Vibrações Mecânicas - Conceitos

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Prof. João Batista Filardi
Contrato Pedagógico
Disciplina: 
Vibrações Mecânicas
Aula I
1
Vibrações Mecânicas
 Considerações iniciais
 Histórico
 Aplicações
 Definições
 Tipos de Sistemas
 Classificação de vibrações
 Análise harmônica
2
Considerações Iniciais
 Presença de fenômenos vibratórios no dia-a-dia
 Tremores de terra na crosta terrestre
 Aparelho de barbear, máquina de lavar roupa
 Veículos automotivos
 Máquinas operatrizes
Considerações Iniciais
 Elevado volume de recursos é gasto anualmente 
 na redução das vibrações
 Projeto
 Testes em protótipos
 Uso de isoladores de vibrações: 
 Molas
 Elastômeros
 Mais recentemente: isoladores ativos
Consequências
 Negativas:
 Desconforto
 Problemas de saúde
 Desgaste prematuro das superfícies de contato
 Caso extremo: ruptura dos componentes
 Positivas:
 Comunicação humana
 Som de instrumentos musicais
 Indústria: transporte e limpeza de peças
 Elastômeros
Aplicações/Consequências
 
Vibrações Estruturais
Falha induzida
Ativador
Fonte sonora
Positivo
Negativo
Falha
Mal funcionamento
Desconforto
Ruído
Intensificador
Martelo pneumático
Peneira industrial
Voz, microfone
Máquinas operatrizes
Fonte: Apostila Vibrações UFMG
Importante
 Compreender os fenômenos vibratórios
 Simular os fenômenos vibratórios
 Medir experimentalmente (instrumentação e análise)
 Manutenção preditiva
Histórico
 Marco no estudo de vibrações mecânicas:
 Acidente com a Ponte de Takoma (EUA – 1940)
 Vídeo
 Aplicação nas mais variadas áreas tecnológicas:
 Aeronáutica
 Vídeo
Definição
 
 Qualquer movimento que se repete após um certo 
 intervalo de tempo
 Ex.: balanço de um pêndulo, corda de violão qdo tocada
Classificação
 
 Vibração livre: qdo o sistema é colocado para vibrar 
 após um distúrbio inicial e não existe 
 força externa agindo sobre ele após 
 este distúrbio
 Vibração forçada: qdo o sistema é colocado em 
 vibração através de forças 
 externas (repetitiva)
Classificação
 Vibração 
 não-amortecida: 
 
 Vibração 
 amortecida:
qdo a energia não é perdida ou dissipada através de atrito ou outro tipo de resistência durante a oscilação 
 
qdo a energia é perdida ou dissipada através de atrito ou outro tipo de resistência durante a oscilação 
 
Classificação
 Vibração 
 linear: 
 
 Vibração 
 não-linear:
qdo todos os componentes do sistema vibratório possuem comportamento linear.
Princípio da Superposição se aplica 
qdo pelo menos um dos componentes do sistema vibratório possuem comportamento não-linear.
Princípio da Superposição NÃO se aplica 
Classificação
 Vibração 
 Determinística: 
 
 Vibração 
 Aleatória:
qdo o valor da excitação que age no sistema vibratório é conhecido em qualquer instante de tempo
qdo o valor da excitação que age no sistema vibratório não pode ser predito em qualquer instante de tempo. Tratamento estatístico.
Terminologia
 
Frequência natural: frequência com a qual um sistema qualquer oscila sem a presença de forças externas; é característica de cada sistema sendo função da sua geometria e de sua constituição
Ressonância: ocorre quando a frequência de excitação é igual à frequência natural do sistema
Vibração forçada: ocorre quando forças externas na forma F(t)=Fosen(wt) atuam no sistema durante o seu movimento de vibração
Grau de liberdade (GL): coordenada espacial utilizada para descrever um determinado movimento, sendo uma função da variável tempo (t)
Terminologia
 
Sistemas discretos: compostos por diversos elementos discretos como massas, molas e amortecedores, admite-se normalmente um grau de liberdade para cada massa
Sistemas contínuos (viga vibrando lateralmente): possuem infinitos graus de liberdade
Terminologia
 
Amplitude de vibração: deslocamento máximo de um corpo vibrante a partir da sua posição de equilíbrio
Ciclo: movimento de um corpo vibrante a partir da sua posição de equilíbrio, para um lado extremo, de volta para a sua posição de equilíbrio, indo para o outro lado extremo e retornando para a posição de equilíbrio.
Período de oscilação: tempo necessário para a oscilação completar um ciclo
Terminologia
 
Frequência de oscilação: número de ciclos por unidade de tempo
 : frequência angular 
Decibel: escala utilizada para representar as diversas quantidades encontradas no campo das vibrações e acústica.
Movimento Harmônico Simples
 
 Movimento oscilatório que se repete a intervalos 
 iguais de tempo  
 Pode ser representado pela projeção numa linha reta, 
 de um ponto que se move numa circunferência a 
 velocidade constante. Assim:
 Exemplos Práticos
Locomotiva ElétricaEP200 (UM model 2004) 
Parte Mecânica
146 equações diferenciais
24 equações de restrição
122 d.o.f 
Modelos de veículos ferroviários
Sistema mecânico 
representando 
o corpo humano
5- Exemplos Práticos
Sistema mecânico: motocicleta + motorista
Modelo 1 GL
Modelo 4 GL
Modelo 5 GL