Modelagem de um mancal de rigidez variável baseado em ligas com memória de forma para controle de vibração em máquinas rotativas

Abstract

As ligas com memória de forma, ou shape memory alloys (SMA), apresentam um enorme potencial em aplicações envolvidas no controle de vibração de estruturas diversas. Em máquinas rotativas, as velocidades críticas de operação são funções da rigidez equivalente correspondente ao sistema. Explora-se a transformação martensítica termoelástica induzida por temperatura em SMA, capaz de variar entre duas fases cristalograficamente reversíveis, martensita e austenita. A mudança de fase da liga com memória de forma pode resultar em variações muito significantes no módulo de elasticidade do material. Nesse sentido, busca-se elaborar uma concepção de mancal adaptativo com elementos de SMA embutidos em formato de pastilhas, com o propósito de alterar a rigidez equivalente do mancal e, consequentemente, desviar a velocidade crítica intrínseca à máquina rotativa, resultando em uma configuração com elementos de um mancal convencional dispostos em série com as pastilhas de SMA. Empregam-se diferentes quantidades, geometrias e tamanhos dos elementos do mancal e modela-se matematicamente um sistema rotor com eixo flexível, disco rígido, e mancais com rigidez alterável, com intuito de investigar a resposta dinâmica do sistema como um todo, bem como as alterações nas amplitudes de deslocamento e frequências naturais. ______________________________________________________________________ ABSTRACT

Shape memory alloys have great potential in applications involved in the control of vibration in many structures. In rotating machines, the critical operating speeds are functions of the system equivalent stiffness. This work focus in the thermoelastic temperature induced martensitic transformation in SMA, capable of altering between two crystallographically reversible stages, martensite and austenite. The phase change of shape memory alloy can result in very significant modifications in the material’s modulus of elasticity. Hence, it seek to develop a concept of adaptive bearing with SMA elements embedded in bars format, with the intention of affecting the equivalent stiffness of the bearing and thus change the intrinsic critical speed of the rotating machine, resulting in a configuration with elements of a conventional bearing arranged in series with the bars. Uses different amounts, sizes and geometries of bearing elements and models mathematically a rotating system with flexible shaft, stiff disc, and bearings with changeable stiffness, in order to investigate the dynamic response of the system, as well as changes in the amplitude and natural frequency.