Controle Passivo da Resposta Dinâmica Estrutural via Análise Numérica e Otimização

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Publicada em 29/09/2017

Discente: Tales Vieira Pena

Resumo:

Efeitos de vibrações em estruturas, ocasionados por uma excitação externa cuja frequência está bem próxima de umas das frequências naturais do sistema, começaram a ser um problema bastante comum atualmente. Isto ocorre pelo fato de as novas estruturas necessitarem de menos matéria-prima para serem erguidas, devido aos diversos avanços tecnológicos nas áreas de engenharia, computação e ciência dos materiais, o que proporciona um formato mais esbelto do que as de antigamente. Assim, para contornar este problema, diversos aparatos foram estudados e desenvolvidos com o objetivo de se isolar a estrutura dessas excitações ou minimizar os seus efeitos. Um desses mecanismos é o absorsor de massa sintonizado, AMS, que devido a sua simplicidade e baixo custo de manutenção, tornou-se bastante utilizado. Neste trabalho, foi estudada a aplicação de múltiplos AMS, ou MAMS, no controle de vibração em estruturas com diversos graus de liberdade sujeita a excitações externa. Inicialmente, foi realizado um estudo teórico para desenvolver uma rotina numérica que permitisse a analise dinâmica do sistema composto pela estrutura e os MAMS. Depois disto, foi investigado o comportamento desse sistema mediante a utilização de 1 AMS e de 3 AMS, arranjados na sua forma interligada, MAMS I, e não interligada; MAMS NI; em duas estruturas distintas: uma viga bi apoiada e um shear building de 20 andares. Para isso, os melhores parâmetros para cada configuração dos AMS foram obtidos através do método de otimização por algoritmo genético, onde foi considerado como objetivo minimizar o máximo valor modular da função resposta em frequência, FRF, e através da otimização multiobjetivo, que, além do objetivo anterior, também foi considerado como objetivo a uniformização da FRF. De modo geral, os resultados obtidos foram satisfatórios e mostraram que dentro da faixa investigada e dos objetivos investigados, a configuração o MAMS I foi mais eficiente no controle de vibrações quando comparados às outras configurações.

Abstract:

Effects of vibrations on structures, caused by an external excitation whose frequency is very close to one of the natural frequencies of the system, began to be a fairly common problem today. This is due to the fact that the new structures require less raw material to be erected due to the various technological advances in the areas of engineering, computing and materials science, which provides a slimmer form than those of the old one. Thus, to circumvent this problem, several devices have been studied and developed with the aim of isolating the structure of these excitations or minimizing their effects. One such mechanism is the tuned mass dampers, TMD, which due to its simplicity and low maintenance cost has become widely used. In this work, it was studied the application of multiple TMD, or MTMD, in the control of vibration in structures with different degrees of freedom subject to external excitations. Initially, a theoretical study was carried out to develop a numerical routine that would allow the dynamic analysis of the system composed of the structure and the MTMD. After this, the behavior of this system was investigated using single TMD and 3 TMD, arranged in their interconnected form, IMTMD, and not interconnected; NIMTMD; in two distinct structures: a bi-supported beam and a 20-story shear building. For this, the best parameters for each configuration of the AMS were obtained through the method of optimization by genetic algorithm, where it was considered as objective to minimize the maximum modular value of the frequency response function, FRF, and through multiobjective optimization, which besides objective, the standardization of FRF was also considered as an objective. In general, the results were satisfactory and showed that within the investigated range and the objectives investigated, the MAMS I configuration was more efficient in the control of vibrations when compared to the other configurations. Keywords: Dynamic structure. Tuned mass absorbers (AMS). Multiple tuned mass absorbers (MAMS). Genetic Algorithm.

Palavras-chave:

Dinâmica estrutura. Absorsores de massa sintonizados (AMS). Múltiplos absorsores de massa sintonizados (MAMS). Algoritmo genético.

Áreas de Concentração:

- Mestrado: Estruturas e Construção

Orientadores:

- Francisco de Assis das Neves

Banca Examinadora:

Prof. Francisco de Assis das Neves (UFOP, Presidente)
Prof. ALEXANDRE ABRAHAO CURY (UFJF)
Prof. GUSTAVO PAULINELLI GUIMARAES (UFOP)
Prof. CARLOS MAGLUTA (UFRJ)

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