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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-7219-376X
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Modelagem matemática e simulação numérica de um sistema rotativo eixo-disco-palhetas
Alternate title (s): Mathematical modeling and numerical simulation of a rotating shaft-disc-blades system
Author: Sousa, Marcela Andréa Teodoro
First Advisor: Cavalini Junior, Aldemir Aparecido
First member of the Committee: Lima, Antônio Marcos Gonçalves de
Second member of the Committee: Sanches, Leonardo
Summary: Sistemas rotativos compostos pelo conjunto eixo-disco-palhetas (EDP) possuem diversas aplicações industriais, especialmente em turbomáquinas como turbinas, compressores e motores aeronáuticos à reação. Neste contexto, as palhetas rotativas são componentes críticos por possuírem considerável flexibilidade e operarem a altas rotações, estando sujeitas a falhas por fadiga. Sendo assim, é importante estabelecer modelos dinâmicos para esses sistemas, possibilitando o entendimento de seu comportamento ainda na fase de projeto. Desta maneira, este trabalho apresenta um modelo matemático para um sistema EDP que considera a flexibilidade de eixo e palhetas, modelando-os como vigas. Os deslocamentos são discretizados a partir do Método dos Modos Assumidos e as Equações de Lagrange são aplicadas para obter as equações do movimento para o sistema acoplado. O modelo é validado por meio da comparação com resultados obtidos utilizando um modelo de elementos finitos e experimentos realizados por outros autores, mostrando representatividade satisfatória. A influência da rotação, número de palhetas e posição do disco nas frequências naturais são estudadas. Por fim, a resposta ao desbalanceamento é avaliada para o sistema com e sem amortecimento, identificando-se a presença de frequências paramétricas nas repostas do sistema. Os resultados mostram que o modelo consegue descrever o comportamento dinâmico do sistema estudado.
Abstract: Rotating systems composed of a shaft-disc-blades assembly (SDB) have several industrial applications, specially on turbo machinery such as turbines, compressors, and aircraft engines. In this context, the rotating blades are critical components due to their considerable flexibility and high rotation operation, being subject to failure due to fatigue. Therefore, it is important to establish dynamical models to these systems, allowing the understanding of its behavior in the design phase. In this context, the present work formulates a mathematical model devoted to represente tha dynamic behavior a SDB system that considers the flexibility both of shaft and blades, modeled as beams. Their displacements are discretized by the Assumed Modes Method, and the Lagrange's Equation are used to obtain the equations of movement of the coupled system. The model is validated by comparing finite elements simulation woth experimental results achieved by other authors, showing good accuracy. The influence of rotation speed, number of blades and disc position on the natural frequencies is assessed. Finally, the unbalance response is analyzed for the damped and undamped system, identifying the presence of parametric frequencies on the corresponding vibration responses. The results show that the model is capable of describing the system's dynamic behavior.
Keywords: Dinâmica de Rotores
Rotordynamics
Modelagem Matemática
Mathematical Modeling
Eixo-disco-palhetas
Shaft-disc-blades
Vibrações Acopladas
Coupled Vibrations
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS::DINAMICA DOS CORPOS RIGIDOS, ELASTICOS E PLASTICOS
Subject: Engenharia Mecânica
Rotores - Dinâmica
Aeronáutica
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: SOUSA, Marcela Andréa Teodoro. Modelagem Matemática e Simulação Numérica de um Sistema Rotativo Eixo-Disco-Palhetas. 2022. 108 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2022.296.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2022.296
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/35241
Date of defense: 28-Jun-2022
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica

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