Estudo analítico-numérico em vibrações livres fluido-elásticas em cascas cilíndricas para diferentes condições de contorno

• Main Author: França Júnior, Davidson de Oliveira
• Other Authors: Pedroso, Lineu José
• Language: Portuguese
• Published: 2018
• Subjects: Cascas (Engenharia); Cascas cilíndricas; Reservatórios verticais cilíndricos; Método dos elementos finitos
• Online Access: http://repositorio.unb.br/handle/10482/32421

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2018. === Submitted by Raquel Viana ([e-mail]) on 2018-08-08T21:34:04Z No. of bitstreams: 1 2018_DavidsondeOliveiraFrançaJúnior.pdf: 7292472 bytes, checksum: 3b89224f3d8653fff2ba3ad2448df326 (MD5) === Approved for entry into archive by Raquel Viana ([e-mail]) on 2018-08-14T18:59:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_DavidsondeOliveiraFrançaJúnior.pdf: 7292472 bytes, checksum: 3b89224f3d8653fff2ba3ad2448df326 (MD5) === Made available in DSpace on 2018-08-14T18:59:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_DavidsondeOliveiraFrançaJúnior.pdf: 7292472 bytes, checksum: 3b89224f3d8653fff2ba3ad2448df326 (MD5) Previous issue date: 2018-08-08 === As estruturas em geral têm como papel principal transmitir as cargas estáticas verticais e horizontais para o solo, além de atender também as solicitações dinâmicas através dos seus elementos estruturais, com uma adequada capacidade resistente e um bom desempenho em serviço. Desta forma, destacam-se as cascas cilíndricas, que são caracterizadas por uma estrutura esbelta bastante utilizada na engenharia civil, indústria mecânica, naval, aeroespacial e em outras áreas pelo mundo. Os reservatórios verticais cilíndricos, estrutura objeto de estudo neste trabalho, são modelados por uma casca cilíndrica e podem estar submetidas à solicitação dinâmica, tendo a resposta estrutural (tensões, frequências, deformadas modais, etc.) influenciada por diversas variáveis. Decorrente disso, neste trabalho são estudadas as vibrações livres e forçadas de um reservatório cilíndrico vazio e totalmente preenchido com um líquido para diferentes condições de vinculação da casca. As análises são realizadas tendo por base a teoria de Soedel (2005), a técnica analítica de Sharma & Johns (1971), o cálculo variacional através das equações de energia da casca e o método dos elementos finitos (MEF) por meio do software ANSYS®. O fluido é modelado pela equação da onda e incorporado na casca cilíndrica através de uma massa adicional de fluido. Os efeitos das ondas de superfície livre (sloshing) e da pressão hidrostática são desprezados. Para demonstrar a validade da modelagem no software, os resultados analíticos são comparados com os resultados numéricos obtidos através do MEF. As frequências naturais e as formas modais da estrutura, desacoplada e acoplada fluido-estrutura são investigadas. Além disso, são avaliados os modos dominantes na vibração acoplada e abordada a massa adicional para diferentes condições de contorno. Posteriormente, na análise da vibração forçada para o sistema desacoplado e acoplado fluido-estrutura, foi obtida a resposta dinâmica decorrente de um carregamento harmônico pontual na casca. De posse da simulação computacional e do modelo analítico, quando aplicável, os resultados se mostraram satisfatórios para cada caso abordado. === Structures in general have the main role of transmitting the vertical and horizontal static loads to the ground, as well as to respond to dynamic demands through their structural elements with adequate strength and good performance in service. Thus, cylindrical shells stand out and they are characterized by a slender structure widely used in civil engineering, mechanical, naval and aerospace industry, and in other areas around the world. The vertical cylindrical vessels, which are the object of study in this work, are modeled by a cylindrical shell and can be subjected to the dynamic request with the structural response (tensions, frequencies, deformed modal, etc.) influenced by several variables. Therefore, in this work, the free vibrations and the forced vibrations of an empty cylindrical vessel and a cylindrical vessel totally filled with a liquid are studied for different conditions of the attachment of the shell. The analysis is based on the theory of Soedel (2005), the analytical technique of Sharma & Johns (1971), the variational calculation through the shell energy equations, and the finite element method (MEF) using ANSYS software ®. The fluid is modeled by the wave equation and incorporated into the cylindrical shell through an additional mass of fluid. The effects of sloshing and hydrostatic pressure are neglected. To demonstrate the validity of the modeling in the software, the analytical results are compared with the numerical results obtained through the MEF. Natural frequencies and modal forms of the structure, decoupled and coupled fluid-structure are investigated. In addition, the dominant modes in the coupled vibration are evaluated and the additional mass is addressed for different boundary conditions. Subsequently, in the analysis of forced vibration for the decoupled and coupled fluid-structure system, the dynamic response was obtained due to a punctual harmonic loading in the shell. With the computational simulation and the analytical model, when applicable, the results were satisfactory for each case.