Publicação: Modelagem numérico-computacional de sistema multicorpos flexíveis contendo materiais viscoelásticos
Carregando...
Tipo do documento
Data
Direito de acesso
Área do conhecimento
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Autores
Orientador
Coorientador
Resumo
Esta Dissertação lida com a modelagem dinâmica de sistemas mecânicos dotados de
múltiplos corpos contendo elementos flexíveis, os quais são submetidos à presença de
amortecimento viscoelástico para o fim de controle passivo de vibrações. Dado que a grande
maioria dos estudos anteriormente realizados tratam do controle passivo de estruturas de
geometria fixa, os objetivos principais do presente estudo são: i) integrar, de forma sistemática,
as formulações atinentes aos diversos aspectos abordados na derivação de modelos
numéricos de sistemas multicorpos flexíveis dotados de dispositivos viscoelásticos, a saber:
abordagem Lagrangeana da dinâmica de sistemas multicorpos flexíveis, discretização por
elementos finitos, modelos constitutivos viscoelásticos, e integração de sistemas de equações
algébrico-diferenciais; ii) implementar computacionalmente e validar um conjunto de
procedimentos computacionais destinados à modelagem dinâmica de sistemas multicorpos
contendo elementos viscoelásticos; iii) avaliar, por meio de simulações numéricas, a eficiência
de utilização da técnica de controle de vibração baseada em materiais viscoelásticos,
aplicada a dois tipos específicos de sistemas mecânicos, a saber, mecanismos planos de
cadeia fechada e sistemas espaciais contendo apêndices flexíveis. Para modelagem do
comportamento viscoelástico, uma lei constitutiva baseada em derivadas fracionárias é considerada.
O Método dos Elementos Finitos, associado a sistemas de referência flutuantes, e
o Método dos Modos Assumidos são utilizados para a discretização espacial das equações
do movimento não lineares dos sistemas analisados. As simulações numéricas são conduzidas
para um mecanismo de quatro barras plano flexível e um satélite artificial com apêndices
flexíveis e controle de atitude baseado em roda de reação. Os resultados obtidos a partir
de integração numérica das equações do movimento dos referidos sistemas permitem evidenciar
a influência da flexibilidade nas respostas associadas aos mesmos e comprovam
que tratamentos viscoelásticos são eficientes na atenuação de vibrações associadas a deformações
elásticas.
Abstract
This dissertation deals with the dynamic modeling of flexible multibody systems subjected
to viscoelastic damping for the purpose of passive vibration control. Accounting for the
fact that the large majority of previous research work has been focused on viscoelastic vibration
control of fixed-geometry structures, the main goals of this essay are: i) to integrate,
sistematically, the formulation pertaining to the various aspects addressed in the derivation of
the numerical models of viscoelastic flexible multibody systems, namely: Lagrangean approach
as applied to flexible multibody systems, finite element discretization, viscoelastic
constitutive models, algorithms for numerical solution of differential-algebraic systems of
equations; ii) to implement and validate computer codes intended for the dynamics simulation
of flexible multibody systems containing viscoelastic elements; iii) to appraise, through
numerical simulations, the effectiveness of viscoelastic treatments in terms of vibration mitigation
of two types of mechanical systems, namely: closed-chain plane mechanisms and
spacecraft containing flexible appendages. A constitutive law based of fractional derivatives
is considered for the modeling of the viscoelastic behavior. Both the Finite Element Method,
associated to floating reference frames, and the Assumed Modes Method are used to perform
spatial discretization of the equations of motion. Numerical simulations are accomplished
for two different multibody systems: a plane flexible four bar linkage, and an artifitial
satellite containing flexible appendages and attitude control based on a reaction wheel. The
results obtained from numerical integration of the nonlinear dynamic equations of motion
enabled to evaluate the influence of the components compliance on the dynamic responses.
They also prove that viscoelastic treatments can be effectively implemented.
Palavras-chave
Viscoelasticidade, Sistemas multicorpos flexíveis, Controle passivo de vibrações, Viscoelasticity, Flexible multibody systems, Passive vibration control, Vibração
Citação
SALES, Thiago de Paula. Computational-numerical modeling of flexible multibody systems containing viscoelastic materials. 2012. 212 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2012. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2012.353