Publicação: Análise numérica e experimental do comportamento dinâmico de um sistema rotor-palhetas
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Resumo
Os sistemas rotativos com pás são amplamente usados em aplicações industriais, como por
exemplo, em ventiladores, turbinas e compressores. Uma forma de entender o comportamento
destes sistemas rotativos é utilizar modelos matemáticos representativos. Neste contexto,
o presente trabalho apresenta o modelo matemático de um rotor acoplado a quatro
vigas (palhetas) que representam as pás. O rotor é considerado um corpo rígido enquanto
as palhetas são modeladas como corpos flexíveis. As equações do movimento são determinadas
considerando o sistema como um sistema formado por vários corpos e apresentam
matrizes cujos elementos são funções do tempo e periódicos. Assim, as equações do movimento
são resolvidas numericamente para obter as respostas de vibração do sistema. Além
disso, é feito um estudo da estabilidade do sistema utilizando a teoria de Floquet e a transformação
de coordenadas multi-pás. Para verificar a capacidade do modelo de representar a
realidade, os resultados das simulações numéricas são comparados com parâmetros identificados
experimentalmente. Desta forma é possível apontar a capacidade do modelo de reproduzir
os fenômenos observados experimentalmente, bem como as suas limitações.
Abstract
The rotor-bladed systems are commonly used in industrial applications, such as in turbines,
ventilators, and compressors. One interesting way to understand their dynamic behavior and
characteristics is to work with representative mathematical models. Therefore, this work aims
to study the mathematical model of a system in which the rotor, considered as rigid, is coupled
with four flexible rotating blades. The equations of motion are derived using Lagrange
dynamics, resulting in time dependent and periodic matrices. Thus, the model can be considered
as linear time variant. The equations of motion are discretized using the finite element
method and solved numerically to obtain the vibration responses of the model. Additionally,
a stability analysis is presented employing the Floquet’s theory and the multiblade
coordinate transformation. Finally, experiments were carried out to identify the modal parameters
of the rotor-bladed system. Hence, a comparison was made to highlight the model representativeness
and its limitations.
Palavras-chave
Sistema multi-corpos, Dinâmica de sistemas rotativos, Sistemas variantes no tempo, Multibody systems, Rotordynamics, Linear time-variant systems
Citação
RENDE, Bruno Resende Ferreira. Análise numérica e experimental do comportamento dinâmico de um sistema rotor-palhetas. 2020. 106 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.637