Publicação: Análise transiente de sistemas tratados com materiais viscoelásticos através de um modelo de derivadas fracionárias melhorado e uma técnica de redução
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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O controle de vibrações é um campo importante no estudo das estruturas, e uma das formas
frequentemente empregadas para mitigar as oscilações estruturais é o controle passivo
utilizando materiais viscoelásticos. As propriedades desses materiais são fortemente
dependentes de fatores ambientais, principalmente da temperatura e frequência de excitação,
de forma que os modelos para a caracterização do comportamento dinâmico desses devem
ser capazes de representar essa dependência. Nesse sentido, este trabalho apresenta a
aplicação de um modelo de derivadas fracionárias melhorado na análise no domínio do tempo
de algumas estruturas tratadas com material viscoelástico, e a aplicação de um método de
redução de modelo. Para tal, é feita a modelagem em elementos finitos de dois tipos de
estruturas: uma viga e um pórtico. Os efeitos viscoelásticos foram incorporados através do
MDF, que é capaz de eliminar a autodependência do campo de tensões mediante a inclusão
de um termo de recorrência, o que diminui o custo computacional. Por meio desse
procedimento foi possível representar o comportamento transiente da estrutura e analisar a
influência de diversas variações paramétricas. As simulações numéricas apresentadas neste
trabalho demonstram a eficácia do modelo e da técnica de redução, que foi capaz de reduzir
o tempo de análise computacional em cerca de 95%. Vale aludir que essa redução pode ser
ainda maior em estruturas mais complexas de interesse industrial. Ademais, o método de
redução de modelos aplicado não se restringe a estruturas dotadas de amortecimento
viscoelástico, pode ser utilizado na análise de outros sistemas dinâmicos.
Abstract
Vibration control is an important field in the study of structures, and one of the ways often
used to mitigate structural oscillations is passive control using viscoelastic materials. The
properties of these materials are strongly dependent on environmental factors, mainly on the
temperature and frequency of excitation, so that the models for the characterization of their
dynamic behavior must be able to represent this dependence. In this sense, this work presents
the application of an improved fractional derivative model in the time domain analysis of
some structures treated with viscoelastic material, and the application of a model reduction
technique. To this purpose, finite element modeling of two types of structures: a beam and a
frame is carried out. The viscoelastic effects were incorporated through the FDM, capable
of eliminating self-dependence in the stress field by including a recurrence term, which
reduces the computational cost. Through this procedure it was possible to represent the
transient behavior of the structure and analyze the influence of several parametric
variations. The numerical simulations presented in this work demonstrate the effectiveness
of the model and the reduction technique, which was able to reduce the computational
analysis time in about 95%. It is worth mentioning that this reduction may be even greater
in more complex structures of industrial interest. In addition, the model reduction method
presented can be used in other dynamic systems that do not have viscoelastic damping
Palavras-chave
Controle de vibração, Material Viscoelástico, Método dos Elementos Finitos, Cálculo Fracionário, Redução de Modelo, Vibration Control, Viscoelastic Material, Finite Element Method, Fractional Calculus, Model Reduction
Citação
NUNES, Erivaldo Pereira. Análise transiente de sistemas tratados com materiais viscoelásticos através de um modelo de derivadas fracionárias melhorado e uma técnica de redução. 2020. 78 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.642.
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