Artigo

REDUÇÃO DE VIBRAÇÕES EM ESTRUTURAS SUBMETIDAS À CARGAS DINÂMICAS COM USO DE AMORTECEDORES DE MASSA

GAMARRA, Luiz Felipe1; SANTOS, Joniel Carlos Francisco Alves Dos2;

Resumo

Introdução:Com o desenvolvimento de novos materiais e o crescente progresso das técnicas de análise e dimensionamento estruturais, estão sendo projetadas e construídas estruturas cada vez mais flexíveis e esbeltas. Segue que estas estruturas são assim mais suscetíveis à vibrações excessivas causadas por cargas dinâmicas, como por exemplo terremotos, ventos, ondas, tráfego intenso, ocupação humana, etc. Essas vibrações são indesejáveis, não só do ponto de vista de segurança, mas também do conforto ambiental; Assim, a proteção das estruturas civis, incluindo o seu conteúdo e ocupantes, é, sem dúvida, uma preocupação mundial. Uma alternativa para este problema, amplamente estudada nas últimas décadas, é o controle estrutural. O controle estrutural, basicamente, promove uma alteração nas propriedades de rigidez e amortecimento da estrutura, seja pela adição de dispositivos externos, seja pela ação de forças externas. Obstáculos devem ser superados antes que essa tecnologia de controle estrutural seja aceita de forma geral pelos profissionais de engenharia e construção civil, apesar dos estudos já realizados e do razoável número de aplicações práticas. Entre estes obstáculos estão: redução do custo de implantação e de manutenção; eliminação da dependência da potência externa; aumento da confiabilidade, eficiência e robustez, e aumento da receptividade de tecnologia não-tradicional. Os modelos de estudos mais utilizados nestes sistemas envolvem modelagem das estruturas como sistemas do tipo massa-mola acoplados, que se traduzem, matematicamente, em sistemas de equações diferenciais. A solução dessas equações diferenciais se dá via ferramentas computacionais. Neste trabalho, nós apresentamos o ponto de partida desses estudos, consistindo da aplicação do método Runge-Kutta a um caso simples de equação diferencial ordinária (EDO) de segundo grau, não homogênea. Esta equação diferencial é o caso mais simples de um tipo de movimento oscilatório amortecido com forçamento externo constante.

Objetivo:Desenvolver um modelo simples para vibração de estruturas; Desenvolver técnicas computacionais para solução de EDOs; Aplicação das técnicas desenvolvidas para avaliar a eficiência dos amortecedores de massa, aplicados à redução de vibração em edificações altas sujeitas a ações ambientais aleatórias.

Metodologia:Usar um modelo representativo de um grau de liberdade sujeito a uma ação externa; a solução das equações de movimento é obtida numericamente por meio de uma rotina computacional.

Resultados:Foi possível durante o período de trabalho desenvolver uma rotina computacional para a solução de EDOs lineares usando o algoritmo de Runge-Kutta de quarta ordem. Um exemplo de EDO de interesse resolvida numericamente é apresentado no relatório em anexo.

Conclusões:O objetivo do trabalho é a aplicação de ferramentas computacionais ao estudo de controle de vibrações de estruturas submetidas a ações harmônicas externas. O estudo consiste em modelar uma estrutura complexa por osciladores massa-mola acoplados, amortecidos e forçados. As equações de movimento são, portanto, um sistema de EDOs de osciladores amortecidos e forçados, cuja solução numérica permite avaliar o amortecimento das ações externas em função dos parâmetros de amortecimento do sistema. Deste modo, o método é eficiente para a otimização dos parâmetros de amortecimento. Neste trabalho foi dado o primeiro passo para se chegar ao objetivo apresentado.

Palavras-chave:Vibração de estruturas. Amortecedores de Massa. Runge-Kutta.

Legendas

    1. Estudante
    2. Orientador