Controle passivo de vibrações aplicado a um sistema estrutural incorporando um dispositivo de amortecimento friccional.
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG |
Texto Completo: | http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/34851 |
Resumo: | O estudo dos efeitos dinâmicos em sistemas estruturais tem sido amplamente explorado nos dias atuais, devido às preocupações com a segurança da sociedade. No âmbito científico/tecnológico, desenvolvem-se investigações que contribuem para o controle de vibração estrutural, a fim de evitar danos catastróficos provocados por solicitações de natureza dinâmica. Diante desse contexto, o presente trabalho tem como objetivo principal, avaliar o comportamento vibratório de uma estrutura metálica com dois graus de liberdade, a partir da implementação de um sistema de controle passivo baseado na técnica de amortecimento friccional. O mecanismo dissipador dispõe de elementos atuadores, os quais propiciam a manifestação do atrito mecânico responsável pelo acréscimo de amortecimento estrutural. De forma preliminar, realizou-se a análise modal e a análise de vibração forçada do sistema físico, no intuito de empregar as metodologias analítica e numérica acerca da dinâmica estrutural e, em seguida, comparar os resultados obtidos mediante a aplicação dessas abordagens. Nesta análise comparativa, o erro relativo mais expressivo foi inferior a 5%, garantindo coerência entre os métodos empregados. Em caráter experimental, executaram-se, a princípio, os ensaios relativos à caracterização dinâmica do dispositivo de amortecimento friccional, definindo-se previamente os parâmetros intrínsecos ao cálculo da energia dissipada por ciclo de solicitação. Constatou-se que a energia dissipada aumenta conforme o incremento de deslocamento estabelecido no ensaio dinâmico. Posteriormente, foram analisadas as respostas estruturais sob vibração livre, vibração forçada e excitação sísmica, levando em conta diferentes configurações de teste, as quais permitiram observar o comportamento do modelo dinâmico sem e com o mecanismo dissipador. Particularmente, os testes de vibração forçada revelaram que o sistema de controle passivo apresentou melhor eficiência na segunda frequência natural da estrutura. Considerando que o momento de atrito atuante no dispositivo de amortecimento friccional varia em função da carga normal aplicada, as reduções percentuais máximas dos picos de aceleração estiveram por volta de 82% no primeiro pavimento, e aproximadamente 74% no segundo pavimento. |
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Controle passivo de vibrações aplicado a um sistema estrutural incorporando um dispositivo de amortecimento friccional.Passive vibration control applied to a structural system incorporating a frictional damping device.Dinâmica EstruturalControle Passivo de VibraçõesAmortecimento FriccionalDiscos de FricçãoStructural DynamicsPassive Vibration ControlFrictional DampingFriction DiscsEngenharia MecânicaO estudo dos efeitos dinâmicos em sistemas estruturais tem sido amplamente explorado nos dias atuais, devido às preocupações com a segurança da sociedade. No âmbito científico/tecnológico, desenvolvem-se investigações que contribuem para o controle de vibração estrutural, a fim de evitar danos catastróficos provocados por solicitações de natureza dinâmica. Diante desse contexto, o presente trabalho tem como objetivo principal, avaliar o comportamento vibratório de uma estrutura metálica com dois graus de liberdade, a partir da implementação de um sistema de controle passivo baseado na técnica de amortecimento friccional. O mecanismo dissipador dispõe de elementos atuadores, os quais propiciam a manifestação do atrito mecânico responsável pelo acréscimo de amortecimento estrutural. De forma preliminar, realizou-se a análise modal e a análise de vibração forçada do sistema físico, no intuito de empregar as metodologias analítica e numérica acerca da dinâmica estrutural e, em seguida, comparar os resultados obtidos mediante a aplicação dessas abordagens. Nesta análise comparativa, o erro relativo mais expressivo foi inferior a 5%, garantindo coerência entre os métodos empregados. Em caráter experimental, executaram-se, a princípio, os ensaios relativos à caracterização dinâmica do dispositivo de amortecimento friccional, definindo-se previamente os parâmetros intrínsecos ao cálculo da energia dissipada por ciclo de solicitação. Constatou-se que a energia dissipada aumenta conforme o incremento de deslocamento estabelecido no ensaio dinâmico. Posteriormente, foram analisadas as respostas estruturais sob vibração livre, vibração forçada e excitação sísmica, levando em conta diferentes configurações de teste, as quais permitiram observar o comportamento do modelo dinâmico sem e com o mecanismo dissipador. Particularmente, os testes de vibração forçada revelaram que o sistema de controle passivo apresentou melhor eficiência na segunda frequência natural da estrutura. Considerando que o momento de atrito atuante no dispositivo de amortecimento friccional varia em função da carga normal aplicada, as reduções percentuais máximas dos picos de aceleração estiveram por volta de 82% no primeiro pavimento, e aproximadamente 74% no segundo pavimento.The study of dynamic effects in structural systems has been widely explored nowadays, due to concerns about the safety of society. In the scientific/technological sphere, investigations are carried out that contribute to the control of structural vibration, in order to avoid catastrophic damage caused by dynamic loads. That said, the main objective of this work is to evaluate the vibratory behavior of a metallic structure with two degrees of freedom, through the implementation of a passive control system based on the frictional damping technique. The dissipator mechanism has actuating elements, which allow the manifestation of mechanical friction responsible for the increase in structural damping. Preliminarily, modal analysis and forced vibration analysis of the physical system were carried out, with the aim of employing analytical and numerical methodologies regarding structural dynamics and then comparing the results obtained through the application of these approaches. In this comparative analysis, the most significant error was less than 5%, ensuring consistency between the methods used. On an experimental basis, tests relating to the dynamic characterization of the frictional damping device were carried out, previously defining the intrinsic parameters for calculating the energy dissipated per charging cycle. It was found that the energy dissipated increases according to the increase in displacement established in the dynamic test. Right away, the structural responses under free vibration, forced vibration and seismic excitation were analyzed, taking into consideration different test configurations, which allowed observing the behavior of the dynamic model without and with the dissipator mechanism. In particular, forced vibration tests revealed that the passive control system showed better efficiency at the second natural frequency of the structure. Considering that the frictional moment acting on the frictional damping device varies depending on the applied normal load, the maximum percentage reductions in acceleration peaks were around 82% on the first floor, and approximately 74% on the second floor.Universidade Federal de Campina GrandeBrasilCentro de Ciências e Tecnologia - CCTPÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICAUFCGSILVA, Antonio Almeida.SILVA, A. A.http://lattes.cnpq.br/8361717016612632MORAES, Yuri José Oliveira.MORAES, Y. J. O.http://lattes.cnpq.br/5661070788683931ARAÚJO, Carlos José deOLIVEIRA, Andersson Guimarães.VALDEVINO, Handerson Patrick Moreira.2023-09-192024-03-04T13:30:34Z2024-03-042024-03-04T13:30:34Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/34851VALDEVINO, Handerson Patrick Moreira. Controle passivo de vibrações aplicado a um sistema estrutural incorporando um dispositivo de amortecimento friccional. 2023. 104 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Centro de Ciências e Tecnologias, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2023.porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCGinstname:Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)instacron:UFCG2024-03-04T13:30:34Zoai:localhost:riufcg/34851Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bdtd.ufcg.edu.br/PUBhttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/oai/requestbdtd@setor.ufcg.edu.br || bdtd@setor.ufcg.edu.bropendoar:48512024-03-04T13:30:34Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG - Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)false |
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