dc.creator | Weimann, Tatiane | |
dc.date.accessioned | 2023-03-29T23:29:15Z | |
dc.date.available | 2023-03-29T23:29:15Z | |
dc.date.issued | 2022-04-27 | |
dc.identifier.citation | WEIMANN, Tatiane. Controle de vibrações em vigas usando o efeito de buracos negros acústicos e atuadores piezelétricos. 2022. 91 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Matemática) – Instituto de Física e Matemática, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2022. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/9197 | |
dc.description.abstract | The reduction of cost in the construction of a structure is desired by designers.
However, in this way, structures become lighter and less rigid, and consequently more
vulnerable to unwanted vibrations. For this reason, the implementation of vibration
control methods is necessary when considering flexible structures in mechanical
projects. In view of that, this work proposes the use of two types of vibration control
in a beam, passive and active, to obtain an efficient design. Passive control does not
require the use of energy for control, instead devices and/or techniques that absorb,
isolate or dissipate vibration energy are added to the system. For this control, it is
proposed to use the effect of Acoustic Black Holes (BNAs), since this effect predicts
the insertion of prescribed holes in the structure, causing the vibration to be restricted
inside the hole(s), and only a small part is transmitted to the rest of the structure. On
the other hand, active control requires a set of sensors and actuators coupled to or inserted into the structure. So, to produce an active control, one must choose a suitable
actuator and implement a controller for it. The actuator that will be used in this work is
a piezoelectric material, and the chosen controller is the Linear Quadratic Regulator
(LQR). The piezoelectric actuator is employed to generate an oscillatory movement
contrary to the existing movement in the structure, so that vibrations be controlled. In
order to solve the control problem, the movement of the structure is initially modeled,
which in continuum mechanics problems, is usually obtained by solving a system of
partial differential equations. Since the analytical resolution of these equations can
be complicated, the Finite Element Method is used to discretize the structure domain.
Therefore, taking into account the mentioned aspects, the objective of this work is to
simulate the dynamics and vibration control in beam-type structures, using the ABHs
technique and to use an LQR controller to operate a piezoelectric actuator. Another
purpose is to analyze the vibration amplitudes, through the Fourier Transform, in order
to verify the decrease in the vibration amplitude generated by the insertion of holes.
The results of these simulations will be presented and discussed. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
dc.subject | Matemática | pt_BR |
dc.subject | Viga | pt_BR |
dc.subject | Controle de vibrações | pt_BR |
dc.subject | BNAs | pt_BR |
dc.subject | RQL | pt_BR |
dc.subject | Modelagem matemática | pt_BR |
dc.title | Controle de vibrações em vigas usando o efeito de buracos negros acústicos e atuadores piezelétricos | pt_BR |
dc.title.alternative | Vibration control in beams using the Acoustic Black Holes effect and piezoelectric actuators | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/5069532485686496 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/7898168715320830 | pt_BR |
dc.description.resumo | A diminuição do custo na construção de uma estrutura é almejada pelos projetistas. Porém, dessa forma as estruturas se tornam mais leves e menos rígidas, e
consequentemente mais vulneráveis a vibrações indesejadas. Por esse motivo, a
implementação de métodos de controle de vibrações é necessária quando se trata
da utilização de estruturas leves e flexíveis nos projetos mecânicos. Em vista disso,
este trabalho propõe o uso de dois tipos de controle de vibrações numa viga, passivo
e ativo, para se obter um projeto eficiente. O controle passivo não requer o uso
de energia adicional para o controle. Em vez disso, dispositivos e/ou técnicas que
absorvem, isolam ou dissipam a energia das vibrações são adicionados ao sistema.
Para esse controle, propõe-se usar o efeito dos Buracos Negros Acústicos (BNAs),
uma vez que esse efeito prevê a inserção de buracos prescritos na estrutura, fazendo
com que a vibração fique restrita no interior do(s) buraco(s), e apenas uma pequena
parte seja refletida para o restante da estrutura. Por outro lado, o controle ativo
requer um conjunto de sensores e atuadores acoplados ou inseridos na estrutura.
Então, para produzir um controle ativo, deve-se escolher um atuador adequado e
implementar um controlador para o mesmo. O atuador utilizado neste trabalho é baseado num material piezelétrico, e o controlador escolhido é o Regulador Quadrático
Linear (RQL). O atuador piezelétrico é usado para gerar um movimento oscilatório
contrário ao movimento existente na estrutura, para que assim ocorra o controle das
vibrações. Para resolver o problema de controle, inicialmente modela-se o movimento
da estrutura que, normalmente em problemas de mecânica do contínuo, é obtido
através da resolução de um sistema de equações em derivadas parciais (EDPs).
Visto que a resolução analítica desse sistema de EDPs pode ser complicada, neste
trabalho utiliza-se o método dos elementos finitos para a discretização do domínio da
estrutura. Portanto, levando em consideração os aspectos mencionados, o objetivo
deste trabalho é simular a dinâmica e o controle de vibrações em estruturas do tipo
vigas, por meio da técnica dos BNAs e utilizar um controlador RQL para operar um
atuador piezelétrico. Outro propósito é analisar as amplitudes das vibrações, através
da Transformada de Fourier, com o intuito de verificar a diminuição da amplitude de
vibração gerada pela inserção dos buracos. Os resultados destas simulações serão
apresentados e discutidos. | pt_BR |
dc.publisher.department | Instituto de Física e Matemática | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Molter, Alexandre | |