Análise estática, dinâmica e determinação das forças de inércia em mecanismos utilizando números complexos

Abstract

Este Trabalho de Graduação teve como objetivo a análise estática, dinâmica e determinação das forças de inércia em mecanismos utilizando-se de números complexos. Devido a grande importância dos mecanismos para a sociedade, e para sistemas mecânicos, tais como os motores, foi feita uma análise utilizando-se das teorias as quais envolvem os conhecimentos de mecanismos e dinâmicas de máquina, sendo que para a análise cinemática utilizou-se de números complexos, e, para a análise dinâmica, fez-se o uso do princípio de d’Alembert. Devido a grande complexidade para a resolução analítica de mecanismos, optou-se por desenvolver uma rotina através do software computacional Matlab® a qual possibilitou uma análise numérica e gráfica do problema apresentado, além de viabilizar a análise de diversos mecanismos, possibilitando uma maior aplicabilidade do sistema. É de grande relevância obter informações que permitam o desenvolvimento dos mecanismos, funcionalidade e perspectivas para otimização. O caso apresentado para análise deste projeto constitui-se da análise de um mecanismo pistão-biela-manivela, e, as informações obtidas permitem avaliar os impactos do mesmo através de sua constituição, influências através das forças aplicadas ao sistema, as quais podem influenciar em tempo de vida, necessidade de manutenção e materiais a serem considerados em sua fabricação. Além disso, a aplicabilidade desse sistema permite o estudo em outras áreas, tais como a robótica e biomecânica, proporcionando uma perspectiva mais ampla desse estudo.

This Graduation Work is aimed at static and dynamic analysis and determination of inertial forces in mechanisms using complex numbers. Due to the great importance of mechanisms for society, and for mechanical systems, such as engines, an analysis was made using theories that involve knowledge of mechanisms and machine dynamics, and for the kinematic analysis it was used complex numbers, and, for the dynamic analysis, the d'Alembert principle was used. Due to the great complexity of the analytical resolution of mechanisms, it was decided to develop a routine through the computational software Matlab®, which allowed a numerical and graphic analysis of the presented problem, in addition to enabling the analysis of several mechanisms, allowing greater applicability of the system. It is of great importance to obtain information that allows the development of mechanisms, functionality, and perspectives for optimization. The case presented for analysis of this project consists of the analysis of a piston-rod-crank mechanism, and the information obtained allows evaluating the impacts of the same through its constitution, influences through the forces applied to the system, which can influence in lifetime, need for maintenance and materials to be considered in its manufacture. In addition, the applicability of this system allows the study in other areas, such as robotics and biomechanics, providing a broader perspective of this study.