Título: Modelagem e Análise Dinâmica de Máquinas Rotativas Utilizando o Método dos Elementos Finitos

Autoria de: Diego Chaves Barboza

Orientação de: Henrique Leandro Silveira

Presidente da banca: Henrique Leandro Silveira

Primeiro membro da banca: Fábio Lúcio Santos

Segundo membro da banca: Francisco Scinocca

Palavras-chaves: Máquina rotativa, Modelagem, Elementos Finitos, Análise modal, Diagrama de Campbell

Data da defesa: 28/08/2020

Semestre letivo da defesa: 2020-1

Data da versão final: 09/09/2020

Data da publicação: 09/09/2020

Referência: Barboza, D. C. Modelagem e Análise Dinâmica de Máquinas Rotativas Utilizando o Método dos Elementos Finitos. 2020. 71 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2020.

Resumo: As máquinas rotativas compõem um grupo de máquinas muito presente na indústria mecânica, principalmente em aplicações envolvendo conversão de energia. Exemplos comuns de máquinas rotativas são turbinas, compressores, geradores, motores elétricos, etc. A principal característica destas máquinas é seu funcionamento envolver a rotação de um eixo principal em torno de si próprio, e a presença de outros dois componentes básicos discos e mancais. Devido ao movimento de rotação do eixo e da inércia dos discos, estão associados ao funcionamento destas máquinas altos níveis de vibração, que podem ser destrutivos à estrutura da mesma, portanto, torna-se necessário predizer como a estrutura se comportará diante de tais circunstâncias. Deste modo, a modelagem torna-se etapa fundamental no projeto e controle operacional de máquinas rotativas, e a análise modal é atualmente a ferramenta mais utilizada para analisar o comportamento dinâmico de estruturas, geralmente aplicada em modelos construídos utilizando o método dos elementos finitos. Este trabalho consiste em um estudo investigativo na área de dinâmica de rotores. Nele, apresenta-se a modelagem de uma máquina rotativa composta por um eixo de aço, um par de mancais de rolamentos esféricos e dois discos de alumínio com posição ajustável sobre o eixo. São construídos dois modelos matemáticos utilizando o método dos elementos finitos, com o objetivo de obter-se as frequências naturais, modos de vibração, velocidades críticas e deslocamentos de resposta do sistema. O primeiro modelo consiste de uma rotina computacional realizada em ambiente MATLABtextsuperscripttextregistered, que simula o comportamento da máquina em diferentes velocidades de operação, retornando a frequência natural e a representação gráfica do modo de vibrar do sistema. Também utilizou-se outras duas rotinas sobre o primeiro modelo, para a identificação das velocidades críticas do sistema através do diagrama de Campbell, e para a obtenção de gráficos representando os deslocamentos do eixo em resposta a uma excitação harmônica. O segundo modelo foi realizado no software HyperMeshtextsuperscripttextregistered, onde foram utilizados elementos 1D com propriedades de viga para representar o eixo, com propriedades de mola para representar a rigidez dos mancais e elementos de massa para representar os discos. Como hipótese simplificadora, nenhum fator de amortecimento foi considerado em ambos os modelos. Então, foram realizadas simulações analisando os modelos sob diferentes cenários, variando o número de discos e a suas posições sobre o eixo, e utilizando duas condições de contorno rotor livre-livre e bi-apoiado. Ao fim das simulações, foram comparados os valores de frequência natural obtidos em cada modelo, para cada um dos cenários apresentados. Os resultados obtidos para o rotor em estado estacionário nos dois modelos apresentaram divergências mínimas, o que permitiu afirmar que a metodologia de modelagem utilizada foi assertiva. Com o rotor em movimento, percebeu-se a grande influência do efeito giroscópico em seu comportamento dinâmico, que não pode ser observada na análise estrutural do Modelo II.

URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_mecanica/20201201511096

URI alternaviva: repositorio.ufla.br/handle/1/45140

Curso: G032 - ENGENHARIA MECÂNICA (BACHARELADO)

Nome da editora: Universidade Federal de Lavras

Sigla da editora: UFLA

País da editora: Brasil

Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso

Nome da língua do conteúdo: Português

Código da língua do conteúdo: por

Licença de acesso: Acesso aberto

Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras

URI da licença: repositorio.ufla.br

Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br

Detentores dos direitos autorais: Diego Chaves Barboza e Universidade Federal de Lavras

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