Projeto ótimo de neutralizadores dinâmicos com múlitplos graus de liberdade considerando os parâmetros físicos, localização e material viscoelástico

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Francielly Elizabeth de Castro, 1991-
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/63385
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Carlos Alberto Bavastri
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spelling Silva, Francielly Elizabeth de Castro, 1991-Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaBavastri, Carlos Alberto, 1963-2021-06-24T19:14:08Z2021-06-24T19:14:08Z2019https://hdl.handle.net/1884/63385Orientador: Prof. Dr. Carlos Alberto BavastriTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 10/04/2019Inclui referências: p. 131-142Área de concentração: Mecânica dos Sólidos e VibraçõesResumo: Neutralizadores dinâmicos de vibração, também chamados de absorvedores dinâmicos de vibração, são dispositivos ressonantes que, ao serem fixados em uma estrutura mecânica, conseguem reduzir as vibrações. O projeto desse tipo de dispositivo, utilizando materiais viscoelásticos, é de baixo custo, fácil construção e produz excelentes resultados na redução dos níveis de vibração devido à capacidade daqueles materiais em armazenar e dissipar a energia de vibração. Entretanto, projetá-lo de maneira adequada indicará o seu sucesso no controle da vibração. Nos últimos 20 anos, o grupo de pesquisa GVIBS da UFPR/CNPq tem trabalhado no projeto ótimo de neutralizadores simples, aplicados no controle de vibração em banda estreita e banda larga de frequências. Neste contexto, o presente estudo visa desenvolver uma metodologia de projeto ótimo de neutralizadores dinâmicos viscoelásticos de um e de múltiplos graus de liberdade considerando os parâmetros físicos, a posição do dispositivo na estrutura e o material viscoelástico ótimo como variáveis a serem otimizadas, para uma dada temperatura de trabalho e para uma determinada banda de frequências. A configuração ótima é obtida através de Algoritmos Genéticos (AG) considerando variáveis contínuas e discretas no mesmo vetor de projeto. Inicialmente, a metodologia de projeto ótimo de neutralizadores é implementada para o modelo de neutralizador simples e aplicada no controle de vibração, em banda larga de frequências, de uma placa de aço apoiada em seus quatro cantos. Os resultados mostram que esta metodologia é interessante e robusta para o controle de vibração de estruturas geometricamente complexas. Agregando a esta metodologia o projeto ótimo de um neutralizador de múltiplos graus de liberdade, as propriedades dinâmicas do neutralizador passam a ser descritas por matrizes de tamanhos consideráveis, que estão associadas ao número de graus de liberdade considerados na modelagem do neutralizador. A obtenção dessas matrizes é realizada utilizando o método dos elementos finitos via software ANSYS e as características dinâmicas do material viscoelástico são introduzidas no modelo através de uma metodologia própria utilizando o software Matlab. Para validar a metodologia proposta, uma análise numérica é aplicada para o controle de uma viga de aço engastada-livre. Com os parâmetros de projeto ótimos fornecidos pelo algoritmo, o neutralizador pode ser construído e inserido na viga para a realização do experimento. O resultado mostra que o modelo numérico é muito semelhante ao experimental, logo esta metodologia pode ser reproduzida fisicamente. O presente estudo apresenta três modelos de neutralizadores de múltiplos graus de liberdade: viga sanduíche, viga sanduíche com massa de sintonização na extremidade livre modelada por elementos finitos, e viga sanduíche com massa concentrada na extremidade livre. Os resultados numéricos para o controle da viga de aço engastada livre são comparados com o modelo de um grau de liberdade, mostrando que os três modelos de neutralizadores de múltiplos graus de liberdade reduzem a vibração da viga de forma mais eficiente que o neutralizador simples. Os resultados apresentados mostram que a metodologia proposta é promissora para o controle passivo de vibração de estruturas, especialmente quando muitos modos estão presentes. Palavras-chave: Controle passivo de vibrações. Neutralizadores dinâmicos. viscoelásticos de múltiplos graus de liberdade. Otimização. Algoritmos genéticos.Abstract: Dynamic vibration neutralizers, also called dynamic vibration absorbers, are mechanical devices attached to a structure aiming at controlling or reducing vibration levels. Designing such devices using viscoelastic materials result in low costs, easy construction, and produce excellent results in the vibration reduction levels due to their ability to dissipate vibration energy. However, their suitable design will indicate their success in the vibration control. In the last 20 years, the research group GVIBS from the UFPR/CNPq, has been working in the optimal design of simple neutralizers, applied to vibration control in both narrow and broad bands of frequency. In this context, the present study aims at developing a methodology for an optimal design of DVNs with one and multiple degrees-of-freedom considering the physical parameters, the positions to attach them onto the structure, and the viscoelastic materials as variables to be optimized, for a given working temperature and for a determined frequency band. The optimal configuration is obtained through Genetic Algorithms (GA) considering continuous and discrete variables in the same design vector. Initially, the methodology of optimal design of the neutralizers is implemented to a simple neutralizer model applied to vibration control, in a broadband of frequency, of a simplysupported steel plate its four corners. The results show that this methodology is interesting and robust to handle the vibration control of geometrically complex structures. Adding to this methodology the optimal design of a multi-degrees-offreedom neutralizer, the dynamic properties of the neutralizer are described by matrices of considerable sizes, which are associated to the number of degrees-offreedom considered in the neutralizer modeling. The obtaining of those matrices for the metallic part is carried out using the finite element method through the ANSYS software and the dynamic characteristics of the viscoelastic material are introduced to the model through an own methodology using the Matlab software. To validate the methodology of optimal design of multi-degree-of-freedom viscoelastic neutralizers, a numerical analysis is applied to the control a clamped steel beam. With the parameters of optimal design provided by the algorithm, the neutralizer can be built and attached to the beam for the experiment. The results show that the numerical model is very similar to the experimental one, thus this methodology can be reproduced physically. The present study shows three models of multi-degree-of-freedom neutralizers: sandwich beam, sandwich beam with a tuning mass modeled by finite elements and sandwich beam with a concentrated mass in the free end. Both models are able to handle the vibration control and the numerical results to the clamped steel beam control are compared with those of the one degree-of-freedom model, showing that all the three models of multi-degree-of-freedom neutralizers reduce the beam vibration more efficiently than the simple neutralizer. The results also show that the methodology is promising for passive vibration control of structures, especially when many modes are present. Keywords: Passive vibration control. Multi-degrees-of-freedom dynamic viscoelastic neutralizers. Optimization. Genetic algorithms.1 arquivo (154 p.) : il. (algumas color.).application/pdfMateriais viscoelasticosAlgorítmos genéticosEngenharia MecânicaProjeto ótimo de neutralizadores dinâmicos com múlitplos graus de liberdade considerando os parâmetros físicos, localização e material viscoelásticoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - FRANCIELLY ELIZABETH DE CASTRO SILVA.pdfapplication/pdf7529733https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/63385/1/R%20-%20T%20-%20FRANCIELLY%20ELIZABETH%20DE%20CASTRO%20SILVA.pdf3e3eb44f384d7306a220dd0c9111c33bMD51open access1884/633852021-06-24 16:14:08.799open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/63385Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082021-06-24T19:14:08Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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