Publicação: Desenvolvimento de uma bancada didática para estudo de vibrações de sistemas mecânicos
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS::DINAMICA DOS CORPOS RIGIDOS, ELASTICOS E PLASTICOS, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS::DINAMICA DOS CORPOS RIGIDOS, ELASTICOS E PLASTICOS, CNPQ::OUTROS::ENGENHARIA MECATRONICA
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Resumo
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma bancada didática modular destinada
ao estudo de vibrações em sistemas mecânicos com até quatro graus de liberdade. O
projeto envolveu a modelagem teórica por meio do método de Lagrange, a construção
física da estrutura e a realização de ensaios experimentais utilizando análise modal
baseada em Funções de Resposta em Frequência (FRFs). A partir dos dados
experimentais, foram identificadas as frequências naturais do sistema, bem como suas
respectivas formas modais.
Posteriormente, foi desenvolvido um modelo analítico calibrado por técnicas de
otimização numérica, permitindo a obtenção de parâmetros consistentes com o
comportamento físico observado. Em seguida, realizou-se a simulação numérica via
método dos elementos finitos no ANSYS, cujas frequências naturais apresentaram valores
superiores, conforme esperado, devido às idealizações do modelo computacional, mas os
modos de vibrar coincidiram com os demais métodos.
Por fim, a comparação entre os resultados experimentais, analíticos e numéricos
demonstrou forte concordância na identificação das frequências naturais e,
principalmente, na representação das formas modais, evidenciando coerência física entre
os métodos. As discrepâncias observadas mantiveram-se dentro de limites aceitáveis,
validando a confiabilidade dos modelos adotados. Assim, conclui-se que a bancada
desenvolvida se mostra uma ferramenta eficaz para o ensino e análise de vibrações
mecânicas, permitindo a integração entre teoria, simulação e prática experimental.
Abstract
This work presents the development of a modular educational test bench designed for the
study of vibrations in mechanical systems with up to four degrees of freedom.The project
involved theoretical modeling using the Lagrange method, the physical construction of
the structure, and the execution of experimental tests using modal analysis based on
Frequency Response Functions (FRFs). From the experimental data, the system's natural
frequencies and their respective mode shapes were identified.
Subsequently, an analytical model calibrated by numerical optimization techniques was
developed, allowing for the acquisition of parameters consistent with the observed
physical behavior. Furthermore, a numerical simulation was performed via the finite
element method in ANSYS; the resulting natural frequencies presented higher values, as
expected due to computational model idealizations, yet the vibration modes coincided
with the other methods.
Finally, the comparison between experimental, analytical, and numerical results
demonstrated strong agreement in identifying natural frequencies and, most notably, in
the representation of mode shapes, evidencing physical coherence among the methods.
The observed discrepancies remained within acceptable limits, validating the reliability
of the adopted models. Thus, it is concluded that the developed test rig proves to be an
effective tool for teaching and analyzing mechanical vibrations, enabling the integration
of theory, simulation, and experimental practice.
Palavras-chave
Vibrações mecânicas, Mechanical vibrations, FRF, Modal analysis, Bancada didática, FRF, Análise modal, Finite elements, Elementos finitos, Educational test bench
Citação
MONTEIRO, Gabriel Barbosa. Desenvolvimento de uma bancada didática para estudo de vibrações de sistemas mecânicos. 2026. 86 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Estatística) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026.