Publicação: Contribuição à análise de fadiga de sistemas estruturais incorporando materiais viscoelásticos
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Resumo
Este trabalho é dedicado ao estudo numérico e implementação computacional de materiais
viscoelásticos aplicados sob a forma de tratamentos superficiais com camada restrita passiva
com vistas ao aumento da vida em fadiga de sistemas dinâmicos, quando estes são submetidos
a excitações aleatórias do tipo estacionárias e Gaussianas. Para tanto, será utilizado um
elemento estrutural do tipo placa sanduíche de três camadas combinada com o Princípio da
Superposição Frequência-Temperatura para levar em conta a dependência em frequência e
temperatura do comportamento do material viscoelástico. Com respeito ao critério de fadiga,
neste trabalho optou-se por utilizar o Critério de Sines para carregamentos multiaxiais e não
proporcionais. Os resultados são apresentados em termos das respostas em tensão, das
funções de resposta em frequência e do índice de fadiga para os sistemas sem e com
amortecimento viscoelástico. Para tanto, são empregadas técnicas de redução de modelo bem
adaptadas a sistemas viscoelásticos com vistas à redução das matrizes globais do sistema de
equações do movimento e redução do custo computacional. Neste sentido, ênfase é dada a
uma base de condensação constante formada por modos do sistema conservativo associativo
que deve ser enriquecida com resíduos estáticos associados aos esforços externos e aos efeitos
viscoelásticos. Por fim, a partir dos resultados obtidos em termos das respostas em tensão e do
índice de fadiga é possível verificar que os materiais viscoelásticos podem ser empregados
com vantagem para o aumento da vida em fadiga de sistemas dinâmicos em virtude de sua
eficiência na redução dos níveis de tensões de tais sistemas.
Abstract
This work is dedicated to computational implementation and numerical study of viscoelastic
materials applied as surface viscoelastic treatments by constraining layers in order to increase
the fatigue life of engineering structures subjected to stationary and Gaussian random
excitations. In the development of theory a three-layer sandwich plate element to be combined
with the so-named Frequency-Temperature Superposition Principle is used in order to
introduce the frequency- and temperature-dependent behavior of the viscoelastic material.
Regarding the fatigue criterion, in the present study it will be adopted the Sines global
criterion that enables to perform fatigue analyses of engineering systems subjected to
multiaxial and non-proportional loads. The results are obtained in terms of stress responses
and frequency response functions computed for the systems with and without viscoelastic
damping, and the distributions of the fatigue criterion. The responses of the viscoelastic
system are computed by using a condensation strategy adapted to viscoelastically damped
structures in which the basis is formed the normal modes of the associated conservative
system enriched by static residues due to the external loadings and the viscoelastic damping
forces. Finally, the obtained results in terms of the stress responses and the fatigue criterion
enables to conclude that the viscoelastic materials can be employed with the aim of increasing
the fatigue life of engineering structures due to their efficiency in mitigating the stress levels.
Palavras-chave
Controle passivo de vibrações, Análise de fadiga, Materiais viscoelásticos, Critério de Sines, Passive Control of vibration, Viscoelastic materials, Fatigue analysis, Sines criterion
Citação
RAMOS, A. P. R. Contribuição à análise de fadiga de sistemas estruturais incorporando materiais viscoelásticos. 2014. 106 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, MG, Brasil. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2014.146