Análise do comportamento dinâmico de rotores embarcados quando da ocorrência de contato mecânico

Sousa Júnior, Marcelo Samora

Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/36373

ORCID:	http://orcid.org/0000-0002-9273-6124
Document type:	Tese
Access type:	Acesso Aberto
Title:	Análise do comportamento dinâmico de rotores embarcados quando da ocorrência de contato mecânico
Alternate title (s):	Analysis of the dynamic behavior of onboard rotors when mechanical contact ocurs
Author:	Sousa Júnior, Marcelo Samora
First Advisor:	Steffen Júnior, Valder
First coorientator:	Cavalini Júnior, Aldemir Aparecido
First member of the Committee:	Cavalini Júnior, Aldemir Aparecido
Second member of the Committee:	Finzi Neto, Roberto Mendes
Third member of the Committee:	Koroishi, Edson Hideki
Fourth member of the Committee:	Molina, Fabian Andres Lara
Fifth member of the Committee:	Steffen Júnior, Valder
Summary:	Este trabalho apresenta uma investigação numérica e experimental sobre o comportamento dinâmico de uma máquina rotativa embarcada quando ocorre o contato no seu disco. Uma máquina rotativa é considerada embarcada quando excitações na sua base são inseridas na modelagem matemática do sistema. Neste caso, o sistema estudado possui um disco e um eixo flexível suportado por mancais de rolamento. Para realizar a análise mencionada, um modelo de elementos finitos do rotor foi construído. O modelo matemático do rotor é obtido a partir das equações de Lagrange e do método de elementos finitos, considerando as energias de deformação e cinética do eixo e as energias cinéticas do disco e da massa desbalanceada. A base do sistema rotativo é considerada rígida. As equações de movimento do sistema são utilizadas para determinar as respostas de vibração do rotor a partir das excitações devido ao desbalanceamento e ao movimento da base. O fenômeno do contato foi inserido na modelagem do rotor embarcado. Foram avaliadas duas formulações do efeito de contato, o primeiro modelo é amplamente utilizado em trabalhos científicos e o segundo é decorrente de uma colaboração com o Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (LaMCos) do INSA-Lyon. As análises numéricas investigaram a ocorrência do contato devido a uma excitação de base. Os modelos de contato, excitações senoidais e do tipo impulso com diferentes amplitudes e frequências foram avaliadas. Os resultados numéricos foram comparados com os resultados experimentais obtidos a partir da bancada de teste construída. Diferentes ensaios experimentais foram realizadas nos domínios do tempo e da frequência, onde foram obtidos funções de resposta em frequência, órbitas e respostas ao desbalanceamento. As análises experimentais obtidas são apresentadas neste trabalho. Os resultados numéricos e experimentais obtidos apresentam boa concordância.
Abstract:	This work presents a numerical and experimental investigation of the dynamic behavior of an onboard rotating machine in the case of rotor-stator contact. Onboard rotor is the one that is characterized by excitations at its base that are included in the mathematical model of the system. In this case, the system studied is composed by a single disk mounted on a flexible shaft supported by ball bearings. To perform the analysis, a finite element model of the rotor was built. The mathematical model of the rotor is obtained from the Lagrange's equations and the finite element method, considering the deformation and kinetic energies of the shaft and the kinetic energies of the disk and the unbalanced mass. The base of the rotating system is considered rigid. The equations of motion of the system are used to determine vibration responses from excitations due to unbalance and base motion. The contact phenomenon was included in the onboard rotor model. Two formulations of the contact effect were evaluated: the first model is widely used in scientific works and the second is the result of a partnership with Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (LaMCos) of INSA-Lyon. Numerical analyses investigated the occurrence of contact due to a base excitation. Contact models, sinusoidal and impulse-type excitations with different amplitudes and frequencies were evaluated. Numerical results were compared with experimental ones as obtained from the test bench. Different experimental tests were carried out both in time and frequency domains, so that frequency response functions, orbits, and unbalance responses were obtained. The experimental analyses for comparison purposes are also presented in this work. Simulation results exhibit good agreement with experimental ones.
Keywords:	Dinâmica de Rotação Rotordynamics Rotores Embarcados Onboard Rotors Contato Mecânico Mechanical Contact Método de Elementos Finitos Finite Element Method Investigação Numérica e Experimental Numerical and Experimental Investigation
Area (s) of CNPq:	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS::DINAMICA DOS CORPOS RIGIDOS, ELASTICOS E PLASTICOS
Subject:	Engenharia Mecânica Rotores - Dinâmica Mecânica dos fluidos Método dos elementos finitos - Processamento de dados
Language:	por
Country:	Brasil
Publisher:	Universidade Federal de Uberlândia
Program:	Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote:	SOUSA JÚNIOR, Marcelo Samora. Análise do comportamento dinâmico de rotores embarcados quando da ocorrência de contato mecânico. 2022. 128 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.499
Document identifier:	http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.499
URI:	https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/36373
Date of defense:	13-Sep-2022
Appears in Collections:	TESE - Engenharia Mecânica

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