Orientador: Robson Pederiva

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Máquinas e equipamentos em condições operacionais estão susceptíveis à vibração e, consequentemente, deformações e tensões. Deformações em níveis excessivos podem ocasionar falhas por fadiga, muitas vezes catastróficas. Desta forma, o monitoramento e a caracterização da distribuição da...

Resumo: Máquinas e equipamentos em condições operacionais estão susceptíveis à vibração e, consequentemente, deformações e tensões. Deformações em níveis excessivos podem ocasionar falhas por fadiga, muitas vezes catastróficas. Desta forma, o monitoramento e a caracterização da distribuição da deformação dinâmica em estruturas se tornam muito importantes. Em vista da determinação da deformação dinâmica, métodos de estimação de deformação que utilizam parâmetros vibracionais foram desenvolvidos. Por estes métodos, basicamente, estima-se a deformação dinâmica a partir da informação do deslocamento, não havendo, principalmente, a necessidade da colagem de extensômetros sobre a estrutura. Nesta tese, os métodos de estimação de deformação são aplicados utilizando funções respostas em frequência e de transmissibilidade. Os métodos de estimação da deformação são avaliados a partir de simulações numéricas e experimentos. A simulação numérica é realizada em uma viga engastada, e utilizam-se os métodos da matriz de transformação, análise modal híbrida e o método direto, baseado na análise da curvatura da viga. As avaliações experimentais são realizadas em placas de alumínio com diferentes geometrias e condições de contorno. O tensor de deformação e a distribuição da deformação dinâmica são determinados utilizando sinais de aceleração medidos em diferentes pontos da superfície das placas e os métodos de estimação. Os modos de deslocamento e de deformação, necessários para aplicação dos métodos, são obtidos por elementos finitos em ANSYS®. Na transformação deslocamento-deformação, são utilizados os métodos de diferenças finitas e de elementos finitos. Os tensores de deformação estimados são comparados com os tensores de deformação medidos por meio de extensômetros. Os modos operacionais de deformação estimados foram comparados com modos simulados. As simulações e experimentos apresentam resultados relevantes e satisfatórios no campo da determinação da deformação dinâmica

Abstract: Machinery and equipment, under operating conditions, are susceptible to vibration and hence the levels of dynamic stress and strains. The consequence of excessive vibration can be catastrophic since, high levels of stress and strain, occurring in a certain period of time can cause fatigue...

Abstract: Machinery and equipment, under operating conditions, are susceptible to vibration and hence the levels of dynamic stress and strains. The consequence of excessive vibration can be catastrophic since, high levels of stress and strain, occurring in a certain period of time can cause fatigue failures. Thus, monitoring and characterization of the dynamic strain distribution in mechanical structures becomes increasingly important. In view of the dynamic strain determination, some methods have been developed to predict the dynamic strain from vibration measurements. These methods basically consist in the numerical differentiation of displacement and, in especially, to predict the strain without the use of strain gages. In this thesis, the strain predicting methods are applied using both functions frequency responses and transmissibility. The strain predicting methods are evaluated through numerical simulations and experiments. The numerical simulation is performed on a cantilever beam, and the hybrid modal analysis, transformation matrix and the direct method, based on the analysis of the curvature of the beam matrix, are used. The experimental evaluations are performed on aluminum plates with different geometries and boundary conditions. The dynamic strain tensor and the distribution of operating strain are determined using acceleration, measured at different points on the surface of the plates, and the strain predicting methods. The strain and displacement modes, required for application of the methods, are obtained by finite element in ANSYS ®. In the displacement - strain transformation, both the finite difference methods and finite elements methods are used. The predicted strain tensors are compared with the strain measured using strain gauges. The predicted operating modes were compared with simulated strain modes. Simulations and experiments show significant and satisfactory results in the field of determining the dynamic strain