Controle passivo de vibrações em sistema estrutural utilizando molas superelásticas: comparação entre técnicas e análise da influência de variáveis
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/22022 |
Resumo: | The growing concern with the efficiency and reliability of the application and use of structural systems has led researchers around the world to seek techniques to control vibrational effects in civil structures. This is the case for narrow, flexible buildings that are highly vulnerable to earthquakes, crosswinds, and impacts. Among the available methods, passive control stands out for its low cost, low maintenance and does not require an external source of energy. Thus, this work aims to design and test attenuators of coil springs manufactured with Shape Memory Alloy (SMA), Superelastic (SE) of NiTiNOL. These devices will be applied in a 3DOF building simulator prototype for vibration control. The system functions as a Vibration Isolation Recentering Device (VIRD). The objective is to evaluate the influence of variables such as displacement (zero points of displacement) and strain amplitudes of the elements associated with excitations. Also, compare them to other techniques such as side bracing and Tuned Mass Dampers (TMD). It was concluded that the length of the attenuator directly influences the control, with smaller ones showing greater efficiency. This generates more hysteresis and dissipates up to 29 times more mechanical energy. In addition to reducing the amount of material used. The effect of self-heating was negligible in this study, as the temperature gradient was less than 10ºC, as well as the offset, which had no significant influence on the control process. In terms of amplitudes observed in the experimental modal analysis, TMD was the most efficient technique allowing reductions of up to 74% in free vibration. In seismic and forced vibration, VIRD proved to be the most effective among the techniques, reducing the response by about 80% in the analysis of two seismic signals. Thus, the originality of this research lies in the proposal to compare passive control techniques. In addition to the optimization of SMA attenuators by calibrating systems from an algorithm developed in a computational environment. |
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Controle passivo de vibrações em sistema estrutural utilizando molas superelásticas: comparação entre técnicas e análise da influência de variáveisControle de vibrações em estruturasAbsorvedor de massa sintonizadaLigas com memória de formaIsolamento de baseVibrations control in structuresTuned mass damperShape memory alloysBase insulationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAThe growing concern with the efficiency and reliability of the application and use of structural systems has led researchers around the world to seek techniques to control vibrational effects in civil structures. This is the case for narrow, flexible buildings that are highly vulnerable to earthquakes, crosswinds, and impacts. Among the available methods, passive control stands out for its low cost, low maintenance and does not require an external source of energy. Thus, this work aims to design and test attenuators of coil springs manufactured with Shape Memory Alloy (SMA), Superelastic (SE) of NiTiNOL. These devices will be applied in a 3DOF building simulator prototype for vibration control. The system functions as a Vibration Isolation Recentering Device (VIRD). The objective is to evaluate the influence of variables such as displacement (zero points of displacement) and strain amplitudes of the elements associated with excitations. Also, compare them to other techniques such as side bracing and Tuned Mass Dampers (TMD). It was concluded that the length of the attenuator directly influences the control, with smaller ones showing greater efficiency. This generates more hysteresis and dissipates up to 29 times more mechanical energy. In addition to reducing the amount of material used. The effect of self-heating was negligible in this study, as the temperature gradient was less than 10ºC, as well as the offset, which had no significant influence on the control process. In terms of amplitudes observed in the experimental modal analysis, TMD was the most efficient technique allowing reductions of up to 74% in free vibration. In seismic and forced vibration, VIRD proved to be the most effective among the techniques, reducing the response by about 80% in the analysis of two seismic signals. Thus, the originality of this research lies in the proposal to compare passive control techniques. In addition to the optimization of SMA attenuators by calibrating systems from an algorithm developed in a computational environment.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqA crescente preocupação com a eficiência e confiabilidade da aplicação e uso de sistemas estruturais tem levado pesquisadores de todo o mundo a buscar técnicas de controle dos efeitos vibracionais em estruturas civis. Este é o caso de edifícios esbeltos, flexíveis e de alta vulnerabilidade a terremotos, ventos laterais e impactos. Dentre os métodos disponíveis o controle passivo se destaca devido a seu baixo custo, pouca manutenção, e não necessidade de fonte de energia externa. Desta forma, este trabalho tem o objetivo de projetar e testar atenuadores de molas helicoidais fabricadas com fios de uma Liga com Memória de Forma (LMF), Superelástica (SE) de NiTiNOL, para aplicação no controle de vibrações de um protótipo simulador de edifício de 3GDL’s, na disposição de um Dispositivo de Recentragem e Isolamento de Vibrações (DRIV). O intuito é avaliar a influência de variáveis como o offset (ponto zero do deslocamento) e as amplitudes de deformação dos elementos associadas as excitações, e comparar com outras técnicas, como o contraventamento lateral e o Absorvedor de Massa Sintonizada (AMS). Concluiu-se que os comprimentos dos atenuadores tiveram influência direta no controle, com os mais curtos apresentando maior eficiência de atuação, pois geram maior histerese e dissipam até 29 vezes mais energia mecânica, além de reduzir a quantidade de material empregada. O efeito do autoaquecimento foi desprezível neste estudo pois o gradiente de temperatura se mostrou inferior a 10 ºC, como também o offset que não teve influência significativa no processo de controle. Em termos de amplitudes observadas na análise modal experimental, o AMS foi a técnica mais eficiente permitindo reduções de até 74%, em vibração livre. Na vibração sísmica e forçada o DRIV se mostrou a mais eficaz dentre as técnicas, reduzindo a resposta em cerca de 80% quando analisado dois sinais de sismos. Assim, a originalidade desta pesquisa está na proposta de comparação entre as técnicas de controle passivo e a otimização dos atenuadores LMF pela calibração nos sistemas, a partir de um algoritmo desenvolvido em ambiente computacional.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUFPBRodrigues, Marcelo Cavalcantihttp://lattes.cnpq.br/2140285341359128Silva, Antonio Almeidahttp://lattes.cnpq.br/8361717016612632Moraes, Yuri José Oliveira2022-02-03T18:13:38Z2021-07-022022-02-03T18:13:38Z2021-06-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/22022porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2023-05-19T14:23:58Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/22022Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2023-05-19T14:23:58Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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