador piezelétrico posicione corretamente o obturador da válvula, foi incorporado ao amortecedor um controlador local clássico tipo PID. O amortecedor ativo foi aplicado a um sistema vibratório que representa o modelo de um quarto de um automóvel. Desenvolveu-se projeto de um controlador liga - desliga e de um controlador fuzzy para controlar a vibração do veículo equipado com o amortecedor ativo. Testes experimentais mostraram que as alterações no valor do coeficiente de amortecimento da suspensão, comandadas pelo controlador global, foram realizadas em tempos inferiores a 10 milisegundos, indicando excelente desempenho do amortecedor proposto. / Doutor em Engenharia Mecânica

O objetivo deste trabalho é apresentar e descrever algumas técnicas de controle que podem ser aplicadas no estudo e simulação das vibrações de estruturas flexíveis como pontes submetidas a. excitações de cargas dinâmicas c de excitações Sísmicas. É prosposto um critério de otimização para as localizações de sensores e atuadores baseados nos conceitos gramanianos de controlabilidade e observabilidade. São investigados os desenhos de sistemas de controle para minimizar a resposta de vibração da ponte sujeita a uma carga dinâmica baseados nos conceitos de controle ótimo. É considerado o controle da resposta dinâmica da estrutura da ponte devido a uma excitação sísmica com o uso de técnicas de controle ótimo instantâneo. / The objetive of this work is to describe some control techniques that can be employed for the estudy and simulation of vibrations with flexible structures such as brigdes subject to excitations dueto dinamicalloads and seismic excitations. An optimal criterion for the location of the sensors and actuators, based on the concepts of controllability and obscrvability gramiaus is proposed. The design of control systems for minimizing the response of the vibration of a brigde subject to a dinamicalload is based on optimal control concepts. We consider the control the dynamical response of the brigde structure due to a seismic excitation by using instantaneous optimal control techniques.