| Summary: | Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduaçao em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. === Made available in DSpace on 2017-04-11T04:17:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2016 === O controle de vibrações utilizando materiais viscoelásticos, com camada simples ou restrita, para tratamentos de amortecimento em superfícies, é muito utilizado nas diversas áreas da engenharia. As propriedades dinâmicas desses materiais, representadas pelo módulo complexo, são dependentes da frequência e da temperatura. Uma das técnicas mais empregadas para a caracterização desta propriedade é o método da viga vibrante, padronizado pela ASTM E756. No emprego desta norma é necessário muitas vezes que o material seja avaliado em duas configurações de vigas, sendo que para materiais com camada restrita é necessário que a camada restritora seja retirada. Neste caso, o efeito do comportamento dinâmico exercido pelo adesivo (que une as camadas) na estrutura é anulado e, dependendo do material, tal efeito pode ser relevante. Técnicas de ajustes de modelos são promissoras para realizar a caracterização de tais materiais, porém, aquelas baseadas no método direto de resposta em frequência possuem custos computacionais altos. O método modal é uma alternativa eficiente, mas é ainda desafiador considerar a variação do módulo complexo com a frequência nas respostas dos modelos. Este trabalho tem por objetivo apresentar um procedimento de caracterização do módulo complexo de materiais de amortecimento, com camada simples ou restrita, através de técnicas de ajustes de modelos que utilizam o método modal para a simulação dos parâmetros modais de vigas. Para isto, o material será avaliado numa só configuração de viga e a análise será realizada num domínio que agrupa a frequência e temperatura numa só escala, chamada frequência reduzida, onde as propriedades viscoelásticas se tornam constantes para cada frequência reduzida. Este recurso se torna eficiente por aplicar o método modal e considerar as variações do módulo complexo nas simulações. O método experimental adotado foi o da viga vibrante, porém, com a amostra fixa na viga em sua configuração de aplicação. O modelo de derivadas fracionárias foi adotado para a descrição dos parâmetros modais no domínio da frequência reduzida e também do módulo complexo numa ampla faixa de frequência e temperatura. Para as simulações dos parâmetros modais foi desenvolvido um elemento finito de viga sanduíche com 8 graus de liberdade. Ao final da caracterização os parâmetros modais numéricos foram comparados com os experimentais e os resultados apresentaram boas concordâncias.<br> === Abstract : The vibration control using constrained viscoelastic material is a technique commonly used in some areas of engineering . The dynamic properties of this material are represented by the complex modulus which is frequency- and temperature-dependent. Usually, the characterization of these properties are done by the vibrating beam method, standardized by the ASTM E756. In some cases, this standard requires two beam setups to test the specimen and the removal of the constraining layer for materials that use it. In this case, the dynamic effect performed by the adhesive (which bonds the layers) on the structure is nullified and, depending on the material, this effect might become relevant. Numerical methods are a good alternative to be used in the characterization process, but those methods based on direct frequency response have high computational cost. The Modal Analysis is an efficient way to solve this problem but it is difficult to consider the frequency dependence on the model response. The objective of this research is to present a complex modulus characterization procedure of constrained viscoelastic materials through model updating techniques using the modal frequency response analysis to predict the beam sandwich modal parameters. The material will be evaluated using only one beam configuration and the analysis will be done in a domain that merges the frequency and temperature in only one scale, called reduced frequency. This strategy is efficient due to the
use of modal frequency response analysis and to consider the complex modulus frequency- and temperature- dependent. The experimental method was the same as the vibrating beam method but with the sample
glued on the beam in its original configuration. The fractional derivative model was used to describe the beam modal parameters in the reduced frequency domain and also the complex modulus in a large range of
temperature and frequency. A finite element was formulated with eight degrees of freedom to be used on the simulations. At the end, the modal parameters obtained numerically showed a good agreement with the experimental ones.
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