Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work is dedicated to the design of a vibrating blade dynamic vibration absorber (ADVLV), which is composed by a blade that is subjected to an initial traction T , and contains a concentrated mass m that is fixed at a given position d along the blade. These three parameters can be adjusted so that the ADVLV is tuned. For this aim, a finite element model of the system was built, leading to a design methodology for the absorber. Also, design of experiment techniques were performed to obtain the most interesting configurations for the system, both for the computational and experimental models. Special care was taken with respect to the boundary conditions for the finite element model, so that the dynamic responses could correspond to the physical aspects of the problem, accordingly. Besides, an experimental prototype was constructed and tested under laboratory conditions. The experimental results were compared with those obtained from mathematical simulation. From this comparison, it was concluded that the finite element model had to be updated in such a way that experimental results could match. A vibrating string dynamic vibration absorber (ADVCV) was also studied. However, this DVA configuration presented two anti-resonant frequencies due to the coupling of the first vibration mode along the horizontal and vertical directions with a concentrated mass. Another phenomenon that was observed is the tridimensional motion of the vibrating string around its equilibrium position, leading to an ellipsoid-shape movement when a harmonic excitation whose frequency coincides with the primary system resonance frequency is applied to the system. This way, the ADVCV is not able to attenuate the vibration amplitude of the primary system satisfactorily. It is worth mentioning that the proposed ADVLV presents a good dynamic behavior besides a wide frequency range along which the DVA can be tuned. Besides, the present vibration absorbing device is simple and can be easily connected to the primary system both to mechanical and civil engineering structures. / Este trabalho aborda o projeto de um absorvedor dinâmico de vibrações do tipo lâmina vibrante (ADVLV), sendo este constituído por uma lâmina sujeita a uma tração inicial T com uma massa concentrada m que pode ser fixada em uma posição d da lâmina. Este três parâmetros podem ser alterados a fim de se obter a sintonia do ADVLV. Para realizar o estudo deste, foi elaborado um modelo de elementos finitos do sistema, permitindo assim obter a metodologia para seu projeto. Também foram usadas técnicas de planejamento de experimento para obter as melhores configurações, tanto para os ensaios computacionais como experimentais. Foram tomados cuidados na criação das condições de contorno do modelo de elementos finitos, a fim de se obter respostas que representem adequadamente os aspectos físicos do problema. Também foi construído um protótipo e este foi ensaiado no laboratório. Os resultados obtidos foram comparados com os obtidos através da simulação computacional. A partir desta comparação verificou-se a importância de realizar ajustes no modelo de elementos finitos para adequar este à realidade. Também foi estudado o absorvedor dinâmico de vibração do tipo corda vibrante. Entretanto este ultimo ADV apresentou duas freqüências de anti-ressonância devido ao acoplamento do primeiro modo de vibrar nas direções horizontal e vertical da corda vibrante com uma massa concentrada. Outro fenômeno observado foi o movimento tridimensional da corda vibrante em torno da sua posição de equilíbrio, resultando uma forma semelhante a um elipsóide de revolução quando uma excitação harmônica com freqüência igual à freqüência de ressonância do sistema primário é aplicada sobre o sistema. Desta forma, o ADVCV não consegue cumprir a sua função de atenuar a amplitude de vibração da estrutura primária, sendo, portanto, completamente ineficiente neste caso. O ADVLV, proposto neste trabalho, apresentou comportamento dinâmico satisfatório, além de uma grande faixa de freqüências na qual o ADV pode ser sintonizado. Este dispositivo é de fácil construção e acoplamento, tanto a sistemas mecânicos, como a estruturas de construção civil. / Mestre em Engenharia Mecânica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The current market trend implies in products with high quality, reliability, durability, performance and low cost. Therefore, it is necessary to invest in tests which indicate before the component s life. Different vibration tests are involved in the conception phase: development, prequalification, qualification, endurance, certification and homologation. Accelerated vibration tests can provide results in a short time which are representative of real world, avoid over-design and under-design and obtaining identical failure in lab as in field. It is very important to know the vibration components which affect the product and obtain the excitation amplitudes values in each frequency to apply in shaker tests, reproducing the same failures modes due random and sinusoidal vibrations. The objective of this work is develop a procedure to generate a sine-onrandom profile to test electronic actuators of Variable Geometry Turbocharger in accelerated vibration shaker tests. It was used the Taylor Methods and Maximum Response Spectrum/Fatigue Damage Spectrum as parameters to compare the accelerated Power Spectrum Density based on field data with standard procedure defined by ISO 16750-3 (2003) to develop shaker tests to electronics components used in automotive applications. The results show the benefits of this method to compare different types of tests and it was possible to determine the best profile to test components in a shorter time, submitted to both sine and random vibration. / As necessidades atuais do mercado e a alta competitividade vêm pressionando as empresas a investirem em inovação dos produtos com alta qualidade, baixo custo e garantindo a sua confiabilidade e durabilidade. É necessário então investir em metodologias de testes em laboratório que indiquem na etapa de desenvolvimento do produto, se o mesmo irá falhar ou não em campo quando exposto aos esforços da aplicação. Diferentes testes de vibração são aplicados para se testar a durabilidade do produto nas etapas de desenvolvimento, préqualificação, qualificação, certificação e homologação. Testes acelerados podem indicar o comportamento do produto quando exposto aos esforços naturais ao longo de sua vida, porém sendo necessária poucas horas de teste em laboratório, evitando os elevados gastos dos testes em campo. Para tanto é importante conhecer o espectro de vibração do produto para se definir o teste em excitadores eletrodinâmicos e reproduzir os mesmos modos de falha devido à vibrações. O objetivo deste trabalho é desenvolver um procedimento para definição de testes harmônicos e aleatórios aplicados a atuadores eletrônicos de turbocompressores de geometria variada em testes de vibração acelerados. Foi utilizado o Método de Taylor e os Espectros de Máxima Resposta e de Dano por Fadiga para comparar os sinais acelerados de vibração do atuador com o sinal estabelecido pela norma ISO 16750-3 (2003), a qual define testes de fadiga por vibração para componentes eletrônicos utilizados em aplicações automotivas. Os resultados mostram os benefícios da utilização deste método para comparar diferentes tipos de testes de vibração e ainda foi possível determinar o melhor sinal a ser utilizado para se testar atuadores em um curto tempo, submetidos à vibrações do tipo harmônica e aleatória. / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Jose Roberto de França Arruda / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T11:13:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Padilha_PauloEduardoFranca_M.pdf: 721382 bytes, checksum: 8fae387ba335cdb5b3e7b462935121c1 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho é feita uma comparação de técnicas analíticas e experimentais de Análise de Caminhos de Transferência Vibroacústicos. A Análise de Caminhos de Transferência, ou TPA como é conhecida pela abreviatura em inglês, é uma ferramenta para se avaliar a contribuição de diferentes caminhos de propagação de energia vibroacústica entre uma fonte e um receptor ligados entre si por várias conexões. Uma aplicação típica de TPA é quantificar e determinar a importância relativa desses caminhos numa dada banda de freqüência, verificando-se a contribuição mais significativa para o receptor. Nessa análise, basicamente duas quantidades devem ser obtidas: as forças operacionais em cada caminho de transferência e a Função de Resposta em Freqüência desses caminhos. Essas funções podem ser obtidas tanto experimentalmente quanto analiticamente, considerando-se ou não a impedância mecânica da fonte vibroacústica. As forças operacionais podem ser diretamente obtidas de medições, usando um transdutor de forças, ou indiretamente estimadas a partir de medições auxiliares. Neste trabalho são apresentados dois métodos de obtenção indireta das forças operacionais ¿ o Método da Rigidez Complexa e o Método da Inversão de Matrizes ¿ associados com as duas possíveis configurações para determinação das Funções de Resposta em Freqüência ¿ incluindo e excluindo a impedância da fonte. Essas técnicas são aplicadas a dois modelos: um analítico e um experimental. avaliadas com esse modelo analítico, comentando-se suas vantagens e desvantagens. São avaliados ainda os efeitos do acoplamento entre fonte e receptor e entre os caminhos de transferência. Os experimentos foram realizados numa estrutura concebida como um modelo simplificado de um automóvel. As forças foram obtidas através dessas duas técnicas indiretas e comparadas com as medidas com transdutores de força. Como no modelo analítico, as forças e FRF foram estimadas na presença e na ausência da fonte, e a contribuição de cada caminho calculada através dessas técnicas e configurações. A resposta do receptor, calculada como uma combinação dos diferentes caminhos de transferência, foi comparada à medida nas condições operacionais, de modo a se verificar a exatidão de cada método utilizado. As vantagens e limitações desses métodos e configurações experimentais são então comentadas para uso em aplicações práticas / Abstract: In the present work, analytical and experimental techniques of Vibro-Acoustic Transfer Path Analysis are compared and discussed. Transfer Path Analysis (TPA) is a tool to evaluate the contribution of different vibro-acoustic energy propagation paths between a source and a receiver linked to each other by a number of connections. TPA is typically used to quantify and rank the relative importance of these paths in a given frequency band, determining the most significant one to the receiver. When applying TPA two basic quantities have to be determined: the operational forces at each transfer path and the Frequency Response Functions of these paths. These functions can be obtained either experimentally or analytically, considering or not the mechanical impedance of the source. Operational forces can be directly measured by force transducers or indirectly estimated from auxiliary response measurements. Two methods to obtain the operational forces indirectly ¿ the Complex Stiffness Method and the Matrix Inversion Method ¿ associated with two possible configurations to determine the Frequency Response Functions ¿ including and excluding the source impedance ¿ are presented and discussed in this work. These estimation techniques are applied to two models: an analytical and an experimental model. Analytically, these techniques are applied to a lumped parameter model. The advantages and drawbacks of them are commented and the effect of coupling between source and receiver and among transfer paths is analyzed with this theoretical approach. The experiments are done in a test structure conceived as a simplified model of an automotive vehicle. The forces are obtained via these two techniques and compared to those measured by force transducers. Like in the analytical model, forces and Frequency Response Functions are estimated in the presence and in the absence of the source, and the contribution of each path is calculated based on the combinations of these different estimation methods and setups. The contributions of the different paths at the receiver location are calculated using each estimation method and are compared to those obtained in the operational condition in order to verify the accuracy of these methods. The advantages and limitations of the methods and test setups are then discussed for use in practical applications / Mestrado / Mecanica Computacional / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Roberto Gardel Kurka / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T18:37:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_CleudmarAmaralde_D.pdf: 10285241 bytes, checksum: 75a97d74eaed141b8b86031582b7a8ba (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Uma das principais técnicas de modelagem mixta de sistemas complexos ou de grande porte é a técnica de síntese modal. Os vários métodos de síntese modal propostos são formulados sob dois pontos de vista distintos, ou seja, considerando-se o sistema sem amortecimento ou com amortecimento geral. Além disso, surgem inerentes dificuldades na aplicação da metodologia de síntese modal na análise experimental. Neste trabalho é proposto uma técnica de síntese modal generalizada aplicada em sistemas sem amortecimento ou com amortecimento geral. O método utiliza um superconjunto modal de flexibilidade residual, cuja principal aplicação é na síntese modal experimental. O método utiliza um processo de remontagem das subestruturas que otimiza as equações finais da síntese. Propõe-se, também, um novo procedimento, definido como critério de eliminação automática de modos (CEA), que define um índice de qualidade para os modos das subestruturas, indicando quais serão aqueles mais apropriados para serem mantidos nas bases modais. Todas as metodologias propostas no trabalho foram implementadas em um software denominado Programa STRUCT. O método foi testado através de quatro exemplos de simulação. Foi feita uma validação experimental através de uma estrutura construída em escala reduzida, que visa representar um modelo esquemático e simplificado de uma asa de avião com um tanque de combustível fixado em sua extremidade. Além disso, foi também construído o modelo de elementos finitos da estrutura, com a finalidade de ajustar os modelos analítico e experimental / Abstract: Modal Synthesis is one of the main techniques for the modelling of complex or large sized system's. Two approaches for modal synthesis might be formulated those which considers the behaviour of undamped system's and those where the effects of generalized damping is apprised. Further to those consideration comes the application of the modal synthesis techniques in experimental modal analysis. The present work proposes a generalized modal synthesis procedure for damped and undamped system's. The method uses a residual flexibility superset which is applied to the experimental modal analysis. A methodology for assembling adjacent substructures is also proposed which represents an important step towards the obtention of more accurate final results. Another important procedure introduced is that of automatic selection of modes to be kept in the modal base of the residual flexibility superset, defining a quality index for the modes of each substructure. AlI methodologies have been implemented in the form of the STRUCT software. Results of four numerical simulation and a practical application have been included to illustrate the performance of the methodologies. Finite element models have also been developed for the practical application (Combination of aircraft wing and fuel tank models) for performance comparison purposes / Doutorado / Mecanica dos Solidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Jose Maria Campos dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-08T16:32:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_ElsonCesar_M.pdf: 10024919 bytes, checksum: 5229531ae57fbedd477ddafcf581d5b2 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho apresenta-se uma implementação e avaliação experimental da grandeza acustica denominada de Intensidade Acustica Supersonica (IAS), a qual permite determinar a parcela da intensidade acustica de uma fonte sonora que sera radiada para o campo distante. Tal grandeza permite quantificar de forma mais precisa a eficiencia de radiação ou não de radiadores acusticos na solução dos problemas de vibroacustica. A IAS origina-se da Holografia Acustica de Campo Proximo (Nearfield Acoustic Holography - NAH) e tem por objetivo identificar as regiões de uma fonte de ru?do que contribuem para a potencia sonora radiada para o campo distante (supersonica) filtrando, consequentemente, a parcela referente as ondas sonoras recirculantes e evanescentes (subsonicas). O trabalho apresenta uma breve revisão teorica dos fundamentos da holografia acustica plana usando a transformada de Fourier e sua extensão para obtenção da Intensidade Acustica Supersonica. Com base no NAH para sistemas em coordenadas Cartesiano (holografia plana) implementou-se em linguagem MatLab um algoritmo do calculo da IAS e simulações em estrutura plana do tipo placa foram realizadas. Os resultados simulados foram verificados atraves de medições experimentais em uma placa real com as mesmas propriedades, dimensões, condições iniciais e de contorno. Os resultados obtidos são analisados e discutidos / Abstract: This work presents an experimental implementation and evaluation of the acoustic parameter named Supersonic Acoustic Intensity (SAI) which permits determining the part of the acoustic intensity of sound source that will be radiate to farfield. This parameter permits quantify precisely the radiation efficiency or acoustic radiator to solve the vibroacoustic problems. SAI had origin from Nearfield Acoustic Holography (NAH) it has as objective identify the regions of the sound source that contribute to the sound power radiated to the far field (supersonic) filtered out as a result the part of the sound recirculating and evanescence waves (subsonic). The work presents a brief theoretical review of the planar acoustic holography fundaments using the Fourier Transformed and its extension to obtain the supersonic acoustic intensity. With base in the NAH for coordinates systems (planar holography) it was implemented in MatLab language an algorithm from the SAI calculus and simulation in planar structure type plate were achieved. The simulated results were verified through experimental measurements in a realistic plate with the same properties, dimension, initial conditions and boundaries. The results obtained are analyzed and discussed. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Milton Dias Júnior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T08:49:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rocha_TeoLenquistda_D.pdf: 5484630 bytes, checksum: 40d5122ff01ee4077957ffbc79369379 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Ruído em um veículo é geralmente causado pela vibração de vários componentes. Por exemplo, vibrações causadas pelo motor podem causar vibração de um painel levando a ruído no interior da cabine. O controle de tal ruído e vibração pode ser conseguido através da aplicação de uma manta visco-elástica ou de outro material de amortecimento adequado sobre o componente do automóvel; no entanto, materiais de amortecimento convencional geralmente têm uma alta densidade, que pode conduzir a um aumento significativo na massa total do sistema de isolamento acústico. Uma alternativa para redução de peso emprega pastilhas piezocerâmicas ligadas em série a um circuito Resistor - Indutor ( RL ), funcionando como um amortecedor de vibração sintonizado; daí o termo ressoador piezoelétrico é utilizado. No presente trabalho, a capacidade de amortecimento de ressonadores piezoelétricos é comparada a tratamentos convencionais de amortecimento em uma sequência de três experimentos. Investigações iniciais são realizadas em uma chapa de aço instalada entre câmaras reverberante e anecóica para permitir medições de transmissão do som através da placa. Uma abordagem integrada utilizando análise modal e técnicas de visualização de campo acústico é utilizada para identificar os modos mais relevantes para a propagação do ruído. Na sequência, simulação por elementos finitos e análise teórica são utilizados para auxiliar na escolha dos valores dos componentes elétricos e no posicionamento dos resonadores piezoelétricos para atuação maximizada. Medições de Perda de Transmissão Sonora e Funções de Resposta em Frequência são realizadas para demonstrar o controle de vibração estrutural e o isolamento acústico resultante. Na sequência, os elementos de projeto deste experimento são replicados no painel de instrumentos de um veículo. Com o painel de instrumentos instalado entre salas reverberante e anecóica, a contribuição dos ressonadores piezoelétricos sobre a perda de transmissão sonora é demonstrada em uma estrutura complexa. Finalmente, ressonadores piezoeléctricos são utilizados para atenuar a vibração induzida pelo funcionamento de motor no painel traseiro de um veículo. Nesta aplicação prática, o efeito do controle de vibração e da atenuação de ruído interno são avaliados em condições operacionais. O trabalho é concluído com uma discussão sobre os resultados alcançados e os benefícios de redução de massa proporcionados pela técnica de amortecimento proposta / Abstract: Noise in a vehicle is generally caused by the vibration of various automotive components, such as the dash board, door panels, roof, or the like. For example, vibrations caused by the engine may cause a dash panel to vibrate leading to noise inside the cabin. The control of such noise and vibration may be achieved by placing a viscoelastic or other suitable damping material on the automotive component; however, conventional damping materials usually have a high density, which can lead to significant increases in the overall mass of the sound insulation system. A lightweight alternative employs piezoceramic patches connected in series to a Resistor-Inductor (R-L) circuit, performing as a tuned vibration absorber; hence the term piezoelectric resonator is used. In the present work, the damping capacity of piezoelectric resonators is compared to conventional damping treatments in a sequence of three experiments. Initial investigations are carried out in a steel plate installed between reverberant and anechoic rooms, to enable measurements of sound transmission through the plate. An integrated approach using component modal analyses and assessments of sound pressured distribution is employed to identify the most relevant modes to the noise propagation. In sequence, FE simulation and theoretical analysis are used to support the choice of the electrical components values and the placement of piezoelectric patches for maximized actuation. Measurements of Sound Transmission Loss (STL) and Frequency Response Function (FRF) are conducted to demonstrate the structural vibration control and its resulting sound insulation. Furthermore, design elements of this experiment are replicated into a vehicle dash panel. With the dash panel installed between reverberant and anechoic rooms, the contribution of piezoelectric resonators on the sound transmission loss is proven to be effective in a complex structure. Finally, piezoelectric resonators are employed to attenuate the vibration induced by powertrain excitation in the back panel of a vehicle. In this practical application, the effect of structural vibration control and interior noise attenuation are evaluated in operational conditions. The work is concluded with a discussion on the achieved results and mass saving benefits of the proposed lightweight damping technique / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Milton Dias Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-27T02:04:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Miyasato_HugoHeidy_D.pdf: 11029202 bytes, checksum: 6dc0ca80ebb19f846ccecdc9fe6870e3 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O trem de potência é um sistema complexo, uma vez que envolve a interação entre componentes tais como o motor, a embreagem, a transmissão e as rodas. Diversos fenômenos de ruído, vibração e sua severidade (NVH) podem surgir durante o seu funcionamento (judder, clonk, shuffle, rattle, etc.). O squeal de embreagens é um fenômeno relativamente novo desse sistema e ele surge como um ruído de tom único, especialmente em situações de partida na fase de modulação da embreagem. Componentes tais como as molas cushion, membrana e de retrocesso foram modeladas a fim de permitir a criação de diferentes projetos e combinações em termos de posição e propriedades físicas. Um mecanismo de estabilização para a placa de pressão foi testado numericamente para servir como uma alternativa para o sistema quando não existem possibilidades de modificações nos seus parâmetros. Discos de embreagens reais contêm imperfeições devido à utilização, tolerâncias da manufatura, etc. Para levar esses fatos em consideração, um elemento rotativo de rigidez/amortecimento viscoso com atrito foi criado para representar as molas cushion e suportar distribuições arbitrárias ao longo do perímetro do disco, permitindo que cada elemento tenha suas próprias características. A suposição de amortecimento viscoso introduziu termos relacionados à velocidade de rotação do disco de embreagem na matriz de rigidez. Simulações com pequenos erros de posicionamento nas molas cushion geraram acoplamento entre a vibração axial da placa de pressão e seus deslocamentos angulares. A mola membrana foi modelada como uma alavanca, permitindo a introdução de medições. Isso foi importante para identificar regiões de rigidez negativa e positiva, explicando sua interação com uma curva de cushion real. As molas de retrocesso foram modeladas, resultando numa representação matricial na qual foi possível gerar termos de rigidez positiva fora da diagonal principal. Finalmente, o mecanismo de estabilização para o sistema consistiu de outro disco conectado à placa de pressão. Quando as propriedades do dispositivo foram ajustadas apropriadamente, ele foi efetivo em uma situação de veering. Nessa condição, as coordenadas de ambos os discos foram combinadas nas formas modais, causando movimentos de wobbling fora de fase que resultaram em dissipação de energia nos elementos de conexão / Abstract: The powertrain is a complex system, once that it involves the interaction between components such as the engine, the clutch, the transmission and the wheels. Several noise, vibration and harshness (NVH) phenomena may appear during its operation (judder, clonk, shuffle, rattle, etc.). Clutch squeal is a relatively new phenomenon of this system and it appears as a single tone noise, especially on a drive-off condition on the modulation phase of the clutch. Components such as the cushion, diaphragm and leaf springs were modelled to allow the creation of different designs and combinations in terms of position or physical properties. A stabilization device for the pressure plate was numerically tested to serve as an alternative to the system when there are no practical possibilities of modifications on its parameters. Real clutch discs contain imperfections due to usage, manufacturing tolerances, etc. To take these facts into consideration, a rotating stiffness/viscous damper element with friction was created to represent the cushion springs and support arbitrary distributions along the perimeter of the disc, allowing each element to have its own characteristics. The assumption of viscous damping introduced terms related to the clutch disc rotating speed on the stiffness matrix. Simulations with small position errors on the cushion spring generated coupling between the pressure plate axial vibration and its angular displacements. The diaphragm spring was modelled as a lever, allowing the introduction of measurements. It was important to identify regions of negative and positive stiffness, explaining its interaction with a real cushion curve. The leaf springs were modelled, which resulted on a matrix representation where it was possible to generate positive stiffness terms out of its main diagonal. Finally, the stabilization device for the system consisted of another disc connected to the pressure plate. When the device properties were properly adjusted, it was affective in a situation of veering. In this condition, the coordinates of both discs were combined on the mode shapes, causing out of phase wobbling motions, that resulted on energy dissipation on the connection elements / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Luis Carlos Paschoarelli / Resumo: Dos dispositivos de auxílio à mobilidade, a cadeira de rodas é o mais utilizado, proporcionando ao usuário, além do deslocamento, melhora na qualidade de vida, na saúde, no bem-estar social e econômico. É um equipamento comumente utilizado por tempo prolongado, estando sujeito à ocorrência de vibração e consequente transmissão da Vibração de Corpo Inteiro (VCI) ao usuário por meio das superfícies de contato, como os apoios para braços, pés, cabeça, encosto e assento. A VCI pode causar danos à saúde do usuário de cadeira de rodas se os seus níveis ultrapassarem os limites seguros. Desta forma, o objetivo principal deste trabalho foi verificar a influência das almofadas nos níveis de vibração transmitidos aos usuários de cadeira de rodas, tendo como principal foco de estudo a análise de diferentes tipos de almofadas e a vibração transmitida ao longo do eixo z, o mais afetado em posições sentadas. Também foram avaliadas as almofadas implementadas com uma superfície plana de madeira compensada. Trata-se de uma pesquisa quantitativa, aplicada, exploratória, experimental e transversal realizada com vinte e sete voluntários do gênero masculino, não usuários de cadeira de rodas. Os resultados mostram que a cadeira de rodas sem almofada transmite o menor nível de vibração [WAz=0,39m/s2]. As almofadas comerciais obtiveram valores de VCI entre WAz=0,45m/s2 e WAz=0,52m/s2. Os assentos implementados com uma superfície de madeira compensada apresentaram níveis de VCI de WAz=0,41m/s2 a WAz=... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Of the wheelchair mobility aids is the most used, providing the user, beides the displacement, improvement in the quaçity of life, health, social and economic well-being. It is a commonly used equipment for a long time, being subject to the occurrence of vibration and consequent transmission of Whole Body Vibration (WBV) to the user through contact surfaces, such as armrests, feet, headrest, backrest and seat. WBV can cause damage to the health of a wheelchair user if their levels exceed safe limits. In this way, the main objective of this work was to verify the influence of the cushions on the vibration levels transmitted to the wheelchair users, having as main focus the analysis of different types of cushions and the vibration transmitted along the z axis, the most affected in segred positions. Also evaluated were the pillows implemented with a flat plywood surface. It is a quantitative, applied, exploratory, experimental and cross-sectional study carried out with twenty-seve male volunteers, not wheelchair users. The results show that the wheelchair without cushion transmits the lowest level of vibration {WAz=0.39m/s2]. The commercial cushions obtained WBV values between WAz=0.45m/22 and WAz=0.52m/s2. The seats implemented with a plywood surface showed WBV levels of WAz=0.41m/s2 at WAz=0.44m/s2. It was concluded that the commercial cushions amplify the vibration when compared to the wheelchair without cushions, and the WBV levels measured in the research are relevant, ofte... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

The main purpose of this work is to model dynamically the latero-torsional response of the structure of a landing gear using identification techniques. The emphasis is placed on identifying this motion on aircraft twin-wheeled telescopic main landing gears. Between the many possible model structures, a linear polynomial ARX and ARMAX model structures and a state space model structure were adopted, all of them discrete models. Structures of the Output-Error (OE) e Box-Jenkins (BJ) type were also analysed but were discarted. The coefficients of the ARX model are obtained through least square techniques and the ones for the ARMAX by using the extended least square estimator. The ones for the state space model are obtained through subspace projection techniques for obtaining the states e also by least square for obtaining the dynamic matrices. The system dynamical equations are developed for a better understanding of the physical problem. The landing gear lateral and torsional structural deflections, wheels rotations and tire angular slip are considered as degrees of freedom of the model. The problem physics and correlation analysis was used for obtaining the polynomial model and state space model order and input delay respectively. For the ARX and ARMAX models, it is proposed an order reduction and obtention of a second order model. Using the transfer function obtained from this model it is possible to find the frequency and damping of the landing gear modes. For the state space model, through the obtention of the dynamical matrix and its eigenvalues it is possible to find the frequency and damping of the landing gear modes. The results obtained through these techniques are compared.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:23:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 4894950 bytes, checksum: 03378345c210236f7d7657ab6a6d6d87 (MD5) Previous issue date: 2014-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Coffee manual harvesting is a complex and costly activity due to factors such as plant height, land slope, weather conditions, correct time for harvesting, beyond high production cost with manpower. Then, mechanization arises as a solution by increasing the process' operational capability and the reduction of physical effort for harvesting. The development of efficient harvesting machines requires the knowledge about the plant s dynamic behavior, aiming a greater overthrowing efficiency and less breakage of branches and leaf fall. This study aimed to analyze the dynamic behavior of the fruit-stem-branch system of the coffee plant subjected to mechanical vibration. This study was carried out using samples of Arabica coffee Red Catuaí variety collected in an experimental area of the Universidade Federal de Viçosa (Federal University of Viçosa) in Viçosa City/Minas Gerais State, Brazil, from May to July, 2013. This study is composed by five papers: (1) in the first paper, mass, volume, specific density, elasticity modulus, Poisson's ratio, and the constituents' damping ratio of the fruit-stem-branch system were experimentally determined. Damping ratio values obtained for the stem and the branch were lower than one, characterizing them as an underdamped system; (2) in the second paper, certain methodology was developed for determining the elasticity modulus of the fruit and stem by comparing the natural frequencies obtained by the finite elements method with the natural frequencies obtained experimentally. The average values for the elasticity modulus were 15.74; 23.90, and 4645.90 MPa for stem in green and ripe ripeness stages, and for the branch, respectively; (3) in the third study, the natural frequencies and the modes shapes were determined for the fruit- stem, branch, and fruit-stem-branch systems using the stochastic finite elements method, in which the specific density and elasticity modulus of fruits, stems, and branches were treated as random values. The natural frequencies were reduced to the extent that the ripeness stage evolved or according as the system total mass increased. For the fourth and fifth modes shapes, larger deformations in the stems were found; (4) in the fourth paper, the stresses in the fruit-stem, branch and fruit-stem-branch systems were determined when subjected to mechanical vibration with frequency related to the natural frequency, peak to peak displacement of 10 mm, and stimulation time of 10 s. The von Mises stresses were higher for systems in green ripeness stage and in the jointing regions of the stem to the branch and of the branch to the stem due to higher frequency vibrations applied on this ripeness stage and to the higher bending moments in these regions, respectively; (5) in the fifth paper, a overthrowing efficiency test with a fruits' bunch samples were subjected to mechanical vibrations at different frequencies (16.4; 20.3; 24.0; 25.6; 30.0; and 33.0 Hz), peak to peak displacement (5.0; 7.0; and 9.0 mm), and vibration times (10.0 and 20.0 s). For the studied amplitudes, the overthrowing efficiency of ripe fruits tended to be higher than the overthrowing efficiency of the green fruits. The overthrowing efficiency increased according as the frequency and vibration amplitude increased. / A colheita manual do café é considerada uma atividade complexa e onerosa, devido a fatores como altura das plantas, inclinação dos terrenos, condições climáticas, necessidade da colheita no período correto, além do elevado custo de produção com mão de obra. A mecanização surge, então, como uma solução pelo aumento da capacidade operacional do processo e redução dos esforços físicos para a colheita. O desenvolvimento de máquinas de colheita eficientes exige conhecimento acerca do comportamento dinâmico da planta, visando à maior eficiência de derriça, além de menor quebra de galhos e queda de folhas. Objetivou-se neste trabalho analisar o comportamento dinâmico do sistema fruto-pedúnculo- ramo do cafeeiro submetido a vibrações mecânicas. O trabalho foi desenvolvimento empregando amostras de café arábica, variedade Catuaí Vermelho, coletados em uma Área Experimental da Universidade Federal de Viçosa, em Viçosa/MG, no período maio a julho/2013. O trabalho foi dividido por cinco artigos. No primeiro artigo, foram determinados experimentalmente a massa, o volume, a massa específica, o módulo de elasticidade, o coeficiente de Poisson e a razão de amortecimento dos constituintes do sistema fruto-pedúnculo-ramo. Os módulos de elasticidade dos frutos e dos pedúnculos no estádio de maturação verde foram superiores aos valores para o estádio de maturação cereja. Foram obtidos valores de razão de amortecimento para o pedúnculo e ramo menores que o unitário, caracterizando-os como um sistema subamortecido. No segundo, foi desenvolvida uma metodologia para determinação do módulo de elasticidade do fruto e do pedúnculo pela comparação entre as frequências naturais obtidas pelo método de elementos finitos e as frequências naturais obtidas experimentalmente. Os valores médios para os módulos de elasticidades foram de 15,74; 23,90 e 4645,90 MPa para o pedúnculo nos estágios de maturação verde, cereja e para o ramo, respectivamente. No terceiro artigo, foram determinados as frequências naturais e os modos de vibração dos sistemas fruto-pedúnculo, ramo e fruto-pedúnculo-ramo, empregando o método de elementos finitos estocástico, em que a massa específica e o módulo de elasticidade dos frutos pedúnculos e ramos foram tratados como valores aleatórios. As frequências naturais foram reduzidas na medida em que evoluiu o estádio de maturação ou na medida em que aumentou a massa total do sistema. Para o quarto e o quinto modos de vibração, foram constatadas maiores deformações nos pedúnculos. No quarto artigo, foram determinadas as tensões nos sistemas fruto-pedúnculo, ramo e fruto-pedúnculo-ramo, quando submetidos à vibração mecânica com frequência referente à frequência natural, deslocamento pico a pico de 10 mm e tempo de excitação de 10 s. As tensões de von Mises foram superiores para sistemas no estádio de maturação verde e nas regiões de engaste do pedúnculo ao ramo e no engaste do ramo ao tronco devidas às maiores frequências de vibrações aplicadas neste estádio de maturação e aos maiores momentos fletores nestas regiões, respectivamente. E no quinto artigo, foi feito um ensaio de eficiência de derriça, em que amostras com um cacho de frutos foram submetidas a vibrações mecânicas em diferentes frequências (16,4; 20,3; 24; 25,6; 30,0 e 33,0 Hz), deslocamento pico-a-pico (5,0; 7,0 e 9,0 mm) e tempos de vibração (10,0 e 20,0 s). Para as amplitudes estudadas, houve tendência de a eficiência de derriça dos frutos cereja ser superior à dos frutos verdes. A eficiência de derriça aumentou na medida em que foram aumentadas a frequência e a amplitude de vibração.