[en] EXPERIMENTAL INVESTIGATION AND NUMERICAL ANALYSIS OF THE VIBRO-IMPACT PHENOMENON - ROMULO REIS AGUIAR (2018)
[pt] Existem aplicações técnicas onde o principal elemento de um sistema mecânico está sujeito a um padrão de vibração. Um exemplo se encontra na perfuração de poços de petróleo em rochas duras utilizando brocas tricônicas, uma vez que esse tipo de interação broca/ rocha impõe uma vibração longitudinal à estrutura. É possível utilizar parte desta energia para excitar um martelo, uma subestrutura do sistema principal capaz de gerar impactos. A onda de tensão gerada pelo impacto pode ser útil para remover o sistema de uma condição de stick (stick-slip) ou ajudar na propagação de trincas no material a ser perfurado. A perfuração de rochas duras ainda é um grande desafio para as empresas de perfuração e exploração de petróleo. Neste contexto, uma forma de conseguir maior eficiência da coluna de perfuração é combinando a perfuração rotativa convencional com um dispositivo de vibro-impacto. A tarefa de desenvolver um martelo embarcado na coluna de perfuração e que impacta sobre a broca ainda é uma sugestão a ser implementada. O propósito deste trabalho é a investigação experimental e a modelagem matemática do comportamento da força de impacto num sistema de vibro-impacto embarcado. Mudando a rigidez do martelo e a folga é possível investigar o comportamento do sistema sob diferentes freqüências de excitação. É apresentada uma metodologia para a integração numérica de equações diferenciais descontínuas. Este trabalho também estuda a modelagem da força de impacto, investigando qual modelo matemático disponível na literatura melhor representa os dados experimentais. Os resultados experimentais serão usados para validar o modelo matemático, através do qual o sistema será estudado em maior detalhe. Uma análise não-linear é realizada (diagramas de bifurcação, mapas de Poincaré e mapas de Peterka). Finalmente, este trabalho mostra uma aplicação prática deste sistema de vibro-impacto, onde um sistema massa-mola é montado a uma bancada experimental de perfuração. Resultados experimentais mostram que a aplicação da força de impacto durante a perfuração aumenta a taxa de penetração.