Método de identificação de ressonâncias em estruturas periódicas cíclicas em rotação.

• Ano de defesa: 2000
• Autor(a) principal: Ponge-Ferreira, Walter Jorge Augusto
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Engenharia mecânica; Mechanical engineering
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3132/tde-26032025-084938/

O trabalho de pesquisa aborda a dinâmica de estruturas periódicas cíclicas excitadas a vibrar quando em rotação e tem como aplicação o estudo de impelidores de grandes ventiladores centrífugos excitados em ressonância por ação aerodinâmica. A finalidade da pesquisa foi estudar o fenômeno conhecido como velocidade crítica de disco em ventiladores centrífugos com características estruturais periódicas cíclicas, e desenvolver uma metodologia para avaliar e identificar as condições de ressonância quando em operação. A desconsideração deste fenômeno no projeto e operação de ventiladores pode comprometer a confiabilidade e segurança destas máquinas, podendo ocorrer falhas estruturais e ruptura catastróficas do impelidor, que além dos prejuízos diretos e indiretos de interrupção da produção, podem também representar risco para o ser humano. Existem métodos analíticos para estudar esse problema, inclusive recursos específicos para considerar simetria cíclica e modelar os efeitos dinâmicos da rotação já são incorporados a programas de elementos finitos. A ênfase desses métodos é na simulação da resposta e os trabalhos de pesquisa nessa área procuram incorporar aspectos mais complexos na simulação, como interação fluido-estrutural e acoplamento da dinâmica da estrutura girante, com a do rotor, pedestais e partes estacionárias. Somente recentemente iniciou-se o desenvolvimento de métodos experimentais específicos para o estudo de estruturas em rotação, aproveitando-se em geral disponibilidade comercial de vibrômetros laser. Entretanto, os resultados experimentais são por demais complexos, dificultando sua interpretação e consequente avaliação do comportamento dinâmico da máquina. O presentetrabalho enfatiza justamente a utilização dos resultados da simulação ou da medição para localizar ressonâncias e identificar o comportamento dinâmico das estruturas em rotação. O método proposto caracteriza-se basicamente como um método de análise de sinais, destinado a extrair as informações do movimento vibratório de estruturas periódicas cíclicas em rotação. Tem as vantagens e a versatilidade dos métodos baseados na Transformada de Fourier, que podem ser utilizadas tanto para funções analíticas como para medidas experimentais, através da sua variante numérica. O método simplesmente explora as consequências úteis da utilização dessa transformada que possibilita interpretar as informações espaciais e do sentido da direção do movimento juntamente com as tradicionais informações espectrais. A principal contribuição do método é quanto à análise de dados experimentais, pois permite resgatar os parâmetros que descrevem a periodicidade cíclicas dos sinais medidos, dessa forma possibilitando também sua comparação simples com resultados da análise. É justamente com a disponibilidade dessas informações, fruto do desenvolvimento dos métodos de análise e dos recursos experimentais que essa tecnologia se faz necessária e útil. Do nosso conhecimento a metodologia proposta ainda não havia sido desenvolvida, embora implícita em diversos trabalhos. A principal virtude dessa pesquisa está em esmiuçar as possibilidades interpretativas da utilização dessa técnica, além é claro da concretização dos detalhes experimentais para sua aplicação prática. Isso se fazia necessário e do nosso conhecimento ainda não havia sido feito anteriormente. Assim,justifica-se o desenvolvimento dessa tecnologia. O processo de produção de ventiladores de grande porte tem características peculiares de produção, que obrigam o desenvolvimento e produção individual de cada ventilador, sem grande possibilidade de produção seriada e automatizada. Assim sendo, para que uma metodologia tenha utilidade prática efetiva, devem ser relativamente simples, rápida e de baixo custo. Isso em última análise significa que a metodologia deve permitir a tomada de decisão segura quanto ao comportamento do produto valendo-se de informações com nível de qualidade diverso e oriundas de diferentes fontes, e.g., modelos mentais simplificados, resultados analíticos, simulações e resultados experimentais. O presente método tem essa característica, pois se aproveita do poder interpretativo da Transformada de Fourier, principalmente depois da disponibilidade universal da tão propalada versão numérica rápida, FFT. A importância técnica do problema abordado para o projeto de ventiladores centrífugos reforça a importância e valor comercial desta tecnologia. O tema proposto para a pesquisa de doutorado deu continuidade à pesquisa por mim iniciada no mestrado (85) neste mesmo departamento. A atual pesquisa visou aprofundar a compreensão do problema permitindo lidar e avaliar situações mais complexas. Além da aplicação direta da tecnologia ao projeto de impelidores de ventiladores centrífugos, esta também pode ser estendida a outros problemas com características dinâmicas semelhantes, i.e., estruturas com características periódicas cíclicas excitadas em rotação, como por exemplo, vibrações em engrenamentos e rodas.