Princípios da supressão de vibrações mecânicas: amortecimento quadrático, atrito de Coulomb e barra com memória de forma

Abstract

Different levels of vibrations and noise can occur when operating mechanical systems. To guarantee the required performance of the mechanical system, for several applications it is necessary to ensure that the dissipation of vibratory energy occurs. For this, several passive vibration control techniques have been proposed, for example, using viscoelastic materials. On the other hand, in addition to the classic damping and friction dissipation effects, in the context of intelligent materials, shape memory alloys have been investigated in applications of various engineering systems. The present work comprises an investigation of the fundamentals of mechanical vibration suppression using three different ways to dissipate energy. The methodologies used and the answers in the time domain for performing analysis of systems with passive damping are presented. Viscous damping is considered Quadratic, Coulomb friction, and the use of alloy bar with shape memory. The proposed models are represented in state space and solved using the Runge-Kutta 4th order method. They are computer simulations are presented to discuss the effects of each of the dissipation forces on the vibrations of a spring-mass system of one degree of freedom. The results obtained illustrate the potentials of these materials for vibration dissipation.

Diferentes níveis de vibrações e ruídos podem ocorrer durante o funcionamento de sistemas mecânicos. Para garantir o desempenho requerido do sistema mecânico, para diversas aplicações é necessário assegurar que ocorra a dissipação de energia vibratória. Para isso, várias técnicas de controle passivo de vibrações têm sido propostas, por exemplo envolvendo o uso de materiais viscoelásticos. Por outro lado, além dos clássicos efeitos de dissipação por amortecimento e atrito, no contexto dos materiais inteligentes, as ligas com memória de forma vêm sendo investigadas em aplicações de diversos sistemas de engenharia. O presente trabalho compreende uma investigação dos fundamentos da supressão de vibrações mecânicas utilizando três diferentes formas de dissipar energia. São apresentadas as metodologias utilizadas e as respostas no domínio do tempo para a realização de análises de sistemas com amortecimento passivo. Considera-se o amortecimento viscoso quadrático, o atrito de Coulomb e o uso de barra com liga com memória de forma. Os modelos propostos são representados em espaço de estados e resolvidos utilizando o método Runge-Kutta 4ª ordem. São apresentadas simulações computacionais para discutir os efeitos de cada uma das forças de dissipação nas vibrações de um sistema massa mola de um grau de liberdade. Os resultados obtidos ilustram os potenciais destes materiais para dissipação de vibração.