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Título:  
  Estudo de vibrações induzidas por vórtices em estruturas cilíndricas submetidas a escoamento permanente
Autor:  
  Andre Loeblein Kaercher   Listar as obras deste autor
Categoria:  
  Teses e Dissertações
Idioma:  
  Português
Instituição:/Parceiro  
  [cp] Programas de Pós-graduação da CAPES   Ir para a página desta Instituição
Instituição:/Programa  
  UFRGS/RECURSOS HÍDRICOS E SANEAMENTO AMBIENTAL
Área Conhecimento  
  ENGENHARIA CIVIL
Nível  
  Mestrado
Ano da Tese  
  2007
Acessos:  
  422
Resumo  
  A ocorrência de vibrações induzidas pelo escoamento em estruturas hidráulicas é um fenômeno altamente indesejável; pois pode causar uma série de problemas de funcionamento; manutenção e em alguns casos pode ocasionar até mesmo o colapso da estrutura em questão. Apesar disso; esse aspecto ainda é considerado como um elemento secundário de projeto. O estudo numérico desse fenômeno ainda é extremamente complexo; fazendo-se necessário o uso de modelos em escala reduzida das estruturas reais para a estimativa do comportamento dinâmico dessas estruturas. A modelagem do comportamento dinâmico de estruturas submetidas ao escoamento de água é denominada de modelagem hidroelástica. Para a aplicação correta da modelagem hidroelástica é fundamental um entendimento profundo sobre os aspectos básicos dos fenômenos hidráulicos e mecânicos atuantes na estrutura. O presente trabalho concentrou-se na investigação experimental de alguns aspectos básicos do fenômeno de vibrações induzidas por vórtices em estruturas cilíndricas; com o objetivo de ampliar a base de conhecimento existente sobre esse fenômeno e; dessa forma; contribuir para o aperfeiçoamento das técnicas de modelagem hidroelástica. Vale ressaltar que existem outros mecanismos de instabilidade causadores de vibrações; além do desprendimento de vórtices; que não foram abordados nesta dissertação. Os aspectos básicos abordados neste trabalho foram os seguintes: • Razão de Aspecto L/D – razão entre o comprimento do cilindro exposto ao escoamento e seu diâmetro; • Parâmetro de massa-amortecimento (m*+CA)z parâmetro adimensional formado pelo produto entre a massa da estrutura e seu amortecimento z. Para a investigação experimental foram ensaiados cilindros rígidos elasticamente montados e pivotados na base; submetidos ao escoamento permanente de água em canal aberto; com dois graus de liberdade para oscilar. Apesar da liberdade para oscilar em duas direções; o presente trabalho concentrou-se apenas nas vibrações transversais à direção do escoamento. Os cilindros empregados possuem diferentes diâmetros; diferentes massas e dois tipos de molas para a fixação elástica. A variação desses parâmetros resultou em comportamentos oscilatórios diferentes; caracterizados através da medição das acelerações no topo do cilindro; que posteriormente foram convertidos em valores de deslocamento no topo do cilindro. O comportamento oscilatório dos cilindros foi descrito através de curvas de amplitudes adimensionais A/D; ou seja; amplitude de oscilação dividida pelo diâmetro do cilindro; e curvas de freqüência adimensional fd/fna; ou seja; freqüência de oscilação dominante (fd) dividida pela freqüência natural da estrutura na água (fna). Como principais resultados dessa investigação experimental pode-se ressaltar os seguintes pontos: • O parâmetro (m*+CA)z &#61472;não influencia de maneira significativa o comportamento oscilatório do sistema em termos de freqüência adimensional (fd/fna); • Demonstrou-se a influência da razão de aspecto sobre as amplitudes máximas de oscilação; em conjunto com o uso do parâmetro (m*+CA)z. As amplitudes máximas de oscilação sofreram redução com o aumento da razão de aspecto dos cilindros; para valores de L/D entre 6 e 20. O comportamento das amplitudes máximas de oscilação com relação ao parâmetro (m*+CA)z &#61472;apresentou um comportamento mais complexo; dependendo da razão de aspecto ensaiada; • Alguns ensaios colocam em dúvida a validade do uso do parâmetro (m*+CA)z para representar de forma combinada as variações do amortecimento estrutural e razão de massa; pelo menos para a configuração experimental adotada e valores de (m*+CA)z < 0;074&#61486;&#61472;
     
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