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Tese de Livre Docencia
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2020.tde-20012020-110942
Documento
Autor
Nome completo
Guilherme Rosa Franzini
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2020
Banca examinadora
Mazzilli, Carlos Eduardo Nigro (Presidente)
Bevilacqua, Luiz
Fujarra, André Luís Condino
Pesce, Celso Pupo
Savi, Marcelo de Amorim
Título em português
Tópicos de pesquisa em problemas de excitação paramétrica e de vibrações induzidas pelo escoamento.
Palavras-chave em português
Dinâmica das estruturas
Excitação paramétrica
Interação fluido-estrutura
Resumo em português
Este texto traz, de maneira integrada e sintetizada, tópicos de pesquisa em dinâmica das estruturas conduzidas pelo autor. Foco é destinado aos problemas de excitação paramétrica e em dois fenômenos de vibrações induzidas pelo escoamento, a saber, as vibrações induzidas pela emissão de vórtices (VIV) e o galloping. Os tópicos de pesquisa aqui descritos focam em contribuições na análise experimental e na modelagem matemática dos referidos problemas e em aplicações com vistas ao aproveitamento de energia e em supressão passiva por meio de elementos denominados absorvedores não-lineares de vibração. No tocante à análise experimental, o texto traz a descrição de campanhas experimentais conduzidas com vistas ao estudo da resposta de um cilindro flexível vertical excitado por movimento imposto ao seu topo (o que induz a excitação paramétrica), por correnteza ou por ambas de maneira concomitante. Por meio de técnicas de análise experimental cujo desenvolvimento foi liderado pelo autor, contribuições referentes à composição modal da resposta e resultados qualitativos acerca da sincronização entre modos de vibrar são obtidas. Em particular, o texto apresenta os primeiros resultados experimentais existentes na literatura acerca da resposta de um cilindro flexível à solicitação combinada de movimento imposto ao topo e de correnteza. Já no que diz respeito à supressão passiva via absorvedores não-lineares de vibração, estudos numéricos com foco na mitigação de excitação paramétrica, VIV e galloping são conduzidos e com contribuições inéditas ao estado-da-arte. Para o fenômeno de excitação paramétrica, mostra-se que o uso do tipo de absorvedor aqui estudado é capaz de limitar a resposta da estrutura principal mesmo em uma condição onde respostas ilimitadas são obtidas quando da ausência do supressor. Para os fenômenos de VIV e de galloping, os estudos indicam a eficiência do dispositivo para mitigação das oscilações, embora com a presença de erosão do plano de parâmetros de controle. O texto é encerrado com a apresentação de contribuições do autor no tema de aproveitamento de energia a partir do fenômeno de VIV e via efeito piezoelétrico. Configurando uma outra contribuição inédita ao estado-da-arte, estudos numéricos mostram um pronunciado aumento da eficiência da coleta de energia quando o cilindro é liberado para oscilar nas duas direções do plano horizontal.
Título em inglês
Research topic on parametric excitation and flow-induced vibration problems.
Palavras-chave em inglês
Dynamics of structures
Fluid-structure interaction
Parametric excitation
Resumo em inglês
This thesis shows some selected research topics on dynamics of structures developed by the author. Focus is placed on the following problems: parametric excitation and two flow-induced vibrations phenomena, namely, vortex-induced vibrations (VIV) and galloping. The contributions from of the research topics herein described concern both the experimental analyses and the mathematical modeling of the aforementioned problems as well as applications in energy harvesting and passive suppression using non-linear vibration absorbers (NVAs). Considering the experimental analyses, the thesis brings the description of the experimental campaign carried out aiming at investigating the response of a vertical and flexible cylinder to either top-motion or current excitations. The response to simultaneous excitations is analyzed as well. By means of analyses methodologies developed by the author, contributions related to both the modal participation in the structural response and the synchronization between modal oscillations are assessed. Additionally, the thesis brings the first experimental results considering the response of a flexible cylinder to simultaneous excitation by the current and the imposed top motion. Focusing on the passive suppression of parametric excitation and the mentioned flowinduced vibrations phenomena, new contributions to the literature are shown. The numerical results reveal that the presence of the NVA allows a limited structural response, despite the response of the system without the suppression being unbounded. For the VIV and the galloping phenomena, the use of the NVA can decrease the characteristic oscillation amplitudes of the main structure. It is worth emphasizing that sensitivity studies show the erosion of the plane of control parameters. Finally, the thesis brings contributions related to the piezoelectric energy harvesting from VIV. Energy harvesting from the condition in which the cylinder subjected to VIV oscillates in the two directions of the horizontal plane is shown to be significantly more efficient than that in which the cylinder is constrained to oscillate in one direction.
 
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Data de Publicação
2020-02-03
 
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