Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14796
metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Projeto, construção e caracterização de um amortecedor ativo controlado por atuador piezoelétrico
Other Titles: Design, construction and characterization controlled by Piezoelectric Actuato
metadata.dc.creator: Teixeira, Rafael Luís
metadata.dc.contributor.advisor1: Lepore Neto, Francisco Paulo
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Ribeiro, José Francisco
metadata.dc.contributor.referee1: Santos, Marcelo Braga dos
metadata.dc.contributor.referee2: Miranda, Ricardo Fortes de
metadata.dc.contributor.referee3: Fleury, Agenor de Toledo
metadata.dc.contributor.referee4: Mattos, Márcio Coelho de
metadata.dc.description.resumo: Esta tese apresenta o desenvolvimento de uma metodologia de projeto, a construção de um protótipo e a validação experimental de um amortecedor ativo de vibrações controlado por um atuador piezelétrico. O dispositivo proposto contém um circuito hidráulico constituído por dois foles metálicos flexíveis conectados a um reservatório rígido cheio com um fluido viscoso. Quando um dos foles é conectado a uma estrutura vibratória um fluxo de fluido é forçado através de um orifício variável, produzindo o efeito de amortecimento. O tamanho do orifício é ajustado por um sistema piezelétrico de controle que posiciona um obturador cônico numa cavidade cônica. O amortecedor é modelado pela técnica dos elementos finitos considerando que o corpo da válvula rígido e que existe interação entre o fluido interno e a estrutura flexível dos foles. Este modelo é discretizado utilizando uma formulação Lagrangeana Euleriana. O atuador, composto por uma estrutura metálica flexível que amplifica o deslocamento produzido por uma pilha de cerâmicas piezelétricas, também é modelado pela técnica dos elementos finitos. Foi construído um protótipo do amortecedor e realizados ensaios experimentais com excitações impulsivas e harmônicas, para determinar o comportamento dinâmico e para validar os modelos computacionais desenvolvidos. A relação entre o tamanho do orifício e a correspondente força de amortecimento produzida é obtida tanto a partir de simulações feitas com o modelo computacional, como através de ensaios com o protótipo, para valores do tamanho do orifício fixos e variáveis. Propõe-se o uso de modelos dinâmicos reduzidos para representar a dinâmica do amortecedor. Para garantir que o atuador piezelétrico posicione corretamente o obturador da válvula, foi incorporado ao amortecedor um controlador local clássico tipo PID. O amortecedor ativo foi aplicado a um sistema vibratório que representa o modelo de um quarto de um automóvel. Desenvolveu-se projeto de um controlador liga - desliga e de um controlador fuzzy para controlar a vibração do veículo equipado com o amortecedor ativo. Testes experimentais mostraram que as alterações no valor do coeficiente de amortecimento da suspensão, comandadas pelo controlador global, foram realizadas em tempos inferiores a 10 milisegundos, indicando excelente desempenho do amortecedor proposto.
Abstract: This thesis presents the design methodology, the construction of a prototype and the experimental validation of an active vibration damper witch is controlled by a piezoelectric actuator. The proposed device has two flexible metallic bellows connected to a rigid reservoir filled with a viscous fluid. When one of the bellows is connected to a vibrating structure a periodic flow passes through a variable internal orifice and the damping effect is produced. The size of the orifice is adjusted by a piezoelectric control system that positions the conical core into a conical cavity. The damper device finite element computational model was developed considering that the valve body is rigid and that the fluid - structure iteration occurs between the fluid and the flexible bellows. This model is discretized using a lagrangean-eulrian formulation. The actuator has a closed flexible metallic structure that amplifies the displacement produced by an internally mounted stack of piezoelectric ceramic layers, and it is also modeled by the finite element method. The damper prototype was built and experimental tests using impulsive and harmonic excitations were conducted to determine its dynamic behavior and also to validate the developed computational models. The simulation and experimental results are compared by curves that relate the damping coefficient with the size of the orifice. Reduced dynamical models are proposed to represent the behavior of the damper device with fixed and variable orifice sizes. A local classic PID controller for the piezoelectric actuator was design to assure that the valve core assume the correct position, providing the commanded damping coefficient. The damper device was applied to a vibration system that represents the model of a quarter-car vehicle. One on-off controller and another fuzzy controller were design to control the vibrations of the vehicle equipped with the proposed active damper. Experimental tests shown that the damping coefficient values, commanded by the global controller, were achieved in time intervals lesser than 10 milliseconds. These results demonstrate the very good performance of the proposed damper device.
Keywords: Vibração
Amortecedores
Transdutores piezoelétricos
Método dos elementos finitos
Amortecedor ativo
Controle ativo de vibrações
Elementos finitos
Atuadores piezoelétricos
Inteligência artificial
Active damper
Vibration active control
Finite elements technique
Piezoelectric actuator
Soft computing
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Citation: TEIXEIRA, Rafael Luís. Design, construction and characterization controlled by Piezoelectric Actuato. 2007. 223 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2007.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14796
Issue Date: 22-Feb-2007
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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