Técnicas de redução aplicadas a modelos de pás de turbinas eólicas

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Barbosa, Jorge Lucas Coelho
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: energy generation; finite element method; geração de energia; integração numérica; método de Craig-Bampton; método de Guyan; método dos elementos finitos; modeling of dynamic systems; modelos dinâmicos; numerical integration
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18162/tde-10012025-143509/

 A área de simulação numérica de estruturas mostra-se crescentemente importante para o projeto de máquinas eficientes e seguras, na qual a previsão de comportamento em diferentes condições de vibração ou carregamento é considerada como parte fundamental de um projeto em indústrias como a aeroespacial e de energia. Frequentemente modelos estruturais são representados por matrizes grandes, da ordem de milhares ou milhões de graus de liberdade, o que torna a análise computacionalmente custosa ou proibitiva. Para modelos dinâmicos, que envolvem matrizes e parâmetros além da rigidez, esta limitação torna-se crítica. Neste contexto, a pesquisa em técnicas de redução de modelo tornou-se importante em paralelo ao avanço da computação e da área de simulação numérica desde a década de 60. O objetivo das técnicas de redução é, de forma geral, reduzir a ordem das matrizes do modelo estrutural enquanto as propriedades físicas da estrutura são preservadas, porém, em contrapartida, uma generalização deste processo é difícil, de modo que seu uso é normalmente específico a cada problema. A dinâmica de sistemas rotativos, que envolve amortecimento e modos de vibração não-clássicos, envolve etapas adicionais para uma redução de modelo eficiente, com uma literatura específica para o problema desenvolvendo-se especialmente nos últimos anos. O objetivo do presente trabalho é descrever algumas das principais técnicas de redução de modelo visando a aplicação em máquinas em rotação e implementá-las em um modelo de pá de turbina eólica. Isto é feito a partir da implementação em um código em Python de um modelo computacional existente na literatura analisada, e sua posterior extensão para um modelo de três pás. Os métodos de redução avaliados e comparados são a Redução de Guyan e o Método de Graig-Bampton. Em uma primeira análise, observou-se que o método mais simples de redução, de Guyan, pode apresentar resultados satisfatórios para os modos de mais baixas frequências em problemas sem rotação, porém, este resultado é sensível à escolha de certos graus de liberdade do modelo completo a serem mantidos no modelo reduzido. Como forma de melhorar este procedimento, o método de Craig-Bampton foi utilizado, e apresentou resultados que se aproximam consideravelmente mais do modelo sem redução.