Análise computacional do comportamento dinâmico de um sistema vibro-impacto

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Lourenço, Rodrigo Francisco Borges [UNESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Análise de estabilidade; Caos; Controle linear ótimo; Simulação numérica; Vibrações mecânicas; Stability analysis; Chaos; Optimal linear control; Numerical simulation; Mechanical vibrations
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/148777

São diversos os equipamentos de engenharia que apresentam vibrações mecânicas, e estas podem ser observadas em forma de acelerações, deslocamentos e velocidade. Os primeiros estudos envolvendo vibrações foram direcionados aos fenômenos naturais e modelagem matemática de sistemas vibrantes, então, começou a aplicação desses estudos em equipamentos de engenharia. Vibrações mecânicas, na maioria dos sistemas dinâmicos, são consideradas como algo indesejado e podem ser danosos. Porém, existem situações que são utilizadas para melhorar o funcionamento e desempenho de máquinas. São diversas as causas de vibrações em sistemas de engenharia, neste trabalho, destaca-se as vibrações causadas por impacto. Quando componentes destes sistemas impactam entre si, causando ruídos de curta duração, são caracterizados como sistemas tipo vibro - impacto. Podem ser citados diversos equipamentos com essas características, como rolos compactadores de solo, martelos de impacto, perfuratrizes de solo, etc. Neste trabalho, demonstra-se o comportamento dinâmico de um sistema vibro – impactante. Para análise deste sistema, foram desenvolvidos códigos computacionais, através do software Octave. No diagrama de estabilidade de Lyapunov, verificou-se que, pontualmente o sistema se apresenta de forma estável. A partir da variação da frequência de excitação, foi observado através dos históricos no tempo, espectros de frequência, mapas de Poincaré e planos de fase, um comportamento periódico e estável, com situações diversas de respostas. Ao analisar a evolução temporal dos expoentes de Lyapunov, para todas as condições de velocidade e deslocamento impostas, o sistema se apresentou de forma caótica. Implementou-se um controlador linear ótimo ao sistema, afim de atenuar as vibrações nas regiões de operação nas quais o sistema é instável. Comprovou-se que a estratégia de controle linear ótimo (LQR, do inglês Linear Quadratic Regulator) demonstra eficiência para este tipo de situação e pode ser utilizada na redução de danos, evitando prejuízos econômicos, perdas biológicas e materiais.