Resumo: Estruturas e máquinas em regime operacional usualmente são submetidas a carregamentos dinâmicos ocasionados por vibração. Este fenômeno é em grande parte prejudicial, tendo em vista que podem causar falhas por fadiga, ruídos indesejáveis, etc. Com objetivo de minimizar e avaliar níveis de vibração em sistemas estruturais, técnicas de modelagem teórica e experimental vêm sendo utilizadas com freqüência. Dentre diferentes técnicas aplicadas à avaliação do comportamento dinâmico de estruturas, a análise modal figura como uma das principais.O presente trabalho tem como objetivo implementar um método de identificação de parâmetros modais no domínio da freqüência, de estruturas com vários graus de liberdade (MDOF). O método foi implementado em um ambiente computacional de baixo custo. O programa desenvolvido possibilita através de suas interfaces gráficas identificar os parâmetros modais de dados experimentais de uma estrutura metálica ensaiada, simular os modos de vibrar identificados da estrutura e permite de forma pratica que os usuários com poucos conhecimentos em análise modal interajam com todo o processo de análise dos dados experimentais. / Abstract: Structures and machines in operational regime are usually submitted to dynamic loads caused by vibration. This phenomenon is largely harmful, considering can cause cracks for fatigue, undesirable noises, etc. With objective of minimize and evaluate vibration levels in structural systems, techniques of theoretical and experimental modeling have been used frequently. Among different techniques applied to the evaluation of the dynamic behavior of structures, the modal analysis present as one of the main. The present work has as objective implements a method of identification of modal parameters in the domain of the frequency to structures with multi degrees of freedom (MDOF). The method should be implemented in a low cost software. The developed software had made possible through their graphic interfaces to identify the modal parameters of experimental data of a rehearsed metallic structure, to simulate the modes of vibration identified and make possible users with few knowledge in modal analysis interact with the whole the process of analysis of the experimental data. / Orientador: Mauro Hugo Mathias / Coorientador: Everaldo de Barros / Banca: Mauro Hugo Mathias / Banca: José Elias Tomazini / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:37:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo8992_1.pdf: 4711278 bytes, checksum: 7ead1b1121c3315da968b251aca4a78b (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2012 / As vibrações no terreno (e/ou maciço rochoso) causadas pelas detonações com uso de explosivos nas operações unitárias de desmonte de rochas; seja para mineração, seja para obras civis, são objetos de preocupação quanto aos danos estruturais que possam causar. As vibrações de baixa freqüência com elevada velocidade de pico de partícula apresentam grande risco e devem ser levadas em consideração. Para tanto, visando a predição dos riscos e controle das vibrações, a Lei de Atenuação é capaz de prever níveis de vibração seguros com base em dados de campo monitoramento sismográfico -. O presente trabalho se baseia na análise de Planos de Fogo e medições sismográficas para a obtenção de parâmetros físicos para a elaboração da Lei de Atenuação (específica ao caso de estudo) que relacione de forma satisfatória os valores de cargas máximas por espera, distância dos pontos de detonação às estruturas que devem ser preservadas e a velocidade de pico de partícula atingida em função da detonação de explosivos. A referida lei será ferramenta útil para a comparação, correção e redimensionamento dos Planos de Fogo executados das obras de escavação da Arena Pernambuco, localizada no município de São Lourenço da Mata, Região Metropolitana de Recife/PE

O aumento da produtividade é sem dúvida um dos maiores desafios para a indústria de manufatura. Neste sentido, a vibração tem se apresentado ao longo das últimas décadas como um dos principais limitantes para a melhoria da produtividade, especialmente em operações de usinagem. Nos últimos anos muitas pesquisas foram conduzidas com o objetivo de suprimir ou minimizar os efeitos causados pelo fenômeno de vibrações regenerativas ou chatter. Este trabalho contribui propondo o desenvolvimento de um método para minimizar os efeitos da vibração em operações de torneamento por meio da variação dinâmica de parâmetros de corte relacionados com a área da seção de corte. No presente estudo optou-se pela operação de torneamento cilíndrico e a atuação dinâmica na profundidade de usinagem. Uma análise teórica e uma verificação das condições técnicas necessárias para a aplicação do método proposto são apresentadas. Além disso, simulações numéricas foram realizadas para verificação dos modelos analíticos e correlação com os ensaios práticos. Finalmente, utilizou-se o método em um processo de usinagem real e os resultados demonstram que é possível minimizar consideravelmente os efeitos do fenômeno de chatter variando dinamicamente a profundidade de usinagem sem afetar a qualidade final da peça usinada. / Improve productivity is with no doubts one of the greatest challenges for manufacturing industries nowadays. In that way, chatter vibrations has been arisen in last decades as a major limiting issue for productivity, especially on machining operations. In the last years many investigations has been carried out to suppress or minimize chatter vibrations effects on machining. In this work a development of a method to minimize chatters vibrations on turning operations by dynamically variation of cross section of the chip is proposed. Cylindrical turning operation was selected as the main target for this study and depth of cut as the parameter to be dynamically varied. A theoretical and essentials technical features analyses to apply the proposed method on a market machine tool are. Furthermore, numerical simulations were performed to validate and correlate analytical model to practical experiments. Finally, the proposed model was applied on real machining process and the results show that it is possible to substantially minimize the chatter vibration phenomenon by dynamically variation on depth of cut without affect the surface finishing.

De uma forma geral, conhecer os limites de estabilidade dinâmica de uma máquinaferramenta durante a usinagem, é um desafio para o fabricante de máquinasferramentas, bem como, para o usuário, que precisa escolher uma máquina que garanta a produtividade desejada. Neste trabalho, um modelo teórico foi utilizado para o desenvolvimento de um método de comparação dos limites de estabilidade dinâmica entre máquinas-ferramentas. Duas ferramentas de corte com seus respectivos sistemas de fixação foram selecionados, uma apropriada às operações de desbaste e outra às operações de acabamento. Utilizando as constantes de corte relacionadas ao material selecionado e a geometria das ferramentas, obteve-se experimentalmente o diagrama de estabilidade para três máquinas sob teste, e utilizando-os, comparou-se os limites de estabilidade para cada máquina, o que ilustra a utilização do método em desenvolvimento. A validação e a precisão dos diagramas foram realizadas por meio de ensaios de usinagem em uma das máquinas sob investigação. Os primeiros resultados demonstram as diferenças entre máquinas-ferramentas usando-se como critério a sua estabilidade dinâmica avaliada pelo diagrama de lóbulos. Os critérios e conceitos aqui discutidos contribuíram para o conhecimento do desempenho e produtividade das máquinas-ferramentas. / Knowing the dynamic stability of a machine tool during the metal cutting process is a challenge to the machine tool builder as well as to the end user, especially when choosing or selecting a machine that achieves the desired productivity and performance. This document proposes and describes a theoretical model to determine a method to compare the dynamic stability limits among several machine tools. Two different tool systems were previously selected and addressed, one of them for roughing and another for finishing operations. Using metal cutting constants related to the selected materials and tool geometry, the stability diagram was obtained experimentally for all the three different machine tools and they were used to compare the dynamic stability limits amongst machines illustrating the application of the developed method. The validation of the proposed method was achieved by machining tests executed in one of the machines under investigation. The first results, based on the practical experiments, show the differences amongst machine tools using as criterion the dynamic stability evaluated by the stability lobe diagram. Such concept has contributed to enhance the knowledge on the machine tool productivity and performance.

Vibrações em coluna de perfuração de poços de petróleo têm sido extensivamente estudadas, principalmente devido aos efeitos danosos causados aos elementos da coluna. Os altos custos envolvidos nas operações têm levado cientistas e empresas a buscarem os melhores resultados, seja no projeto ou na execução do poço. Este trabalho apresenta um modelo matemático não linear para estudo de vibrações em coluna de perfuração em operações de backreaming, ou seja, em operações de retirada da coluna de perfuração de dentro do poço com rotação e bombeamento de fluido simultaneamente. O modelo proposto visa estudar os efeitos das vibrações laterais no conjunto de fundo da coluna, conhecido como Bottom Hole Assembly (BHA). Trata-se de um modelo analítico, não linear com parâmetros concentrados, onde são considerados os efeitos de amortecimento devido ao fluido de perfuração, contato entre estabilizador e comando de perfuração contra a parede do poço e rigidez torcional do tubo de perfuração, com implementação da solução numérica do sistema de equações diferenciais através da criação de uma rotina computacional em ambiente MATLAB®. Para calibração do modelo matemático proposto, foi construída uma bancada experimental, em escala com uma coluna de perfuração, simulando a condição dinâmica da coluna. Os resultados mostram boa correlação entre o modelo matemático, bancada experimental e dados reais de campo. Análises paramétricas foram realizadas para estudo da influência do movimento de precessão, aceleração lateral e dano acumulado na coluna. Um modelo probabilístico foi proposto para estudo das vibrações da coluna em conjunto com o modelo matemático ajustado experimentalmente. O trabalho discute os resultados estatísticos para análise de vibração da coluna utilizando o método de Monte Carlo, considerando as incertezas no diâmetro do poço e coeficiente de atrito. Os resultados mostram que a aceleração lateral é menor em poços com diâmetro próximo ao da broca e com baixo coeficiente de atrito, além de não sofrerem influência significativa devido à velocidade de backreaming. Para poços com maior incerteza no diâmetro do poço e elevada velocidade de rotação da coluna, observou-se maiores valores de aceleração lateral. / Oil well drill string vibrations have been studied extensively throughout the world, mainly due to the highly damaging effects caused by these vibrations in the drill string elements. The high costs involved in the operations have led scientists and companies to seek the best results, whether in wellbore project or during real time construction. This thesis presents a non-linear mathematical model for drill string vibrations analysis during backreaming operations, that is, pulling out drill string with pumping and rotation simultaneously. The model proposed aims to study the effects of lateral vibrations on the lower portion of the drill string, commonly known as Bottom Hole Assembly (BHA). The modeling approach is based on analytical, nonlinear and lumped parameters, which considers the effects of drilling fluid damping, stabilizer and drill collar contact with the borehole wall and drill pipe torsional stiffness, with MATLAB® numerical routine implementation to solve the system of differential equations. To setup of the proposed mathematical model, an experimental test rig was built in scale with a real drill string, simulating the dynamic condition of the drill string. The results show good correlation between the mathematical model, experimental test rig and real field data. Parametric analysis were performed to study the influence of backward whirl, lateral acceleration and accumulated damage in the drill string. A probabilistic model was proposed for the study of drill string vibrations with mathematical model experimentally calibrated. The work discusses the statistical results for the drill string vibration using Monte Carlo approach, considering the uncertainties in borehole diameter and friction coefficient. The results show that the lateral acceleration is smaller in borehole diameter closer to the drill bit diameter with low friction coefficient, besides not being significant influence due to the backreaming speed. For wellbore with greater uncertainty in the borehole diameter and for drill string with high speed rotation, a higher lateral acceleration value was observed.

Pontes são estruturas denominadas obras de arte ou obras especiais, utilizadas em rotas e vias de comunicação, possibilitando que veículos atravessem obstáculos naturais ou artificiais como, por exemplo, rios. Tais estruturas são calculadas e construídas considerando os esforços aos quais serão submetidas em serviço e sua distribuição na estrutura. Além disso, também existe a necessidade de se avaliar as frequências naturais de vibração para garantir a segurança das mesmas. No presente trabalho são analisados alguns problemas relacionados às vibrações de pontes e viadutos em grelha, resultantes das variações de rigidez e massa nessas estruturas. Essa análise foi feita considerando-se que vibrações excessivas não condizem com o conforto humano e durabilidade da ponte. Ademais, para a estrutura é interessante fugir do efeito de ressonância, que acontece quando a frequência de excitação coincide com uma das frequências naturais de oscilação do sistema. Essa condição faz o sistema vibrar em amplitudes cada vez maiores, podendo causar inclusive a ruína. Para estudar formas de sair de uma frequência natural não amortecida indesejada, foi realizada uma pesquisa paramétrica das características dinâmicas deste tipo de estrutura, modificando parâmetros como rigidez (pela distribuição de longarinas e de transversinas), massa (devido à alteração das dimensões) e danos estruturais causados durante a vida útil da estrutura. Com intuito de estudar diversos modelos, foram adotadas três diferentes situações de projeto: superestrutura com variadas alturas de longarinas e transversinas, da qual foi possível concluir que a altura da longarina tem mais impacto na frequência natural não amortecida da estrutura que a transversina; pequenos defeitos ou danos na estrutura e o efeito de uma longarina rompida para os quais foram comparadas suas frequências naturais não amortecidas. As análises foram realizadas pelo Método dos Elementos Finitos, utilizando-se o programa comercial SAP2000. / Bridges are structures sometimes referred as works of art or special works, used on routes and roads that allow vehicles to cross natural or artificial obstacles, such as rivers. Such structures are calculated and constructed considering the efforts to which they will be submitted in service and their distribution in the structure. In addition, there is also a need to evaluate the natural frequencies of vibration to ensure their safety. In the present study some effects were analyzed related to the vibrations of grid bridges and viaducts resulting from changes in stiffness and mass in these structures. This analysis was made considering that excessive vibrations are not consistent with human comfort and bridge durability. For the structure, it is interesting to stay away from the resonance effect, which occurs when the excitation frequency matches one of the natural frequencies of oscillation of the system. This leads to oscillation with increasing amplitudes which may cause even the ruin. In order to study several models, three different design situations were adopted: superstructure with varying heights of beams and crossbeams, from which it was possible to conclude that the height of the beams has more impact on the undamped natural frequency of the structure than the crossbeams; small defects or damage to the structure and the effect of a ruptured beam for which its undamped natural frequencies were compared. The analysis were performed using the Finite Element Method, using the SAP2000 commercial program.

A retificação representa o processo mais utilizado na usinagem de peças para obtenção de altos níveis de qualidade superficial, dimensional e produtividade. Uma importante etapa da retificação consiste na preparação e condicionamento do rebolo para o corte, a dressagem. Durante a dressagem, a superfície da ferramenta de corte é alterada para obtenção de arestas cortantes de acordo com as especificações desejadas. O objetivo deste trabalho é desenvolver um método para inscrição de texturas na superfície do rebolo que proporcionem melhores condições de corte durante a retificação e, também, possibilite utilizar a retificação como processo para texturização superficial de peças. O método desenvolvido consiste em alterar controladamente a profundidade de dressagem utilizando um excitador eletromecânico fixado na base do dressador de uma retificadora cilíndrica CNC. A movimentação é controlada por um software desenvolvido para sincronizar o deslocamento longitudinal do dressador com ondas senoidais enviadas ao amplificador operacional do excitador. Desta forma, o dressador proporciona inscrição de texturas no rebolo durante a dressagem. O método foi experimentalmente avaliado e sua funcionalidade foi comprovada. Texturas diversas foram inscritas na superfície do rebolo, com até 15 \'mü\'m de profundidade. Com o uso da texturização de rebolos foi possível obter redução de até 20% da potência específica de corte, sem perda representativa da qualidade final da peça (rugosidade e cilindricidade) e mantendo a vida da ferramenta de corte, em comparação com retificação convencional. Em complemento, o método possibilitou criação de diversos padrões de texturas nas superfícies de peças retificadas, possibilitando utilizar a retificação como um processo de usinagem para este fim. / Grinding represents the most applied machining process to achieve best combination of surface and dimentional quality, also productivity. One important stage of the grinding process is to prepare and condition the grinding wheel surface for the cutting, the dressing operation. During the dressing, wheel surface is changed to acquire cutting specification required for the operation. The objective of this work is develop a method to texturing the grinding wheel surface for better grinding performance and, also, texturing of surfaces through normal grinding cutting. The method controlled changes the dressing depth using an electro-mechanical actuator fixed to the dressing tool base of a CNC grinding machine. The displacement of the dressing tool is controlled using the developed software. It is able to synchronize the longitudinal movement with generated sine waves sent to the operational amplifier of the actuator. Through this movement and control, the dressing tool is able to texture the grinding wheel. The method was experimentally evaluated and its functionally proved. It is possible to inscribe different texturing patterns in the wheel surface, with depth up to 15 \'mü\'m. Using texturized wheels, is possible to reduce up to 20% the grinding power, without representative losses with the machined workpiece quality (roughness and roundness) and tool life, compared to regular grinding. In addition, it is possible to transfer different textures patterns to the workpiece surface while cutting, enabling grinding s a machining process to produce workpiece patterns.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Estruturas de Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Dr. Álvaro Cunha

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Estruturas. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010