Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / This thesis presents the design methodology, the construction of a prototype and the
experimental validation of an active vibration damper witch is controlled by a piezoelectric
actuator. The proposed device has two flexible metallic bellows connected to a rigid
reservoir filled with a viscous fluid. When one of the bellows is connected to a vibrating
structure a periodic flow passes through a variable internal orifice and the damping effect is
produced. The size of the orifice is adjusted by a piezoelectric control system that positions
the conical core into a conical cavity. The damper device finite element computational model
was developed considering that the valve body is rigid and that the fluid - structure iteration
occurs between the fluid and the flexible bellows. This model is discretized using a
lagrangean-eulrian formulation. The actuator has a closed flexible metallic structure that
amplifies the displacement produced by an internally mounted stack of piezoelectric ceramic
layers, and it is also modeled by the finite element method. The damper prototype was built
and experimental tests using impulsive and harmonic excitations were conducted to
determine its dynamic behavior and also to validate the developed computational models.
The simulation and experimental results are compared by curves that relate the damping
coefficient with the size of the orifice. Reduced dynamical models are proposed to represent
the behavior of the damper device with fixed and variable orifice sizes. A local classic PID
controller for the piezoelectric actuator was design to assure that the valve core assume the
correct position, providing the commanded damping coefficient. The damper device was
applied to a vibration system that represents the model of a quarter-car vehicle. One on-off
controller and another fuzzy controller were design to control the vibrations of the vehicle
equipped with the proposed active damper. Experimental tests shown that the damping
coefficient values, commanded by the global controller, were achieved in time intervals
lesser than 10 milliseconds. These results demonstrate the very good performance of the
proposed damper device. / Esta tese apresenta o desenvolvimento de uma metodologia de projeto, a construção
de um protótipo e a validação experimental de um amortecedor ativo de vibrações
controlado por um atuador piezelétrico. O dispositivo proposto contém um circuito hidráulico
constituído por dois foles metálicos flexíveis conectados a um reservatório rígido cheio com
um fluido viscoso. Quando um dos foles é conectado a uma estrutura vibratória um fluxo de
fluido é forçado através de um orifício variável, produzindo o efeito de amortecimento. O
tamanho do orifício é ajustado por um sistema piezelétrico de controle que posiciona um
obturador cônico numa cavidade cônica. O amortecedor é modelado pela técnica dos
elementos finitos considerando que o corpo da válvula rígido e que existe interação entre o
fluido interno e a estrutura flexível dos foles. Este modelo é discretizado utilizando uma
formulação Lagrangeana Euleriana. O atuador, composto por uma estrutura metálica
flexível que amplifica o deslocamento produzido por uma pilha de cerâmicas piezelétricas,
também é modelado pela técnica dos elementos finitos. Foi construído um protótipo do
amortecedor e realizados ensaios experimentais com excitações impulsivas e harmônicas,
para determinar o comportamento dinâmico e para validar os modelos computacionais
desenvolvidos. A relação entre o tamanho do orifício e a correspondente força de
amortecimento produzida é obtida tanto a partir de simulações feitas com o modelo
computacional, como através de ensaios com o protótipo, para valores do tamanho do
orifício fixos e variáveis. Propõe-se o uso de modelos dinâmicos reduzidos para representar
a dinâmica do amortecedor. Para garantir que o atuador piezelétrico posicione corretamente
o obturador da válvula, foi incorporado ao amortecedor um controlador local clássico tipo
PID. O amortecedor ativo foi aplicado a um sistema vibratório que representa o modelo de
um quarto de um automóvel. Desenvolveu-se projeto de um controlador liga - desliga e de
um controlador fuzzy para controlar a vibração do veículo equipado com o amortecedor
ativo. Testes experimentais mostraram que as alterações no valor do coeficiente de
amortecimento da suspensão, comandadas pelo controlador global, foram realizadas em
tempos inferiores a 10 milisegundos, indicando excelente desempenho do amortecedor
proposto. / Doutor em Engenharia Mecânica
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/14796 |
| Date | 22 February 2007 |
| Creators | Teixeira, Rafael Luís |
| Contributors | Ribeiro, José Francisco, Lepore Neto, Francisco Paulo, Santos, Marcelo Braga dos, Miranda, Ricardo Fortes de, Fleury, Agenor de Toledo, Mattos, Márcio Coelho de |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, UFU, BR, Engenharias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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