[pt] Sistemas dinâmicos não-lineares são comuns em engenharia.
Este tipo de problema é resolvido por integração numérica
das equações de movimento ou por métodos analíticos
aproximados (métodos de perturbação) ou semi-
analíticos como o método do Balanço Harmônico. A integração
numérica é um processo lento e oneroso em análises
paramétricas. Já os outros métodos aproximados são
extremamente rápidos, mas são menos precisos e em pro-
blemas com certos tipos de não-linearidade, tais como
expoentes fracionários, são de difícil, ou impossível,
aplicação. Neste trabalho, são apresentados dois
métodos alternativos, baseados nas séries de Taylor, para a
análise de sistemas não-lineares. No primeiro método, a
resposta é escrita em série de Taylor e propriedades de
simetria do sistema no espaço de fase são utilizadas para se
determinar a relação freqüência-amplitude ou pontos fixos
da resposta. No segundo método a solução é escrita em série
de Fourier e as amplitudes dos harmônicos são determinadas
da mesma forma que os coeficientes da série
de Taylor. A simetria do sistema agora fica implícita na
solução em série de Fourier, e a relação freqüência-
amplitude ou os pontos fixos da resposta são
obtidos utilizando equações suplementares. Através de
comparações com outros
métodos, mostra-se que os métodos desenvolvidos são de
fácil implementação
e precisos. Estes possuem as vantagens de serem aplicados a
problemas com
diversos tipos de não-linearidade e de fornecerem uma
resposta em série de
Fourier onde as amplitudes são determinadas analiticamente
resolvendo-se um
sistema de equações algébricas lineares. / [en] Nonlinear dynamical systems are rather common in engineering. This class
of problems is usually solved by numerical integration or through the use of ap-
proximate analytical methods (perturbation methods) or semi-analytical meth-
ods such as the harmonic balance method. The numerical integration is a slow
and cumbersome process in parametric analyses. The other methods are usu-
ally extremely fast but they are less precise and their application to problems
involving certain types of non-linearity, such as fractional power non-linearities,
are difficult or even impossible. In this work two alternative methodologies for
the analysis of non-linear dynamical systems, based on Taylor series expan-
sions, are proposed. In the first method, the solution of the initial value prob-
lem is obtained by expanding the response in Taylor series and the symmetries
of the response in phase space are used to obtain the frequency-amplitude rela-
tion or the fixed points of the steady-state response. In the second method the
response is written as a Fourier series and the modal amplitudes are obtained
using the same methodology used in the previous method for the determina-
tion of the coefficients of the Taylor expansion. The symmetries of the response
are implicit in the Fourier series, and supplementary equations are proposed
for the determination of the frequency-amplitude relation and the fixed points
of the response. Comparisons with other existing methods show that the two
proposed methods are precise and can be easily applied to the analysis of sev-
eral dynamical systems. The main advantages of the proposed methods are
that they can be applied to several types of non-linearities and that analytic
expression for the Fourier coefficients can be obtained by the solution of a
system of linear algebraic equations.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:12303 |
| Date | 07 October 2008 |
| Creators | EDUARDO PASQUETTI |
| Contributors | PAULO BATISTA GONCALVES |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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