Publicação: Análises de incertezas e sensibilidade intervalares aplicadas em uma máquina rotativa com eixo de material compósito
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS
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Resumo
Os materiais compósitos possuem atualmente diversas aplicações em diferentes tipos de componentes e estruturas. Isto ocorre devido a sua ampla gama de vantagens, como por exemplo, alta rigidez e resistência comparados ao seu peso e facilidade em se alterar rigidez e capacidade de amortecimento através da manipulação de suas propriedades. Desse modo, pesquisadores da área de dinâmica de máquinas rotativas têm visto a utilização destes materiais, no lugar de eixos metálicos, como uma oportunidade de maximizar velocidades de operação, reduzir o tempo de aceleração e desaceleração, aumentar eficiência estrutural, entre outros aspectos. Assim sendo, inicialmente um modelo em elementos finitos da máquina rotativa, abordando a modelagem do eixo, disco, mancais e massa de desbalanceamento foi utilizado. Posteriormente modelou-se o eixo de material compósito utilizando o modelo reológico de Kelvin-Voigt, onde as matrizes D𝑖 e K𝑖 foram obtidas. O método de homogeneização SHBT, que define propriedades do eixo de compósito também foi apresentado. Em seguida, análises de incertezas e sensibilidade intervalares dos parâmetros do eixo de compósito foram realizadas. Com os resultados obtidos, foi possível a identificação, de forma clara, dos parâmetros que mais influenciam nas respostas de vibração do eixo em função da frequência e da máquina rotativa completa em função da velocidade de rotação. O Diagrama de Campbell indicando a velocidade crítica e a velocidade de instabilidade do rotor também foi apresentado.
Abstract
Composite materials present currently several applications in different types of components and structures. This is due to their wide range of advantages, such as high
stiffness and resistance as compared to their weight and ability to change stiffness
and damping capacity through the manipulation of their properties. In this way, researchers in the field of rotordynamics have seen the use of these materials instead of
metallic shafts as an opportunity to maximize operating speeds, to reduce the time of
acceleration and deceleration, to increase structural efficiency, among other aspects.
Therefore, in the present contribution, a finite element model of the rotating composite
shaft was initially formulated by considering the Kelvin-Voigt rheological model, from
which the matrices D𝑖 and K𝑖 were obtained. The disc, bearings, and mass unbalance
were also taken into account in this model. The SHBT homogenization method, which
defines the properties of the composite shaft, was also presented. Then, uncertainty
and sensitivity analyses devoted to the composite shaft parameters were applied. The
obtained results demonstrated the parameters that influence most the vibration responses
of the shaft according to the frequency and rotation speed. The Campbell diagram
indicating the critical and instability speeds of the rotor was also presented.
Palavras-chave
Máquinas rotativas, Eixo de compósito, Modelo numérico, Análise de incerteza, Análise de sensibilidade, Rotating machine, Composite shaft, Numerical model, Uncertainty analysis, Sensitivity analysis
Citação
SILVA, Leandro Soares. Análises de incertezas e sensibilidade intervalares aplicadas em uma máquina rotativa com eixo de material compósito. 2021. 96 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.108.