Utilização de material com características periódicas para redução de vibrações em rotor embarcado

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lima, Rafael Leal
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/32438
http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.5539
Resumo: This work presents an elastic wave attenuation numerical method for onboard rotors with periodic material bases, materials with the ability to attenuate mechanical waves within certain frequency bands (bandgaps). Periodic bases are used to reduce the effects of external forces within onboard rotors, such as in aeronautical turbines, and the quality of machine tools finishing. In this study, two kinds of phononic materials were studied, the first one uses the Bragg Scattering mechanism and is composed of layers (lattices) of lead and epoxy, and the other one uses the local resonance mechanism being composed of lead lattices and a parallel mass-spring assembly. The dispersion diagram of the Bragg scattering phononic material shows a bandgap between the frequencies of 448 and 2587 Hz, and the locally resonant material presents a bandgap in the neighborhood of 60 Hz. Within its bandgap the periodic materials presented a significant reduction of the displacement produced by the base, however, the periodic base cannot affect the vibration generated by the internal components of the rotor (imbalance mass, components weight and elastic deflection), the displacement produced by the components of the rotor is of 10-4 meters. The simulations evaluated the vibrating behavior of an embedded rotor submitted to base excitations in continuous and periodic bases using the Bragg scattering and locally resonant materials, and the simulation results showed a significant reduction in the displacement amplitude of the periodic onboard rotor disc within its bandgaps frequencies.
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In this study, two kinds of phononic materials were studied, the first one uses the Bragg Scattering mechanism and is composed of layers (lattices) of lead and epoxy, and the other one uses the local resonance mechanism being composed of lead lattices and a parallel mass-spring assembly. The dispersion diagram of the Bragg scattering phononic material shows a bandgap between the frequencies of 448 and 2587 Hz, and the locally resonant material presents a bandgap in the neighborhood of 60 Hz. Within its bandgap the periodic materials presented a significant reduction of the displacement produced by the base, however, the periodic base cannot affect the vibration generated by the internal components of the rotor (imbalance mass, components weight and elastic deflection), the displacement produced by the components of the rotor is of 10-4 meters. The simulations evaluated the vibrating behavior of an embedded rotor submitted to base excitations in continuous and periodic bases using the Bragg scattering and locally resonant materials, and the simulation results showed a significant reduction in the displacement amplitude of the periodic onboard rotor disc within its bandgaps frequencies.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisDissertação (Mestrado)Esta dissertação apresenta o modelo numérico da atenuação de ondas elásticas em um rotor embarcado com base de materiais periódicos fonônicos, materiais que possuem a propriedade de atenuar ondas mecânicas em bandas de frequência específicas. A utilização de bases periódicas em rotores embarcados visa controlar o nível de excitações externas aplicadas na base do rotor, como ocorre em motores aeronáuticos, reduzir os efeitos de excitações externas no acabamento de máquinas ferramentas e aumentar a durabilidade de sistemas rotativos. Nesse estudo foram avaliados dois tipos de materiais fonônicos, o primeiro deles utiliza o mecanismo de espalhamento de Bragg e é composto por malhas (lattices) de chumbo e epóxi, e o segundo utiliza o mecanismo de ressonância local sendo composto por malhas de chumbo e um conjunto massa mola (ressonador) em paralelo às suas células unitárias. O diagrama de dispersão do material periódico de Bragg apresentou uma banda proibida entre 448 a 2587 Hz, o material fonônico com ressonadores internos apresentou uma banda de atenuação nas proximidades da frequência de 60 Hz. No interior da banda de atenuação de ondas elásticas para cada um dos materiais periódicos calculados identificou-se uma redução significativa das vibrações causadas pelas excitações de base, no entanto, ainda foi encontrado um nível significativo de vibrações causado pelos componentes internos do rotor (massa de desbalanceamento, peso dos componentes, e deformação elástica do eixo) da ordem de 10-4 metros. Nas simulações realizadas estimou-se o comportamento vibratório de um rotor embarcado submetido a excitações de base em bases contínuas e periódicas que utilizam o mecanismo de espalhamento de Bragg e de ressonância local, nessas simulações foi verificada uma redução significativa das amplitudes das respostas de deslocamento do disco do rotor embarcado nas frequências que se encontram no interior da banda proibida das bases fonônicas.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaCavalini Junior, Aldemir AparecidoVedovotto, João MarceloOliveira, Leopoldo Pisanelli Rodrigues deLima, Rafael Leal2021-07-12T11:12:58Z2021-07-12T11:12:58Z2021-04-30info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfLIMA, Rafael Lima. Utilização de material com características periódicas para redução de vibrações em rotor embarcado. 2021. 104 f. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.5539https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/32438http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.5539porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2021-09-15T18:41:41Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/32438Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2021-09-15T18:41:41Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
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