Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2010. / Submitted by Shayane Marques Zica (marquacizh@uol.com.br) on 2011-06-21T17:01:15Z No. of bitstreams: 1 2010_BrunoFagundesFerreira.pdf: 2747505 bytes, checksum: 36a5cf47543fdc34224391fb39f67026 (MD5) / Approved for entry into archive by Elna Araújo(elna@bce.unb.br) on 2011-06-21T18:39:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_BrunoFagundesFerreira.pdf: 2747505 bytes, checksum: 36a5cf47543fdc34224391fb39f67026 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-06-21T18:39:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_BrunoFagundesFerreira.pdf: 2747505 bytes, checksum: 36a5cf47543fdc34224391fb39f67026 (MD5) / Predizer o momento de uma falha em um componente mecânico é o grande desafio nas áreas de projeto, manutenção e segurança, e uma melhor compreensão da influência da presença de uma trinca no comportamento dinâmico de um eixo em máquinas rotativas é fundamental para o desenvolvimento de procedimentos de identificação de trincas em eixos rotativos para fins de manutenção preditiva. Neste contexto, é fundamental o estudo de metodologias de identificação de trincas em máquinas rotativas usando metodologias que empreguem técnicas de medição de vibração. Para melhor compreender o comportamento dinâmico de um eixo rotativo trincado, foram experimentados vários eixos cilíndricos com entalhe transversal de pequenas dimensões simulando a presença de uma trinca transversal. Foram ensaiados eixos com diferentes profundidades de trinca de modo a simular o crescimento da trinca ao longo da vida do rotor. Também foram realizados ensaios para diferentes condições de balanceamento e rotação. Em todos esses ensaios foram obtidos os espectros de vibração, que são usuais em procedimentos de manutenção preditiva e metodologias de identificação de trincas baseadas em sinais. Esses espectros foram analisados de modo a identificar as modificações causadas nos mesmos pela presença do entalhe. As freqüências naturais e diagramas de Campbell do conjunto rotor foram obtidos analiticamente para complementarem os estudos experimentais. Apresenta-se também uma revisão bibliográfica sobre as técnicas de identificação de trincas em eixos rotativos e um levantamento do estado da arte das pesquisas nessa área. Os resultados obtidos mostraram que as componentes do espectro de vibração correspondentes a uma vez e a duas vezes a rotação do eixo devem ser monitoradas conjuntamente em uma metodologia de identificação de trincas. Observou-se também a influência do desbalanceamento nos espectros medidos e na metodologia de identificação de trincas. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Predicting the moment of a failure in a mechanical component is the great challenge in the design, maintenance and security areas of the mechanical engineering. Understanding the influence of crack presence in the dynamic behavior of rotating machines is basic for the development of procedures of crack identification in rotors for predictive maintenance. In this context, it is basic the study of crack identifications methodologies for rotating machines using vibration measurement. In order to to understanding better of the dynamic behavior of a cracked rotating shaft with a transversal crack, a cylindrical shaft with a small notch, to simulating a crack, was tested. Shafts with different depths of notch had been assayed in order to simulate the crack growth throughout the operation life of the rotor. Also assays for different conditions of balancing and rotation had been carried through. In all these assays it was obtained the spectrum of vibrations, which are usual in the predictive maintenance and in crack identification methodologies based on signals measurements. The spectra obtained was analyzed in order to identify the modifications caused by the presence of the notch. The natural frequencies and diagrams of Campbell of the rotor had been calculated analytically to complement the experimental studies. A bibliographical revision and a survey of the state of the art in crack identification in rotating shafts is also presented. The obtained results show that both spectrum components corresponding to the one time and the two times the shaft rotation must be monitored in a crack identification methodology. The influence of the unbalancing in the measured spectra and in the crack identification methodology was also analyzed.

Orientador : Jose Roberto de França Arruda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-16T09:15:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_NatanaelVitorde_D.pdf: 10474410 bytes, checksum: 17eb6507fc75fd9243adb9621f4a8884 (MD5) Previous issue date: 1988 / Resumo: O objetivo do presente trabalho é o estudo e desenvolvimento de diferentes formulações matemáticas no domínio da freqüência e no domínio do tempo para identificar parâmetros de sistemas mecânicos, sendo dada ênfase a aplicação em sistemas mecânicos rotativos que possuem mancais hidrodinâmicos como suportes. Para tal são processadas simulações no tempo e em freqüência para verificação das formulações matemáticas desenvolvidas, bem como são feitos comentários sobre técnicas numéricas de resolução de sistemas de equações lineares em freqüência e no tempo para identificar tais parâmetros. Assim, diferentes formulações matemáticas para os processos de identificação são comentadas e discutidas. São discutidos neste trabalho os aspectos mais relevantes no tocante à escolha adequada (critério) do intervalo de tempo na discretização dos sinais e seu efeito nos coeficientes identificados, aos tipos de integradores para obtenção conveniente dos sinais, aos ruídos sobrepostos às variáveis independentes (saídas) e seu efeito nos coeficientes identificados, bem como os aspectos ligados ao estimador dos mínimos quadrados e ao estimador das varáveis instrumentais utilizados. Finalmente, são apresentados como ilustração, alguns resultados experimentais de identificação dos coeficientes dinâmicos de rigidez e amortecimento do filme de óleo de um mancal hidrodinâmico circular. Procura-se, aí, levantar comentários e discussões com relação à bancada de teste, medidas convenientes dos sinais, folga radial adotada, e quanto ao sinal de excitação utilizado, enfatizando suas vantagens em relação a outros tipos de sinais que normalmente são utilizados para identificar parâmetros de sistemas mecânicos. Procura-se, também, apresentar alguns resultados preliminares de identificação de forças no domínio da freqüência para o sistema em análise / Abstract: The main object of this work is to present and investigate different formulations for the estimation of mechanical system parameters, both in the time and in the frequency domain. These formulations are directed to the application to the problem of journal bearing coefficients estimation. Estimation methods are investigated and compared to each other using simulated data. Many comments on numerical problems related to the simulation and to the solution of linear systems of equations involved in the estimation procedure are made. Some examples are the time interval choice in digital simulation, numerical investigation methods and the choice of the excitation signal. From the simulated data it is shown that the best procedure for the journal bearing parameters estimation problem consists in exciting the system with a synthesized low-correlation periodic signal (Schroeder) and using a sort of instrumental Variable Method simulated on the frequency domain. Some preliminary experimental results are presented for a plain cylindrical journal bearing excited in the horizontal and vertical directions simultaneously. Some results of forces identification in the frequency domain are also presented for the bearing system / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Hans Ingo Weber / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-17T11:28:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pederiva_Robson_D.pdf: 3080829 bytes, checksum: 9f3a60b7e52fae12ad128833ca9edf39 (MD5) Previous issue date: 1992 / Resumo: Considera-se neste trabalho a identificação paramétrica de sistemas mecânicos excitados estocasticamente. São desenvolvidos dois métodos básicos para o tratamento destes sistemas. Um método baseia-se na equação matricial de Ljapunov, enquanto o outro, baseia-se na matriz fundamental do sistema. Estes procedimentos de estimação de parâmetros se restringem à utilização apenas das variáveis de estado medidas. A medição direta das excitações de caráter estocástico é dispensada. Excitações estocásticas do tipo ruído colorido são modeladas por meio de um sistema dinâmico excitado por ruído branco. Apresenta-se uma análise numérica para diferentes casos estudados em um sistema rotativo com seis graus de liberdade / Abstract: The parameter identification of mechanical systems, excited by stochastic forces, is considered. Two basic methods are derived to deal with such systems. One method is based on the Ljapunov matrix equation and the other, on the fundamental matrix of the system. Both parameter estimation procedures are oriented to use only the measured state variables. The direct measurement of the stochastic excitation is not necessary. Stochastic excitation in coloured noise form is modeled by a dynamical system excited by white noise. The numerical analysis is presented for a rotor system with six degrees of freedom. Different measurement configurations are considered in the studied cases / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2007. / Submitted by Priscilla Brito Oliveira (priscilla.b.oliveira@gmail.com) on 2009-10-14T19:28:11Z No. of bitstreams: 1 Dissert_Josue Taveiro Santos VSF5p.pdf: 4002912 bytes, checksum: bd0c80481f101244a52986343d45bb38 (MD5) / Approved for entry into archive by Luanna Maia(luanna@bce.unb.br) on 2011-01-26T12:42:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissert_Josue Taveiro Santos VSF5p.pdf: 4002912 bytes, checksum: bd0c80481f101244a52986343d45bb38 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-01-26T12:42:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissert_Josue Taveiro Santos VSF5p.pdf: 4002912 bytes, checksum: bd0c80481f101244a52986343d45bb38 (MD5) Previous issue date: 2007 / Trata-se aqui de um trabalho eminentemente experimental levado a cabo com o objetivo de melhor compreender o comportamento dinâmico de um eixo rotativo trincado. A melhor compreensão da influencia da presença de uma trinca no comportamento dinâmico do eixo rotativo permitiria o desenvolvimento de procedimentos para identificação de trincas em eixos de rotores para fins de manutenção preditiva. Foi feita a análise modal experimental de um eixo circular com um entalhe transversal de pequenas dimensões simulando a presença de uma trinca transversal. Os ensaios foram realizados para diferentes ângulos e posicionamento da trinca de modo a se avaliar a variação das freqüências naturais de vibração e a forma das respectivas Funções de Resposta em Freqüência com o objetivo de identificar alguma tendência comportamental que permitisse o estabelecimento de padrões para uso em procedimentos de manutenção preditiva. Apresentam-se, além de uma revisão bibliográfica sobre as técnicas de identificação de trincas em eixos rotativos e de um levantamento do estado da arte das pesquisas nessa área, os resultados obtidos experimentalmente acompanhados de uma análise dos mesmos com o objetivo de estabelecer uma relação entre os mesmos e a variação da rigidez do eixo devido à presença da trinca, destacando-se principalmente o efeito da variação do segundo momento de área no comportamento dinâmico do eixo. Em se tratando de um trabalho inicial na temática da identificação de trincas, apresentam-se também sugestões para trabalhos futuros. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This is a mainly experimental work, done with the aim of better understanding the dynamic behavior of a rotating shaft with a crack. Best understanding of the influence of a crack on the dynamic behavior of a rotating shaft will enable the development of procedures to identify the existence of cracks in shafts, so that predictive maintenance can be performed. Modal analysis experimental tests were done on a shaft with a small transversal notch simulating a fatigue crack. Tests were done at different angles and positions of the crack, so that variation in the values of natural frequencies of vibration and the form of the Frequency Response Functions could be assessed, with the objective of identifying some behavioral trend that would aloe for the establishment of patterns that can be used in predictive maintenance procedures. A review on the literature on identification of cracks on rotating shafts and also of the state of the art research in the area was done. The obtained experimental results are presented, together with an analysis of these results, with the aim to establish a relationship between the results and the variation on the shaft stiffness due to the presence of the crack, highlighting mainly the effect of the variation on the second moment of area of the shaft on its dynamic behavior. Suggestions for future work are also presented.

Orientador : Ilmar Ferreira Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T20:39:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Saracho_CristinaMinioli_D.pdf: 78159949 bytes, checksum: babecad5306ba25ff6b491b849ba16ea (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Os objetivos deste trabalho são o desenvolvimento, a solução, a análise e a validação experimental das equações de movimento de um conjunto formado por um rotor rígido acoplado a palhetas flexíveis. As palhetas flexíveis são modeladas como vigas girantes, sendo que tanto aproximações lineares quanto não-lineares são utilizadas para descrever a sua deformação, o que leva a diferentes tipos de modelos matemáticos desta viga. As equações globais do conjunto são obtidas usando a metodologia de sistemas de múltiplos corpos híbridos (rígidos + flexíveis), sendo que as equações resultantes são variantes no tempo e lineares ou não-lineares dependendo do modelo matemático da viga girante. As equações lineares periodicamente variantes no tempo são apresentadas e resolvidas matematicamente via análise modal em sistemas periodicamente variantes no tempo. A influência dos efeitos de coriolis, giroscópico, rigidez rotacional e enrijecimento centrífugo no comportamento das freqüências do sistema é investigada. Outra característica deste sistema é o aparecimento de vibrações paramétricas, que nada mais são que as freqüências naturais do sistema variante no tempo, e podem ser observadas tanto teoricamente quando experimentalmente, com o auxílio de uma bancada de testes. As equações não-lineares são resolvidas numericamente e as limitações dos modelos lineares e não lineares são apontadas. Os resultados experimentais também deixam claro que somente com uma aproximação não-linear para as deformações da viga girante consegue-se descrever corretamente o comportamento do sistema rotor-palhetas e o efeito de enrijecimento centrífugo / Abstract: In this wok, the development, solution, analysis and experimental validation of the equations of motion of a system, a rigid rotor attached to flexible blades, is presented. The flexible blades are modeled as rotating beams, and both linear and nonlinear approaches are used to describe the beam deformation. These linear and non-linear approaches result in three different mathematical models of the rotating beam. The global equations of this assembly are obtained using the methodology of hybrid systems (rigid + flexible bodies). The resulting equations are time-varying linear or time-varying nonlinear, depending on the mathematical model of the rotating beam. Periodic time-varying linear equations are presented and analyzed mathematically using modal analysis in periodic time-varying systems. The influence of the rotational stiffness, coriolis effects, gyroscopic and centrifugal stiffening on the behavior of the rotor-blade frequencies is also investigated. Another characteristic of this system is the appearance of parametric vibrations, which are no other than the natural frequencies of the time-varying system. These parametric vibrations can be observed both theoretically and experimentally, with the aid of a test rig. The nonlinear equations are numerically solved and the limitations of the linear and nonlinear models are highlighted. The experimental results clearly shows that at least a second order nonlinear approach must be employed in order to describe correctly the behavior of the rotor-blade system and the effect of centrifugal stiffening / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Oscar Antonio Braunbeck / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-08-03T20:04:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_CarlosAlbertoAlvesde_D.pdf: 8034793 bytes, checksum: cb1a4d0cbb29a0e3ab8c1cf3d39690fa (MD5) Previous issue date: 2003 / Doutorado

Orientador: Pablo Siqueira Meirelles / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T22:10:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Baldi_Mauricio_M.pdf: 5436335 bytes, checksum: c7307a26ee80facbf2c61b034f5c7661 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Neste trabalho é proposto um modelo de suspensão hidropneumática robusta e com baixo custo para carretas de pulverizadores agrícolas. Este tipo de veículo possui um fator de carga dinâmica elevado que aumenta as cargas nos eixos quando em uso e necessita de um controle de altura para manter a eficiência de pulverização constante. Neste caso, o uso de um sistema de suspensão convencional (rigidez da mola constante), não atende satisfatoriamente aos requisitos do produto. O problema de alterações no coeficiente de amortecimento devido às variações de carga observado em veículos utilizando sistemas de suspensão convencionais é mais acentuado quando utilizam suspensão hidropneumática, devido a sua não linearidade. E este problema é mais acentuado em veículos nos quais a massa possui uma grande variação quando passam da condição vazio para completamente carregado. Este estudo mostra um modelo matemático para a mola hidropneumática e modelos numéricos de 1/4 e 1/2 veículo. Através destes modelos, o comportamento dinâmico entre o veículo utilizando sistema de suspensão convencional e hidropneumático, sob as mesmas condições, é comparado, adotando diferentes critérios para escoJher o valor do amortecimento passivo (valor de amortecimento constante) ou adaptativo (suspensão semi-ativa), este baseado em uma estratégia simples de controle. Testes foram realizados com o uso de um pulverizador agrícola equipado com um sistema de suspensão hidropneumática projetada de acordo com os resultados deste estudo / Abstract: This study proposes a robust and cheap hydropneumatic suspension system for agricultura! trailers used to spread crop protection. This kind of vehic1e has a high dynamic load factor that increases the axles loads when it is in use and require a height control to assure the same spraying efficiency. In this case, the use of conventional suspension system, were the stiffuess is constant, does not achieve product requirements. The well known problem of the damper coefficient changes due to variations in vehic1e's load, using conventional suspension systems, is more perceptible when hydropneumatic springs are used, due to its non-linearity. And this problem is more accentuated in vehicles that presents significantly mass range between empty and full load condition. This study shows a mathematical model of the hydropneumatic spring as well as a numerical model of one quarter and half vehicle. Through these models, a dynamic behavior comparison was performed between the model with conventional springs and using hydropneumatic springs under the same conditions, adopting different criteria to choose the passive (damper value constant) or adaptive damper value (semi-active suspension), the last based on simple control strategy. Experimental tests were performed using an agricultural trailer used to spray crop protection, equipped with a suspension system projected and assembled according with the results of this study / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

O objetivo deste trabalho é estudar sistemas de coxinização, também conhecidos como sistemas de isolamento, desenvolvidos para motores automotivos juntamente com os modelos analíticos para calcular o comportamento dinâmico do motor suspenso, complementados por análises numéricas com o emprego do método dos elementos finitos e estudos experimentais. Estudos para verificar o efeito dos parâmetros de projeto do sistema de coxinização na resposta modal do motor isolado foram realizados utilizando os modelos analíticos desenvolvidos. Foi possível identificar como a variação de tais parâmetros interfere na resposta modal do motor suspenso. Os resultados fornecidos por tais modelos analíticos auxiliaram na compreensão do comportamento modal do sistema, mostrando que são ferramentas úteis para auxiliar o projeto de sistemas de isolamento de motores, especialmente em estágios iniciais do projeto, onde os parâmetros do veículo ainda estão por ser determinados e protótipos ainda não estão disponíveis. / The aim of this work is to study engine mount systems (isolation systems) developed for automotive engines along with the analytical models to calculate the dynamic behavior of the isolated engine, complemented by numerical analysis using the finite element method and experimental analysis. Studies to verify the effect that the isolation system design parameters have on the modal response of the isolated engine were performed using the analytical models developed. It was possible to identify how the variation of such parameters affects the modal response of the isolated engine. The results provided by such analytical models aided in understanding the modal behavior of the system, showing that they are useful tools to assist in the design of engine isolation systems, especially in the early stages of design, where vehicle parameters are still to be determined and prototypes are not yet available.

O projeto de turbinas hidráulicas tem estado em constante evolução, levando a máquinas mais rápidas e mais leves, nas quais os carregamentos são mais severos e as estruturas mais flexíveis. Com isto, os cálculos dos componentes da turbina devem ser realizados com maior precisão do que no passado, entre eles a determinação das velocidades angulares críticas da linha de eixo e seus fatores dinâmicos de amplificação de deslocamento, sobre os quais a maior influência é exercida pelo rotor do gerador. Para tanto, é elaborado um modelo numérico da linha de eixo, com base na pesquisa da literatura, na qual o rotor do gerador é usualmente considerado como um corpo rígido. Entretanto, para se verificar o efeito de suas propriedades de inércia e rigidez distribuídas sobre o movimento da estrutura, ele é descrito aqui por um modelo de elementos finitos, incluído no restante do sistema através do método da síntese modal de componentes. Os resultados numéricos mostram desvios não desprezíveis entre o método tradicional e o proposto aqui, sendo que se aconselha que o rotor do gerador seja descrito por este procedimento, quando os fatores de segurança empregados forem pequenos ou se a exatidão dos valores calculados for de grande importância. / Continuous improvements in hydraulic turbines project has lead to faster and smaller machines, in which loads are more severe and structures are more flexible. As a matter of fact, its components must be calculated more accurately than in the past. Such is the case of shaft line angular critical speeds and their dynamic displacement amplification multipliers, whose main influence is caused by the generator rotor. Therefore, a shaft line numeric model is set up, based on the literature review, where the generator rotor is usually considered as a rigid body. However, in order to verify its distributed inertia and stiffness properties effect on the structure behaviour, it shall be described here by a finite element model, that is included in the overall system using the component mode synthesis method. The numerical results yield significantly deviations between the model proposed here and the traditional, taking one to recommend that, when security factors are low or when calculated values accuracy is important, the generator rotor shall be modelled by the procedure described here.

O projeto de turbinas hidráulicas tem estado em constante evolução, levando a máquinas mais rápidas e mais leves, nas quais os carregamentos são mais severos e as estruturas mais flexíveis. Com isto, os cálculos dos componentes da turbina devem ser realizados com maior precisão do que no passado, entre eles a determinação das velocidades angulares críticas da linha de eixo e seus fatores dinâmicos de amplificação de deslocamento, sobre os quais a maior influência é exercida pelo rotor do gerador. Para tanto, é elaborado um modelo numérico da linha de eixo, com base na pesquisa da literatura, na qual o rotor do gerador é usualmente considerado como um corpo rígido. Entretanto, para se verificar o efeito de suas propriedades de inércia e rigidez distribuídas sobre o movimento da estrutura, ele é descrito aqui por um modelo de elementos finitos, incluído no restante do sistema através do método da síntese modal de componentes. Os resultados numéricos mostram desvios não desprezíveis entre o método tradicional e o proposto aqui, sendo que se aconselha que o rotor do gerador seja descrito por este procedimento, quando os fatores de segurança empregados forem pequenos ou se a exatidão dos valores calculados for de grande importância. / Continuous improvements in hydraulic turbines project has lead to faster and smaller machines, in which loads are more severe and structures are more flexible. As a matter of fact, its components must be calculated more accurately than in the past. Such is the case of shaft line angular critical speeds and their dynamic displacement amplification multipliers, whose main influence is caused by the generator rotor. Therefore, a shaft line numeric model is set up, based on the literature review, where the generator rotor is usually considered as a rigid body. However, in order to verify its distributed inertia and stiffness properties effect on the structure behaviour, it shall be described here by a finite element model, that is included in the overall system using the component mode synthesis method. The numerical results yield significantly deviations between the model proposed here and the traditional, taking one to recommend that, when security factors are low or when calculated values accuracy is important, the generator rotor shall be modelled by the procedure described here.