Supressão passiva das vibrações induzidas pelo escoamento interno utilizando absorvedores não lineares de vibração - Maciel, Vitor Schwenck Franco (2025)
Vibrações induzidas pelo escoamento interno representam uma das muitas manifestações do fenômeno de interação fluido-estrutura. Embora a curiosidade tenha motivado os estudos iniciais no tema, ao longo do tempo, tubos se tornaram componentes essenciais em muitas aplicações práticas. Estas incluem procedimentos de mineração oceânica, produção de óleo e gás em águas profundas, redes de distribuição de água, mineração por dissolução e, mais recentemente, injeção e armazenamento de dióxido de carbono em cavernas subterrâneas ou submarinas. Nestas aplicações, tubos podem ser bastante longos e esbeltos, o que os torna suscetíveis a instabilidades devido ao escoamento. Isto eleva a importância de estudos que focam na dinâmica de tubos conduzindo fluido. Uma vez que as vibrações induzidas pelo escoamento interno podem gerar ruído excessivo, vazamentos e falhas por fadiga, estudos que focam na mitigação destas vibrações também são de suma importância. Neste tema, o uso de uma classe de supressores denominada absorvedores não-lineares de vibração (ou, em inglês, nonlinear energy sinks NESs) emerge como uma alternativa promissora. A presente tese foca no uso de NESs para mitigar as oscilações pós-críticas em um tubo engastado que conduz fluido. O supressor utilizado é denominado NES rotativo (RNES) e é composto por uma massa ligada a uma barra rígida que é conectada à estrutura principal utilizando um amortecedor rotacional. Ele é definido por sua massa, raio e constante de amortecimento, e a sua posição de acoplamento ao longo do tubo também é um parâmetro de projeto. Primeiramente, um modelo matemático tridimentional e não-linear é deduzido para um tubo conduzindo fluido. As dinâmicas axial e torsional do tubo também são incluídas na modelagem. Então, o acoplamento entre o tubo e o RNES é modelado matematicamente. Os efeitos do RNES no tubo são divididos em duas categorias principais. A primeira é relacionada à adição de massa no sistema, enquanto que a segunda, à operação dinâmica do RNES. Ambas estas categorias são caracterizadas como função dos parâmetros que definem o supressor, assim como de sua posição de acoplamento no tubo. É visto que o RNES induz efeitos positivos e negativos no tubo, do ponto de vista de mitigar as suas vibrações. O primeiro efeito negativo relaciona-se com a adição de massa inerente a seu uso, enquanto que o segundo, às forças centrífugas do RNES, enquanto ele gira. É discutido que uma seleção criteriosa dos parâmetros do RNES pode aliviar estes efeitos negativos. Adicionalmente, ao induzir regimes do RNES que aumentam a dissipação de energia, é visto que supressão das vibrações pode ser atingida. Enquanto um estudo de caso é apresentado no qual os parâmetros que caracterizam o tubo são mantidos fixos, a metodologia aqui apresentada pode ser utilizada para projetar diferentes conjuntos de parâmetros para o RNES em outros cenários.