Análise dinâmica de base em aço de máquinas rotativas horizontais através do método dos elementos finitos

Abstract

Modelos avançados de cálculo podem ser usados para resolver equações diferenciais que caracterizam diversos problemas de engenharia, a exemplo de problemas de análise de tensão e deformação e dinâmica de estruturas metálicas. Entre estes modelos, destaca-se o Método dos Elementos Finitos (MEF), ferramenta numérica bastante utilizada, devido à versatilidade de suas rotinas computacionais, sendo aplicado em praticamente todos os ramos da engenharia. O propósito deste trabalho consiste em criar um modelo matemático que descreva, de forma satisfatória, o comportamento dinâmico de estruturas metálicas, através da análise modal das frequências naturais e amplitudes de vibração, com escopo tangente a técnica de modelamento dos elementos finitos. Desse modo, elabora-se modelos matemáticos enlaçados pelas condições de contorno e propriedades do material da estrutura em estudo. Tal análise refere-se ao estudo de uma base de máquina rotativa submetida a carregamentos dinâmicos, gerados pela excitação transmitida da máquina à base. Os modelos são criados de modo que simulem as distorções geométricas da estrutura à níveis vibracionais. Embora os diversos modelos de estruturas apresentem características particulares, intenta-se elaborar uma rotina computacional para cálculo das frequências naturais de vibração, bem como as amplitudes vibratórias em estruturas, a exemplo de bases de máquinas, através do MEF, contemplando o vasto campo de variantes estruturais existentes. Por fim, determina-se os pontos mais críticos ao longo das estrutura, através da análise de frequências naturais, mapeando as frequências de ressonância, bem como a amplitude dos pontos críticos e o seu coeficiente de segurança. Não obstante, os resultados da análise numérica de vibrações refletem bem as distorções previstas para estrutura, na medida que estes estão consoantes com os valores de amplitude e frequências naturais calculados através de softwares comerciais. Dessa forma, as funções FRF e gráficos de deslocamento da estrutura traduzem bem o comportamento estimado para dinâmica da fundação exposta a forças de desbalanceamento rotativo. Demonstrando assim, a alta eficiência do MEF na solução de problemas na área estrutural, a exemplo da análise dinâmica de estruturas metálicas.