Implementação de um código livre de medição e pós-processamento para análise modal de vibração de estruturas

Implementation of an open-source code for measurement and processing of experimental data using modal analysis for structural vibrations

Hoffmann, G. K. Engenharia Acústica, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS, Brasil, gabrielle.hoffmann@eac.ufsm.br

Mareze, P. H. Engenharia Acústica, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS, Brasil, paulo.mareze@eac.ufsm.br

Fonseca, W. D’A. Engenharia Acústica, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS, Brasil, will.fonseca@eac.ufsm.br

Rodrigues, A. V. Engenharia Acústica, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS, Brasil, aline.vono@eac.ufsm.br

Lima, S. V. Engenharia Acústica, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS, Brasil, sabrina.vieira@eac.ufsm.br

Resumo

O controle de ruído e vibrações é essencial nos dias atuais, pois contribui para uma melhor qualidade de vida e saúde das pessoas. Ademais, pode também aumentar a longevidade e o desempenho de equipamentos e máquinas. Logo, cada vez mais, as indústrias têm se preocupado em reduzir o ruído e vibrações gerados por seus produtos. Um exemplo é a indústria de eletrodomésticos, na qual um dos grandes diferenciais de competitividade de mercado é o desenvolvimento de produtos mais silenciosos. Um procedimento muito utilizado para a compreensão e o estudo de vibrações estruturais é a análise modal, processo usado para identificar as propriedades dinâmicas intrínsecas de estruturas. A partir dessas propriedades pode-se determinar o comportamento da estrutura, como pontos de fragilidade, ressonâncias e possíveis fontes de ruído. Por muito tempo, a análise modal foi uma ferramenta utilizada somente de forma comercial. Nos últimos anos, principalmente com o desenvolvimento de códigos abertos, ela se tornou uma ferramenta mais acessível, especialmente nas instituições de ensino. O principal objetivo deste trabalho é evidenciar o andamento da construção de um código computacional livre para a medição e pós-processamento em aplicações de análise modal experimental de estruturas planas (vigas ou placas) ou tridimensionais (carenagens de eletrodomésticos). Para comparação, foram realizadas também simulações numéricas pelo método de elementos finitos (FEM). O código desenvolvido pelos autores utiliza elementos sólidos tridimensionais, apresentando robustez e precisão adequada por estarem livres de restrições cinemáticas e geométricas, presentes em outros tipos de elementos para vibrações, como os de vigas e placas.

Palavras-chaves:

análise modal experimental

forma modal

frequências de ressonâncias

FEM

vibrações.

Abstract

Noise and vibration control are essential nowadays because they add to people life quality and health. In addition, noise and vibration control can also increase the lifetime and performance of appliances and machines. Therefore, the industries are increasingly worrying about the generations of noise and vibration from their products. An example is the household appliances industry, manufacturing the quietest appliances is a competitive key distinction. Modal analysis is a procedure applied for understanding and studying structural vibration. It is used to identify the intrinsic dynamic properties of structures. These properties can be used to determine the structural behavior, how the points of highest fragility in the structure, the resonances, and possible noise sources. Modal analysis was an instrument used only in commercial form for a long time, but in the last few years, it has become a more accessible tool, especially in educational institutions. The principal aim of this work is to highlight the progress of the construction of a free computation code for the measurement and processing of experimental modal data. This code applies the modal analysis to flat (beams or plates) or three-dimensional (appliances) structures. Numerical simulations were also developed for comparison with experimental results. Where a robust code was developed using the finite element methods. The code uses three-dimensional solid elements, as this element reports the most adequate accuracy, being free from the kinematic constraints and geometries imposed in other elements, such as beam and plate.

Keywords:

experimental modal analysis

modal shape

resonance frequencies

FEM

vibration.

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