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Modelagem e otimização robusta de sistemas mecânicos em presença de amortecimento viscoelástico Modélisation et Optimisation robuste de systèmes mécaniques en présence d?amortissement viscoélastique

by Gonçalves de, Antônio Marcos

Abstract (Summary)
Nos últimos anos, os materiais viscoelásticos têm sido amplamente utilizados para reduzir os níveis de vibração e de ruído no domíno da dinâmica de estruturas, em virtude de sua capacidade inerente de absorver uma parte da energia vibratória dos sistemas mecânicos e de dissipá-la sob a forma de calor. Esses materiais são aplicados com freqüência seja sob a forma de tratamentos discretos como juntas viscoelásticas rotacionais ou apoios viscoelásticos translacionais, seja sob a forma de tratamentos superficiais. Para estes últimos, a eficiência do material viscoelástico pode ser significativamente aumentada pela utilização de uma configuração chamada de camada restrita passiva que consiste em dispor uma camada de material viscoelástico entre a camada da estrutura base e uma fina camada metálica. Este tipo de configuração permite aumentar enormemente as deformações cisalhantes na camada viscoelástica e, como conseqüência, um aumento na dissipação de energia vibratória. Neste trabalho de tese, é apresentada a modelagem por elementos finitos de elementos retangulares de placas multicamadas considerando-se duas configurações básicas: uma configuração assimétrica composta por três camadas; e uma configuração simétrica formada por cinco camadas. Estes elementos são combinados com modelos de elementos finitos de sistemas de geometria complexa modelados via código de elementos finitos ANSYS, o que permite expandir o domínio de aplicação desses materiais ao domíno industrial. Para considerar a dependência em freqüência e em temperatura das propriedades mecânicas dos materiais viscoelásticos, optou-se por utilizar o modelo frequencial módulo complexo, bem adaptado para o cálculo da resposta dinâmica de sistemas amortecidos viscoelasticamente. Uma extensão natural da modelagem de sistemas viscoelásticos durante a fase de projeto é o uso de técnicas de otimização numérica dos dispositivos viscoelásticos visando a redução do custo e do tempo de execução dos projetos, e o aumento da eficiência, em termos de amortecimento, desses materiais. Na busca pela otimização de sistemas complexos de engenharia tratados com materiais viscoelásticos, optou-se por utilizar o método Non-dominated Sorting Genetic Algorithm. Em vista do grande número de avaliações exatas das funções objetivo associadas a ao procedimento numérico de otimização, propõem-se o acoplamento desse algorítmo multiobjetivo com estratégias de condensação robusta adaptada para sistemas viscoelásticos, e metamodelos, tais como o uso das redes neurais artificiais e de superfícies de resposta clássicas e adaptativas. O objetivo é reduzir com vantagem o tempo de cálculo das soluções ótimas-robustas. Propõem-se igualmente metodologias de propagação de incertezas e avaliação da sensibilidade paramétrica de sistemas viscoelásticos. Com relação à sensibilidade, ela é calculada através das funções resposta em freqüência dos sistemas amortecidos por camada restrita passiva através do cálculo de derivadas de primeira ordem das matrizes fatoradas do modelo de elementos finitos multicamadas parametrizado. Com relação às incertezas, optou-se por utilizar a técnica de discretização de campos aleatórios fundada no desenvolvimento de Karhunen-Loève para sistemas unidimensionais e bidimensionais, respectivamente. Através de vários exemplos de simulações numéricas e de ensaios experimentais com sistemas de engenharia razoavelmente complexos tratados com materiais viscoelásticos, pode-se ilustrar os desenvolvimentos abordados ao longo deste trabalho.
Bibliographical Information:

Advisor:Valder Steffen Júnior; Domingos Alves Rade; Marcelo Areias Trindade; Noureddine Bouhaddi; Nicolò Bachschmid; Jose Roberto de Franca Arruda

School:Universidade Federal de Uberlândia

School Location:Brazil

Source Type:Master's Thesis

Keywords:engenharia mecanica modelagem por elementos finitos camada restrita otimização multiobjetivo estocásticos sensibilidade paramétrica metamodelagem amortecimento viscoelástico modélisation élément finis couche contrainte optimisation multiobjectif sensibilité paramétrique métamodèlisation amortissement viscoélastique éléments stochastiques vibração estrutural viscoelasticidade

ISBN:

Date of Publication:06/28/2007

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