Dinâmica de um sistema usando estrutura de rigidez negativa para suspensão de assentos de veículos

Abstract

O projeto de pesquisa visou o melhor entendimento sobre a dinâmica de dois sistemas de um grau de liberdade: o primeiro é composto por uma estrutura de rigidez negativa, identificado no texto como NSS, o segundo é composto por uma estrutura de rigidez negativa amortecida, identificado no texto como DNSS. Neste trabalho os sistemas foram aplicados para absorver a vibração de um assento veicular buscando melhorar o conforto do condutor. Apresentou-se as equações usadas nas análises teóricas. Gerou-se resultados de análises estáticas, gráficos de força por deslocamento e energia potencial elástica por deslocamento, e de análises dinâmicas, curvas de resposta em frequência, plano de fase e histórico do deslocamento, para entender como os parâmetros influenciam nas respostas dos sistemas. Para as análises dinâmicas aplicou-se uma excitação de base do tipo senoidal e utilizou-se o método de Runge-Kutta de quarta e quinta ordem para a integração numérica das equações de movimento dos sistemas. Comparou-se as respostas, em regime permanente, dos sistemas com NSS e com DNSS com o sistema massa mola amortecedor, muito conhecido na literatura. Nas frequências naturais de cada sistema, chegou-se a reduzir o valor RMS do deslocamento da massa em 60,7 % com NSS e 70,5 % com DNSS quando comparados com o sistema massa mola amortecedor.

The research project aimed at the understanding of the dynamics of two single-degree-of-freedom systems: the first is made of a negative stiffness structure, NSS, the second is made of a damped negative stiffness, DNSS. In this work the systems were applied to absorb the vehicle seat vibration seeking to improve the driver's comfort. It was presented the equations used in the theoretical analysis. Results of static analysis, force by displacement and elastic potential energy by displacement, and of dynamics analysis, frequency response curves, phase portrait and displacement history, were generated to understand how the parameters influence the systems responses. For the dynamics analysis, a sinusoidal base excitation was applied and the fourth and fifth order Runge-Kutta method was used for the system motion equations numerical integration. The responses were compared, in stationary state, of the NSS and DNSS systems with the mass damping spring system, well known in the literature. In the natural frequencies of each system, it was possible to reduce the RMS value of the mass displacement by 60.7% with NSS and 70.5% with DNSS when compared to the mass damping spring system.