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CAPÍTULO 5 Questão 5.2: Indique se cada uma das seguintes afirmações é Verdadeira ou Falsa: 1 – Os modos normais também podem ser denominados modos principais. Verdadeiro 2 – As coordenadas generalizadas são linearmente dependentes. Falso 3 – Coordenadas principais podem ser consideradas como coordenadas generalizadas. Verdadeiro 4 – A vibração de um sistema depende do sistema de coordenadas. Falso 5 – A natureza do acoplamento depende do sistema de coordenadas. Verdadeiro 6 – As coordenadas principais evitam o acoplamento estático, bem como o acoplamento dinâmico. Verdadeiro 7 – A utilização de coordenadas principais ajuda a determinar a resposta do sistema. Verdadeiro 8 – As matrizes de massa, rigidez e amortecimento de um sistema com dois graus de liberdade são simétricas. Verdadeiro 9 – As características de um sistema com dois graus de liberdade são usadas no projeto do absorvedor de vibração dinâmica. Verdadeiro 10 – Sistemas semidefinidos também são conhecidos como sistemas degenerados. Verdadeiro 11 – Um sistema semidefinido não pode ter frequências naturais não zero. Falso 12 – As coordenadas generalizadas podem ser medidas em relação ao ponto de equilíbrio do corpo. Falso 13 – Durante vibração livre, diferentes graus de liberdade oscilam com ângulos de fase diferentes. Falso 14 – Durante vibração livre, diferentes graus de liberdade oscilam em frequências diferentes. Falso 15 – Durante vibração livre, diferentes graus de liberdade oscilam com amplitudes diferentes. Verdadeiro 16 – As amplitudes relativas de diferentes graus de liberdade em um sistema com dois graus de liberdade dependem da frequência natural. Verdadeiro 17 – Os vetores modais de um sistema denotam os modos normais de vibração. Verdadeiro Questão 5.3: Preencha os espaços em branco. 1 – A vibração livre de um sistema com dois graus de liberdade sob uma excitação inicial arbitrária pode ser determinada pela superposição de dois modos de vibração natural. 2 – O movimento de um sistema com dois graus de liberdade é descrito por duas coordenadas independentes. 3 – Quando a frequência forçante é igual a uma das frequências naturais do sistema, ocorre o fenômeno conhecido como ressonância. 4 – A amplitude e ângulos de fase são determinados pelas condições iniciais do sistema. 5 – ara um sistema torcional, momento de inércia e molas torcionais são análogos às massas e molas lineares, respectivamente, de um sistema massa-mola. 6 – A utilização de coordenadas generalizadas diferentes leva tipos diferentes de acoplamentos. 7 – Um sistema semidefinido tem um mínimo de movimento de corpo rígido. 8 – O acoplamento elástico também é conhecido como acoplamento estático. 9 – O acoplamento de inércia também é conhecido como acoplamento dinâmico. 10 – O acoplamento de amortecimento também é conhecido como acoplamento de velocidade. 11 – As equações de movimento de um sistema serão desacopladas quando são usadas coordenadas principais. 12 – O critério de Routh-Hurvitz pode ser usado para investigar a estabilidade de um sistema. 13 – As equações de movimento de um sistema com dois graus de liberdade são não acopladas somente quando as duas massas não estão ligadas fisicamente. 14 – A vibração de um sistema sob condições iniciais apenas é denominada vibração livre. 15 – A vibração de um sistema sob forças externas é denominada vibração forçada. Questão 5.4: Selecione a resposta mais adequada entre as várias opções dadas: 1 – Quando um sistema com dois graus de liberdade é sujeito a uma força harmônica, o sistema vibra à: Frequência da força aplicada. 2 – O número de graus de liberdade de um sistema vibratório depende do: Número de massas e dos graus de liberdade de cada uma das massas. 3- Um sistema com dois graus de liberdade tem: Muitos modos normais. 4 – As equações de movimento de um sistema com dois graus de liberdade são, em geral: Acopladas. 5 – Impedância mecânica 𝑍𝑟𝑠(𝑖𝑤) −𝒘𝟐𝒎𝒓𝒔 + 𝒊𝒘𝒄𝒓𝒔 + 𝒌𝒓𝒔 6 – A matriz de impedância, [Z(iw)], pode ser usada para determinar a solução como: �⃗⃗� = [𝒁(𝒊𝒘)]−𝟏𝑭𝟎⃗⃗ ⃗⃗ 7 – A configuração de um sistema vibratório em uma de sua frequências naturais é denominada: Modo natural 8 – As equações de movimento de um sistema com dois graus de liberdade são, em geral, da forma de: Equações diferenciais acopladas Questão 5.5: Ligue os itens correspondentes nas duas colunas a seguir: 1 - Acoplamento estático (c) Somente a matriz de rigidez é não diagonal. 2 – Acoplamento inercial (a) Somente a matriz de massa é não diagonal. 3 - Acoplamento de Velocidade (d) Somente a matriz de amortecimento é não diagonal. 4 - Acoplamento dinâmico (b) As matrizes de massa e amortecimento são não diagonais. Questão 5.6: Ligue os dados apresentados na coluna da esquerda com as equações de frequência dadas. 𝐽𝑜�̈�1 − 2𝑘𝑡𝜃1 − 𝑘𝑡𝜃2 = 0 2𝐽𝑜�̈�2 − 𝑘𝑡𝜃1 − 𝑘𝑡𝜃2 = 0 1 - 𝐽𝑜 = 1; 𝑘𝑡 = 2 2 - 𝐽𝑜 = 2; 𝑘𝑡 = 1 3 - 𝐽𝑜 = 2; 𝑘𝑡 = 2 4 - 𝐽𝑜 = 1; 𝑘𝑡 = 4 5 - 𝐽𝑜 = 4; 𝑘𝑡 = 1 (5) 32𝑤4 − 20𝑤2 + 1 = 0 (1) 𝑤4 − 5𝑤2 + 2 = 0 (4) 𝑤4 − 10𝑤2 + 8 = 0 (2) 4𝑤4 − 10𝑤2 + 1 = 0 (3) 2𝑤4 − 5𝑤2 + 1 = 0 PROVA 1 ➔ 5.2c 3 – As amplitudes e ângulos de fase são determinados pelas coordenadas iniciais do sistema 4 – A natureza do acoplamento depende das coordenadas usadas e não é uma propriedade inerente do sistema. 5- O acoplamento amortecido também é conhecido como de velocidade. ➔ 5.3c 1 – As equações de movimento em coordenadas principais de um sistema com dois gld, são: Acopladas PROVA 3 ➔ 5.3C 1 – Quantos modos degenerados um sistema geral com vibração translacional pode ter¿ Três (3) 2 – As coordenadas generalizadas por definição são linearmente : Independentes 3 – As coordenadas principais permitem que as equações de movimento dos sistemas mecânicos: Desacoplados 5 – Um sistema mecânico poderá vibrar em seus modos normais, a partir de valores específicos de: Frequência de Excitação PROVA 4 ➔ 5.2 4- a natureza do acoplamento depende das coordenadas usadas e não é propriedade inerente do sistema 5 – Sistemas mecânicos que tem frequências nulas são denominados sistemas semidefinidos ➔ 5.3 1- Quantos modos de corpo rígido um sistema geral com vibração rotacional pode ter Três 2 – Os Graus de liberdade são coordenadas generalizadas por definição são linearmente Independentes ➔ 2 - As coordenadas generalizadas de um sistema mecânico, são um conjunto de n coordenadas independentes designando graus de liberdade de translação ou rotação. 3 – Os autovetores ou modos de vibrar correspondentes a duas frequências naturais distintas, são ortogonais em relação às matrizes de massa e rigidez 4 - Se a equação característica da frequência natural, possui raízes ou frequências repetias as formas modais correspondentes não são únicas 5 - Analise modal usa o teorema da expansão ( combinação linear dos modos normais) Para desacoplar as equações de movimento do sistema mecânico. PROVA 5 ➔ 5.2 4- A natureza do acoplamento depende das coordenadas usadas e não é uma propriedade inerente do sistema. 5.3 4 – A equação característica da frequência de um sistema com dois graus de liberdade é: 5 – um sistema mecânico com dois graus de liberdade poderá entrar em ressonância em seus modos normais a partir de valores específicos de : ➔ 5.4 Estabeleça as equações características de frequência natural para cada um dos casos, para um sistema com dois graus de liberdade governado pelas equações de movimento CAPÍTULO 6 Questão 6.2: Indique se cada uma das seguintes afirmações é verdadeira ou falsa: 1 – Para um sistema com vários graus de liberdade, uma equação de movimentopode ser escrita para cada grau de liberdade. Verdadeiro 2 – A equação de Lagrange não pode ser usada para deduzir as equações de movimento de um sistema com vários graus de liberdade. Falso 3 – As matrizes de massa, rigidez e amortecimento de um sistema com vários graus de liberdade são sempre simétricas. Verdadeiro 4 – O produto das matrizes de rigidez e flexibilidade de um sistema é sempre uma matriz identidade. Verdadeiro 5 – A análise modal de um sistema com n graus de liberdade pode ser realizada usando r modos com r<n. Verdadeiro 6 – No caso de um sistema amortecido com vários graus de liberdade, todos os autovalores podem ser complexos. Verdadeiro 7 – O fator de amortecimento modal denota amortecimento em um modo normal particular. Verdadeiro 8 – Um sistema com vários graus de liberdade pode ter 6 (seis) de suas frequências naturais iguais a zero. Verdadeiro 9 – As coordenadas generalizadas sempre terão a unidade de comprimento. Falso 10 – As coordenada generalizadas são independentes das condições de restrição do sistema. Verdadeiro 11 – A matriz de massa generalizada de um sistema com vários graus de liberdade é sempre diagonal. Falso 12 – As energias potencial e cinética de um sistema com vários graus de liberdade são sempre funções quadráticas. Verdadeiro 13 – A matriz de massa de um sistema é sempre simétrica e positiva definida. Verdadeiro 14 – A matriz de rigidez de um sistema é sempre simétrica e positiva definida. Falso 15 – O modo de corpo rígido também é denominado modo zero. Verdadeiro 16 – Um sistema não restringido também é conhecido como um sistema semidefinido. Verdadeiro 17 – A segunda lei do movimento de Newton sempre pode ser usada para deduzir as equações de movimento de um sistema vibratório. Verdadeiro Questão 6.3 Preencha os espaços em branco com a palavra adequada: 1 – A constante de mola denota a força necessária para provocar uma elongação unitária. 2 – O coeficiente de influência de flexibilidade 𝑎𝑖𝑗 denota a deflexão no ponto i provocada por uma carga unitária no ponto j. 3 – A força no ponto i provocada por um deslocamento unitário do ponto j, quando todos os outros pontos exceto o ponto j são fixos, é conhecida como coeficiente de influência de rigidez. 4 – As formas modais de um sistema com vários graus de liberdade são ortogonais. 5 – As equações de movimento de um sistema com vários graus de liberdade podem ser expressas em termos de coeficientes de influência. 6 – Equações de Lagrange são expressas em termos de coordenadas generalizadas. 7 – O valor de delta de Kronecker (𝛿𝑖𝑗) é 1 para i = j e 0 (zero) para i ≠ j. 8 – A matriz de rigidez de um sistema semidefinido é singular. 9 – Um sistema com vários graus de liberdade pode ter no máximo seis modos de corpo rígido. 10 – Quando o vetor solução é denotado como uma combinação linear dos modos normais como 𝑥 (𝑡) = ∑ 𝑞𝑖(𝑡)𝑋 (𝑖)𝑛 𝑖=1 , as coordenadas generalizadas 𝑞𝑖(𝑡) também são conhecidas como coeficientes de participação modal. 11 – Qualquer conjunto de n vetores linearmente independentes em um espaço n- dimensional é denominada uma base. 12 – A representação de um vetor n-dimensional arbitrário como uma combinação linear de n vetores linearmente independentes é conhecida como teorema de expansão. 13 – A análise modal tem como base o teorema de expansão. 14 – A análise modal desacopla basicamente as equações de movimento. 15 – Os autovalores de um sistema com n graus de liberdade formam uma base do espaço n-dimensional. 16 – A aplicação de equações de Lagrange requer uma disponibilidade de expressões de energia. 17 – A equação de determinante |[𝑘] − 𝑤2[𝑚]| = 0, é conhecida como equação característica. 18 – A simetria de matrizes de rigidez e flexibilidade deve-se ao teorema de reciprocidade de Maxwell. 19 – O teorema de reciprocidade de Maxwell afirma que os coeficientes de influência são simétricos. 20 – A matriz de rigidez é positiva definida somente se o sistema for estável. 21 – Durante a vibração livre de um sistema não amortecido, todas as coordenadas terão movimento síncrono. 22 – Em amortecimento proporcional, considera-se que a matriz de amotecimento seja um combinação linear de matrizes de massa e de rigidez. Questão 6.4: Selecione a resposta mais adequada entre as opções dadas: 1- O número de frequências naturais distintas para um sistema com n graus de liberdade pode ser: 𝒏 2 – A matriz dinâmica, [D], é dada por: [𝒌]−𝟏[𝒎] 3 – A ortogonalidade de modos implica: �⃗⃗� (𝒊) 𝑻 [𝒎]�⃗⃗� (𝒋) = 𝟎 e �⃗⃗� (𝒊) 𝑻 [𝒌]�⃗⃗� (𝒋) = 𝟎 4 – A matriz modal, [X], é dada por: [𝑿] = [�⃗⃗� (𝟏) �⃗⃗� (𝟐) … �⃗⃗� (𝒏)] 5 – A função de dissipação de Rayleigh é usada para gerar uma: Matriz de amortecimento 6 – A equação característica de um sistema com n graus de liberdade é uma: Polinomial de grau n; 7 – A frequência natural fundamental de um sistema é: O menor valor 8 – Amortecimento negativo resulta em: Instabilidade 9 – O critério de Routh-Hurwitz pode ser usado para investigar: A estabilidade de um sistema 10 – As matrizes de rigidez e flexibilidade estão relacionadas como: [𝒌] = [𝒂]−𝟏 11 – Um sistema para o qual [k] é positiva e [m] é positiva definida é denominado um: Sistema semidefinido 12 – [m] – ortogonalidade de vetores modais implica: �⃗⃗� (𝒊) 𝑻 [𝒎]�⃗⃗� (𝒋) = 𝟎 13 – A análise modal pode ser usada convenientemente para determinar a resposta de um sistema com vários graus de liberdade: Sob condições forçantes arbitrárias Questão 6.5 Ligue os itens correspondentes nas duas colunas: (a) 1 2 �̇� 𝑇[𝑚]�̇� (b) 1 2 𝑋 𝑇[𝑚]𝑋 (c) 𝑋 (𝑖) 𝑇 [𝑚]𝑋 (𝑗) (d) 𝑋 (𝑖) 𝑇 [𝑚]𝑋 (𝑖) (e) [𝑋]𝑇[𝑘][𝑋] (f) [𝑚]�̈� + [𝑘]�̇� (g) |[𝑘] − 𝑤2[𝑚]| (h) [𝑘]−1[𝑚] (a) Energia cinética do sistema. (b) Energia de deformação do sistema. (c) Igual a 0 quando os modos são ortogonais. (d) Igual a 1 quando os modos são ortogonais. (e) Igual a [𝑤𝑖²] quando os modos são normalizados. (f) Igual ao vetor de força aplicada 𝐹 . (g) Igual a 0, dá os valores característicos. (h) Igual a matriz dinâmica [D] ➔ 6.2c 1 – Os sistemas de engenharia, em sua maioria, são contínuos e tem infinitos GDL 2 – Há n frequências naturais, cada uma associada á sua forma modal quando o sistema tem n GDLs. 3 – Não existem soluções analíticas das equações diferenciais parciais em casos de sistemas complexos. ➔ 6.3c 3 – Amortecimento positivo resulta em rápida convergência ➔ 6.4c 1- Igual a matriz identidade quando os modos são ortonormais 2- Matriz dinâmica 3- Energia cinética do sistema( matricial) 4- Igual a matriz dos wi² quando os modos são normalizados 5- Gera a equação característica do sistema PROVA 2 ➔ 6.2c 1 – Equação de Lagrange são expressas em termos de coordenadas generalizadas CAPÍTULO 7 Questão 7.2: Indique se cada uma das seguintes afirmações é verdadeira ou falsa: 1 – A frequência fundamental dada pela fórmula de Dunkerley sempre será maior que seu valor exato. Falso 2 – A frequência fundamental dada pelo método de Rayleigh sempre será maior que seu valor exato. Verdadeiro 3 - [𝐴]𝑋 = 𝜆[𝐵]𝑋 é um problema-padrão de autovalor. Falso 4 - [𝐴]𝑋 = 𝜆[𝐼][𝐵]𝑋 é um problema-padrão de autovalor. Verdadeiro 5 – O método de Jacobi pode determinar os autovalores somente de matrizes simétricas. Verdadeiro 6 – O método de Jacobi usa matrizes de rotação. Verdadeiro 7 – O método de iteração matricial requer que as frequências naturais sejam distintas e bem separadas. Verdadeiro 8 – No método de iteração matricial, nenhum erro de cálculo produzirá resultados incorretos. Verdadeiro 9 – O método de iteração matricial sempre convergirá para frequências mais altas.Falso 10 – Quando o método Rayleigh é utilizado para um eixo que suportará vários rotores, a curva de deflexão estática pode ser utilizada como a forma modal adequada. Verdadeiro 11 – O método de Rayleigh pode ser considerado o mesmo que a conservação de energia para um sistema vibratório. Verdadeiro Questão 7.3: Preencha os espaços em branco com a palavra adequada. 1 – Qualquer matriz simétrica positiva definida [A] pode ser decomposta como [𝐴] = [𝑈]𝑇[𝑈] onde [U] é uma matriz triangular superior. 2 – O método para decompor uma matriz simétrica positiva definida [A] como [𝐴] = [𝑈]𝑇[𝑈] é conhecido como o método de Choleski. 3 – Cada etapa do método de Jacobi reduz um oar de elementos fora da diagonal a zero. 4 – O teorema de expansão permite a representação de qualquer vetor como uma combinação linear dos autovetores do sistema. 5 – Se o método de iteração matricial convergir para o menor autovalor com [𝐷]𝑋 = 𝜆𝑋 , o método converge para o autovalor maior com [𝐷]−1𝑋 = 𝜇𝑋 . 6 – O quociente de Rayleigh dá um limite superior para 𝜔1² e um limite inferior para 𝜔𝑛². 7 – O quociente de Rayleigh tem um valor estacionário na vizinhança de um autovetor. 8 – No caso de um eixo que suporta as massas 𝑚1 e 𝑚2..., o método de Rayleigh dá a frequência natural como: 𝜔 = { 𝑔(𝑚1𝜔1+𝑚2𝜔2+⋯) 𝑚1𝜔1²+𝑚2𝜔2²+⋯ } 1/2 Onde 𝜔1, 𝜔2... denotam as deflexões estáticas de 𝑚1, 𝑚2,... respectivamente. 9 – O método de Holzer é, basicamente, um método de tentativa e erro. 10 – O método de Holzer é aplicado mais extensivamente a sistemas torcionais, embora também seja aplicável a sistemas lineares. 11 – O cálculo de frequências naturais mais altas, baseado no método de iteração matricial, envolve um processo conhecido como deflação da matriz. 12.- A fórmula de Dunkerley e o método de Rayleigh, são utilizados para determinar a frequência fundamental. 13.- O quociente de Rayleigh nunca é do que o menor autovalor e também nunca é mais alto do que o autovalor mais alto. 14.- No método de Iteração Matricial, o número de iterações depende da semelhança do vetor experimental com o modo fundamental e do grau de separação entre 𝜔1 e 𝜔2. 15.- No método de Iteração Matricial, o cálculo das frequências intermediarias é realizada utilizando o procedimento da deflação da matriz. 16.- O Método iterativo de Jacobi, produz simultaneamente todos os autovalores e autovetores da matriz real e simétrica [𝐷]. Questão 7.4: Selecione a resposta mais adequada. 1 - Quando o vetor experimental 𝑋 (1) = { 1 1 1 } é utilizado para a solução do problema de autovalor, [ 1 1 2 1 2 2 1 2 3 ] 𝑋 = 𝜆𝑋 o próximo vetor experimental 𝑋 (2), dado pelo método de iteração matricial é: { 𝟑 𝟓 𝟔 } 2 – Para um sistema semidefinido, a equação final no método de Holzer denota a: Soma das forças de inércia como zero. 3 – A fórmula de Dunkerley é dada por: 𝟏 𝝎𝟏² ≈ 𝒂𝟏𝟏𝒎𝟏 + 𝒂𝟐𝟐𝒎𝟐 + ⋯+ 𝒂𝒏𝒏𝒎𝒏 4 – O quociente de Rayleigh é dado por: �⃗⃗� 𝑻[𝒌]�⃗⃗� �⃗⃗� 𝑻[𝒎]�⃗⃗� 5 – O quociente de Rayleigh satisfaz a seguinte relação: 𝑹(�⃗⃗� ) ≥ 𝝎𝟏² ou 6 – Para um sistema vibratório como [𝑘] = [ 2 −1 −1 2 ] e [𝑚] = [ 1 0 0 1 ] a forma modal mais próxima do modo fundamental, de acordo como quociente de Rayleigh, 𝑅(𝑋 ) = �⃗� 𝑇[𝑘]�⃗� �⃗� 𝑇[𝑚]�⃗� é dada por: �⃗⃗� = { 𝟏 𝟏 } Questão 7.5: Ligue os itens correspondentes: 1 – Fórmula de Dunkerley 2 – Método de Rayleigh 3 – Método de Holzer 4 – Método da iteração matricial 5 – Método de Jacobi (3) Determina as frequências naturais e formas modais do sistema, uma por vez, utilizando vários valores experimentais para cada frequência. (4) Determina todas as frequências naturais utilizando vetores experimentais e procedimento de deflação matricial. (5) Determina todos os autovalores e autovetores simultaneamente sem utilizar vetores experimentais. (1) Determina o valor aproximado da frequência fundamental de um sistema composto. (2) Determina o valor aproximado da frequência fundamental de um sistema que é sempre maior que seu verdadeiro valor. Prova 1 ------------- ➔ 7.2d – Preencha os espações em branco 1 – A formula de Dunkerley e o método de Rayleigh, são utilizados para determinar a frequência fundamental 2 – O quociente de Rayleigh nunca é mais baixo do que o menor autovalor e também nunca é mais alto do que o autovalor mais alto 3 – No método de iteração matricial, o numero de iterações depende da semelhança do vetor experimental com o modo fundamental e do grau de separação entre w1 e w2. 4 – No método de iteração matricial, o calculo das frequências intermediarias é realizado utilizando o procedimento da deflação da matriz. 5 – Métodos iterativos de Jacobi produz simultaneamente todos os autovalores e autovetores da matriz real e simétrica [D]. ➔ 7.3d- Selecione a resposta mais adequada entre múltiplas opções 1 – Para um sistema de extremidades fixas, a equação final no método de Holzer denota a: Amplitude na extremidade como zero 2 – A fórmula de Dunkerley para um sistema com 2 graus de liberdade é dado por: PROVA 2D 5.3d: Selecione a resposta mais adequada entre múltiplas opções: 1 – Quantos modos degenerados um sistema geral com vibração translacional pode ter: Um 2 – As coordenadas generalizadas por definição são linearmente: Independentes 3 – As coordenadas principais permitem que as equações de movimento dos sistemas mecânicos sejam: Desacopladas 4 – A configuração de um sistema vibratório em um de suas frequências naturais é denominada: Modo natural 5 – Um sistema mecânico pode vibrar em seus modos normais, a partir de valores específicos de: Condições iniciais