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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.18.2006.tde-06112006-091532
Documento
Autor
Nome completo
Demian Gomes da Silva
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2006
Orientador
Banca examinadora
Varoto, Paulo Sergio (Presidente)
Almeida, Carlos Alberto de
Balthazar, Jose Manoel
Goes, Luiz Carlos Sandoval
Trindade, Marcelo Areias
Título em português
Vibrações ressonantes não-lineares em estruturas tipo viga sob excitação paramétrica e combinada
Palavras-chave em português
excitação autoparamétrica
excitação combinada
excitação paramétrica
vibrações não-lineares
Resumo em português
Desenvolve uma pesquisa em dinâmica estrutural não-linear com enfoque teórico e experimental direcionada para uma importante classe de estruturas flexíveis. É motivada pelos novos requerimentos das indústrias em termos de inovações, das agências certificadoras em termos de segurança e conforto e, por restrições relativas ao meio ambiente cada vez mais severas. Como conseqüência, o cenário atual e os desafios da engenharia moderna são bem diferentes daqueles encontrados antigamente. Atualmente as estruturas são mais flexíveis e operam sob condições cada vez mais severas. O aumento da flexibilidade torna as não-linearidades mais ativas e, juntamente com a ação de diferentes formas de excitação, produzem um cenário dinâmico complexo. Neste cenário, diversos fenômenos dinâmicos intrinsicamente não-lineares podem se desenvolver e conseqüêntemente comprometer a integridade estrutural, prejudicar a operação e incrementar os problemas de ruído. Tais fenômenos são altamente perigosos, principalmente por não serem previstos e nem ao menos conhecidos pela teoria dinâmica linear. Dentre estes fenômenos, a pesquisa se propõe a abordar dois: vibrações ressonantes paramétricas e autoparamétricas. Especificamente, a pesquisa investiga a influência da viscosidade do meio de operação e da presença de excitações combinadas nos fenômenos de ressonância paramétrica. No caso das ressonâncias autoparamétricas o objetivo específico é avaliar técnicas experimentais na caracterização do fenômeno, assim como, promover entendimentos mais profundos sobre suas características. Para atingir os objetivos propostos, são construídas duas estruturas de laboratório com características aeronáuticas. A primeira faz alusão a um estabilizador vertical. Nesta estrutura foram desenvolvidos os trabalhos relativos à vibração ressonante paramétrica. A segunda é uma simplificação de um sistema estrutural asa-pilone-turbina. Nesta segunda estrutura foram avaliadas técnicas experimentais para a identificação, caracterização e análise da vibração ressonante autoparamétrica. Os resultados teóricos e experimentais demonstram que a viscosidade do meio de operação age positivamente na dinâmica da estrutura, reduzindo níveis máximos de vibração em regime permanente, simplificando a dinâmica em respostas transientes e facilitando as relações de estabilidade/instabilidade. Por fim, apresenta resultados experimentais demonstrando que a energia vibratória da asa pode ser transferida por intermédio de uma ressonância autoparamétrica principal para a sub-estrutura pilone-turbina resultando em níveis extremamente elevados de vibração.
Título em inglês
Nonlinear resonance vibrations in beam type structures under parametric and combined excitations
Palavras-chave em inglês
autoparametric excitation
combined excitation
nonlinear vibrations
parametric excitation
Resumo em inglês
This document presents results of theoretical and experimental investigations on the non-linear vibration characteristics of an important class of flexible structures. The motivation for such a study arises mainly from the increasing need for lightweight structural members. The weight reduction associated to the use of novel materials contribute to the increase of flexibility what can cause the appearance of nonlinear effects not previously observed. These nonlinear phenomena associated to the fact that, in field conditions the structure is frequently subjected to complex dynamic loads of different nature, results in a complex dynamic environment when estimation of the structure's dynamic response is concerned. Moreover, these nonlinear effects potentially may cause undesired vibration level, in some cases causing bad function and failure of the entire structure. The research is focused on studying the effects of medium viscosity as well as combined excitations on parametrically resonant vibrating structures. It is speciffically aimed characterize the phenomenons either analytically and experimentally by constructing laboratory test specimens that resemble aircraft structures. For that purpose a vertical fin is built in order to conduct experiments on the principal parametric resonance phenomenon. An analytical single degree of freedom model of this structure including nonlinear terms is derived and the results of numerically simulated results through perturbation technique are compared to experimental results obtained in the laboratory. A second structure is built that resembles a typical wing-pylon-engine substructure and it is used to study autoparametric resonance vibrations. In this case the structure is considered with multiple degrees of freedom and the results of a finite element model is correlated with experimentally obtained results. Theoretical and experimental results show that the environment viscosity affects in a significant manner the dynamic response of the structures under test, decreasing the maximum vibration levels in steady-state regime, simplifying the dynamics in transient responses and facilitating the relationship between instability/stability. At the end, it is shown experimental results demonstrating that vibratory energy from the wing substructure can be transferred by an autoparametric resonance to the substructure pylon-engine. All the experimental results do not found linear theory counterparts.
 
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Tese_Demian_2006.pdf (18.08 Mbytes)
Data de Publicação
2006-12-06
 
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