Estudo do sistema de isolamento vibracional da suspensão para o protótipo de um detector de ondas gravitacionais

• Main Author: José Luiz Melo
• Other Authors: Odylio Denys Aguiar
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 1998
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2017/10.06.18.56

Neste trabalho o sistema de isolamento vibracional de um protótipo de detector de ondas gravitacionais, de nome NEWTON, foi projetado utilizando o programa de elementos finitos da MacNeal-Schwendler Corporation (MSC/NASTRAN). O protótipo terá uma antena de massa ressonante em formato de buckybola de 3,8 toneladas, a qual vai ser resfriada a 0,05 K. A validade do programa computacional foi primeiro verificada experimentalmente. Os modos normais de uma buckybola de 25 cm de diâmetro foram calculados utilizando-se o programa MSC/NASTRAN e comparados com as medidas tomadas de um modelo real com este tamanho, mostrando uma concordância excelente. Então, um sistema composto de massas cilíndricas de cobre ou alumínio conectadas por tubos de cobre ou titânio foi proposto como o sistema de isolamento vibracional da suspensão a ser modelado computacionalmente. Modificando-se os parâmetros geométricos dos cilindros e tubos e calculando iterativamente os modos normais, foi possível se obter uma janela, de 1861 Hz até 2400 Hz, livre de ressonâncias, em tomo da frequência característica de ressonância (2110 Hz). Com esta configuração espectral, o modelo computacional mostrou que o sistema de isolamento vibracional seria capaz de atenuar o ruído de entrada de um fator de 260 dB na frequência de ressonância. Este nível de atenuação é mais do que suficiente para permitir a detecção de sinais de ondas gravitacionais com um espectro em amplitude de deformação de 10 -20 mház. Este é o nível de sensibilidade esperado para o protótipo NEWTON. O modelo computacional proposto neste trabalho também pode ser utilizado para se calcular o sistema de isolamento vibracional da suspensão de detectores de ondas gravitacionais com massas ressonantes de tamanhos diferentes, incluindo o do detector EINSTEN de 100 toneladas. === In this work the vibration isolation system of a gravitational wave detector prototype, named NEWTON, was designed by using the finite element program MSC/NASTRAN. The prototype will have a 3.8 ton buckyball resonant-mass antenna, which will be cooled to 0.05 K. The vality of the computational software was first verified experimentally. The normal modes of a 25 cm diameter buckyball were calculated using the MSC/ NASTRAN software and compared with measurements talcen on an actual model of this size, showing an excellent agreement. Then, a system composed of cylindrical masses of Copper or Aluminium connected by tubes of copper or titanium was proposed as the vibrational isolation suspension system to be computationaly modeled. Changing the geometrical parameters of the cylinders and tubes and calculating iteratively the mechanical normal modes, it was possible to obtain a window, from 1861 Hz to 2400 Hz, free of resonances, around the characteristic resonant frequency (2110 Hz). With this spectral configuration, the computational model shows that the vibration isolation system would be able to attenuate the input noise by a factor of 260 dB at the resonant frequency. This levei of attenuation is more than sufficient to allow detection of gravitational wave signals with spectral strain amplitudes of 10 -20 int\IHz. This is the sensitivity levei expected for the NEWTON prototype. The computational model proposed in this work can also be used to calculate the vibrational isolation suspension system of different size ressonant-mass gravitational wave detectors, including the 100 ton EINSTEIN detector.