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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36181| Título: | Estudo comparativo entre métodos numérico e experimental de análise modal aplicada ao problema de vibração transversal de uma viga fixa-livre |
| Título(s) alternativo(s): | Comparative study between numerical and experimental methods of modal analysis applied to the transverse vibration problem of a fixed-free beam |
| Autor(es): | Silva Filho, Silvio de Oliveira |
| Orientador(es): | Iossaqui, Juliano Gonçalves |
| Palavras-chave: | Acelerômetros Análise modal Vigas - Juntas Accelerometers Modal analysis Girders - Joints |
| Data do documento: | 12-Dez-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Londrina |
| Citação: | SILVA FILHO, Silvio de Oliveira. Estudo comparativo entre métodos numérico e experimental de análise modal aplicada ao problema de vibração transversal de uma viga fixa-livre. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2025. |
| Resumo: | A vibração é o movimento que se repete, regular ou irregularmente após um intervalo de tempo, podendo influenciar projetos de engenharia e limitar seu desempenho. Em projetos estruturais, a determinação das frequências naturais é fundamental para evitar o fenômeno da ressonância, o qual pode levar a aumentos significativos na amplitude das vibrações, resultando em danos estruturais graves. As frequências naturais e modos de vibração de estruturas podem ser obtidas por meio de análise modal. Este trabalho visa entender o emprego de métodos experimental e numérico de análise modal. Para isso, propõe-se montar uma bancada de testes para estudar as vibrações transversais de uma viga fixa-livre que possui solução analítica, facilitando assim a validação dos métodos experimental e numérico. No método experimental, utiliza-se de um martelo de impacto para excitar a viga transversalmente, o qual provoca uma aceleração que é medida ao longo do tempo por um acelerômetro axial. As medidas realizadas, com o auxílio do LabVIEW, no domínio do tempo da força e aceleração são convertidas para o domínio da frequência aplicando a transformada rápida de Fourier. As respostas em função da frequência são exportadas ao Matlab, o qual é utilizado para extrair as funções de transferência e frequências naturais. Por sua vez, o método numérico consiste no uso do Ansys para obter as frequências naturais e modos de vibração transversal da viga. Os resultados numéricos são comparados com as soluções analíticas, enquanto os resultados experimentais são comparados com os resultados numéricos. Para validar a calibração do acelerômetro e do martelo de impacto, realiza-se um experimento para determinar as frequências naturais de uma viga livre-livre. Os resultados numéricos, como esperado, aproximaram dos resultados analíticos. No entanto, os resultados experimentais apresentaram erros inesperados, provavelmente causados pelas condições de contorno da montagem viga-pórtico que não garantiram deslocamento nulo do engaste. |
| Abstract: | Vibration is the motion that repeats itself, either regularly or irregularly, after a time interval, and it can influence engineering projects and limit their performance. In structural projects, determining natural frequencies is crucial to avoiding the phenomenon of resonance, which can lead to significant increases in vibration amplitudes, resulting in severe structural damage. The natural frequencies and vibration modes of structures can be obtained through modal analysis. This study aims to understand the application of experimental and numerical methods in modal analysis. For this purpose, it is proposed to set up a test bench to study the transverse vibrations of a cantilever beam, which has an analytical solution, thus facilitating the validation of both the experimental and numerical methods. In the experimental method, an impact hammer is used to excite the beam transversely, generating acceleration measured over time by an axial accelerometer. The measurements, performed with the aid of LabVIEW, of force and acceleration in the time domain are converted to the frequency domain using the Fast Fourier Transform. The responses as a function of frequency are exported to Matlab, which is used to extract the transfer functions and natural frequencies. In turn, the numerical method consists of using Ansys to obtain the natural frequencies and transverse vibration modes of the beam. The numerical results are compared with the analytical solutions, while the experimental results are compared with the numerical results. To validate the calibration of the accelerometer and the impact hammer, an experiment is conducted to determine the natural frequencies of a free-free beam. As expected, the numerical results closely matched the analytical results. However, the experimental results presented unexpected errors, likely caused by the boundary conditions of the beam-frame assembly, which did not ensure zero displacement at the fixed support. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36181 |
| Aparece nas coleções: | LD - Engenharia Mecânica |
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