Publicação: Atenuação de vibrações laterais em um rotor flexível utilizando ligas de memória de forma
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Resumo
Este trabalho apresenta a modelagem numérica e investiga o comportamento dinâmico
de uma máquina rotativa horizontal flexível com fios de ligas com memória de forma
(SMA) aplicados em diferentes posições do rotor (mancal e discos), visando a atenuação
de vibrações laterais. Em comparação a outras classes de materiais inteligentes, as SMA
fornecem maior capacidade de trabalho por unidade de volume, sendo atuadores eficientes
na redução de amplitudes de vibrações. A máquina rotativa considerada é modelada
empregando o Método em Elementos Finitos, enquanto o comportamento termomecânico
da SMA é representado matematicamente pelo modelo constitutivo de Brinson modificado,
contemplando apenas o efeito pseudoelástico. Neste caso, a primeira análise consiste na
aplicação de fios de SMA no mancal flexível do rotor nas direções horizontal e vertical. Na
segunda aplicação, oitos fios são conectados no disco e no eixo. Os resultados numéricos
com os fios aplicados aos mancais mostraram-se satisfatórios, pois houve uma redução das
amplitudes de vibrações laterais o eixo em rotação em níveis aceitáveis, como mostrado
pelas respostas temporais e em run-up do rotor. Para os fios de SMA aplicados aos
discos não houve uma redução significativa, mas a metodologia de aplicação mostra-se
promissora. Os resultados numéricos desse presente trabalho demonstram a eficácia da
abordagem de controle semiativo em ligas de memória de forma aplicadas em máquinas
rotativas.
Abstract
This research presents the numerical modeling and investigates the dynamic behavior
of a flexible horizontal rotary machine with wires shape memory alloys (SMA) applied
in different positions of the rotor (bearing and discs), aiming at attenuating the lateral
vibrations. Compared to other classes of smart materials, the SMA provides higher work
capacity per unit of volume, so it is considered as an efficient actuator to reduce vibration
amplitudes. The rotary machine is modeled using the Finite Element Method, and the
thermomechanical behavior of the SMA is represented mathematically by the modified
Brinson’s constitutive model, contemplating only the pseudoelastic effect. In this case,
the first analysis consists of applying the SMA wires in the flexible bearing along with the
horizontal and vertical directions. In the second application, the SMA wires are attached
to the disc and the shaft. The numerical results with the wires applied to the bearing
were satisfactory, as there was a reducing the amplitude of the lateral vibrations in the
rotating axis at acceptable levels, as shown in the steady-state and run-up responses of
the rotor. For SMA wires applied to the discs, there was no significant reduction, but the
application methodology is promising. The numerical results of this work demonstrate
the effectiveness of the semi-active control approach in the memory shape alloys applied
to rotate machines.
Palavras-chave
Controle de vibrações, Vibration control, Dinâmica de rotação, Rotordynamics, Ligas de memória de forma, Shape memory alloys,, Elementos finitos, Finite elements., Engenharia mecânica
Citação
CUNHA, Bárbara Nara Teixeira. Atenuação de vibrações laterais em um rotor flexível utilizando ligas de memória de forma. 2020. 79 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia mecânica), Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, MG, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2019.2587
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