Controle de vibrações em vigas usando o efeito de buracos negros acústicos e atuadores piezelétricos - Weimann, Tatiane (2022)
A diminuição do custo na construção de uma estrutura é almejada pelos projetistas. Porém, dessa forma as estruturas se tornam mais leves e menos rígidas, e consequentemente mais vulneráveis a vibrações indesejadas. Por esse motivo, a implementação de métodos de controle de vibrações é necessária quando se trata da utilização de estruturas leves e flexíveis nos projetos mecânicos. Em vista disso, este trabalho propõe o uso de dois tipos de controle de vibrações numa viga, passivo e ativo, para se obter um projeto eficiente. O controle passivo não requer o uso de energia adicional para o controle. Em vez disso, dispositivos e/ou técnicas que absorvem, isolam ou dissipam a energia das vibrações são adicionados ao sistema. Para esse controle, propõe-se usar o efeito dos Buracos Negros Acústicos (BNAs), uma vez que esse efeito prevê a inserção de buracos prescritos na estrutura, fazendo com que a vibração fique restrita no interior do(s) buraco(s), e apenas uma pequena parte seja refletida para o restante da estrutura. Por outro lado, o controle ativo requer um conjunto de sensores e atuadores acoplados ou inseridos na estrutura. Então, para produzir um controle ativo, deve-se escolher um atuador adequado e implementar um controlador para o mesmo. O atuador utilizado neste trabalho é baseado num material piezelétrico, e o controlador escolhido é o Regulador Quadrático Linear (RQL). O atuador piezelétrico é usado para gerar um movimento oscilatório contrário ao movimento existente na estrutura, para que assim ocorra o controle das vibrações. Para resolver o problema de controle, inicialmente modela-se o movimento da estrutura que, normalmente em problemas de mecânica do contínuo, é obtido através da resolução de um sistema de equações em derivadas parciais (EDPs). Visto que a resolução analítica desse sistema de EDPs pode ser complicada, neste trabalho utiliza-se o método dos elementos finitos para a discretização do domínio da estrutura. Portanto, levando em consideração os aspectos mencionados, o objetivo deste trabalho é simular a dinâmica e o controle de vibrações em estruturas do tipo vigas, por meio da técnica dos BNAs e utilizar um controlador RQL para operar um atuador piezelétrico. Outro propósito é analisar as amplitudes das vibrações, através da Transformada de Fourier, com o intuito de verificar a diminuição da amplitude de vibração gerada pela inserção dos buracos. Os resultados destas simulações serão apresentados e discutidos.