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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2015.tde-06042015-173654
Document
Author
Full name
Giuliana Sardi Venter
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2015
Supervisor
Committee
Silva, Maíra Martins da (President)
Diniz, Anselmo Eduardo
Paula, Aline Souza de
Title in Portuguese
Reduzindo chatter em processos de torneamento através do uso de material piezoelétrico considerando aspectos não-lineares
Keywords in Portuguese
Chatter de acoplamento de modos
Chatter regenerativo
Controle de vibração
Material piezoelétrico
Torneamento
Abstract in Portuguese
Chatter é uma vibração auto-excitada que ocorre durante usinagens e limita a produtividade do processo. Esta instabilidade causa qualidade superficial inaceitável, diminuição da vida da ferramenta e ruído. Estratégias para definição de modelos e controle desta vibração são importantes, devendo ser avaliadas e implementadas. Neste trabalho foram realizados experimentos e características como frequências naturais, respostas em frequência e respostas temporais foram obtidas. Analisando tais resultados é possível a visualização do acoplamento existente nas duas direções de vibração. Uma estratégia de redução de chatter foi implementada, através do uso de shunts passivos conectados ao sistema mecânico por meio de material piezoelétrico, e sua viabilidade foi verificada. A estratégia foi adaptada para ser utilizada nas duas direções de vibração e o resultado da redução da vibração se provou mais eficiente após esta adaptação. Diagramas de fase, respostas temporais e espectros foram obtidos durante a usinagem e um comportamento não-linear se mostrou presente. Após a validação do uso de material piezoelétrico para o controle de chatter, existe a necessidade de modelos numéricos para a descrição do fenômeno, para que controles ativos e mais efetivos possam ser desenvolvidos. Devido ao acoplamento entre as duas direções de vibração e ao comportamento não linear do fenômeno, modelos que contenham tais características foram estudados, modificados e adaptados. Os resultados numéricos obtidos pelos modelos estudados foram então comparados aos resultados experimentais e conclusões sobre similaridades foram apresentadas. Considerando os resultados obtidos, acredita-se que o modelo que melhor representa o sistema real pode ser utilizado para o desenvolvimento de controles ativos, que garantam uma redução mais efetiva do chatter.
Title in English
Chatter avoidance using piezoelectric material considering non-linear aspects in turning operations
Keywords in English
Mode coupling chatter
Piezoelectric material
Regenerative chatter
Turning
Vibration control
Abstract in English
Chatter is a self-excited vibration that leads to instability during ongoing machining, which affects productivity. Chatter instability causes poor surface quality, diminishes the tool's life and may cause clatter. Therefore, strategies to control chatter and chatter models are highly necessary, and must be evaluated and implemented. In an experimental campaign done during this work, characteristics such as natural frequencies, frequency responses and temporal responses were obtained. Trough these analysis, it was observed that the system presents a coupling in its two normal directions of vibration. One strategy for chatter reduction was then implemented, in which a passive shunt using piezoelectric material was used. The feasibility of this chatter reduction strategy for one direction could be verified. In addition, the strategy was adapted in order to be utilized in both main vibration directions and the results confirmed that this approach grants better results for the reduction of chatter. Phase-planes, temporal responses and spectras could also be derived from the turning experiments and a nonlinear behavior could be seen present. Being verified the possibility of using a piezoelectric material in chatter control, numerical models that describe the phenomena should be pursued, so that more effective active control could be developed. Because the experiments show the mode coupling between two directions and a nonlinear behavior, models that represent such characteristics were studied, modified and adapted. The numerical results from this models were then compared to the experiments and conclusions were drawn. Considering the obtained results, it is believed that the most similar model should be used in the development of active control that could guarantee a better chatter reduction.
 
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Publishing Date
2015-04-15
 
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