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Identificação dos coeficientes dinâmicos de mancais em máquinas rotativas através de respostas ao desbalanceamento e tecnicas de otimização não linear

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MetadadosDescriçãoIdioma
Autor(es): dc.contributorBavastri, Carlos Alberto-
Autor(es): dc.contributorUniversidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica-
Autor(es): dc.creatorMiliavacca, Alcemir-
Data de aceite: dc.date.accessioned2019-08-22T00:32:47Z-
Data de disponibilização: dc.date.available2019-08-22T00:32:47Z-
Data de envio: dc.date.issued2016-02-25-
Data de envio: dc.date.issued2016-02-25-
Data de envio: dc.date.issued2015-
Fonte completa do material: dc.identifierhttp://hdl.handle.net/1884/41182-
Fonte: dc.identifier.urihttp://educapes.capes.gov.br/handle/1884/41182-
Descrição: dc.descriptionOrientador : Prof. Dr. Carlos Alberto Bavastri-
Descrição: dc.descriptionDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 01/10/2015-
Descrição: dc.descriptionInclui referências : fls. 113-116-
Descrição: dc.descriptionÁrea de concentração: Fenômenos de transporte e mecânica dos sólidos-
Descrição: dc.descriptionResumo: Máquinas rotativas são amplamente empregadas na indústria e geralmente ocupam funções críticas nos processos produtivos. A fim de garantir a operação segura e confiável destes equipamentos faz-se necessária a correta predição de seu comportamento dinâmico nas fases de projeto e o adequado acompanhamento preditivo e de diagnóstico durante sua operação. Estas características estão estreitamente relacionadas aos coeficientes dinâmicos dos mancais. Porém, estes parâmetros são geralmente de difícil obtenção e conduzem a erros na modelagem do sistema. Este trabalho propõe uma metodologia experimental robusta para determinar, simultaneamente, os coeficientes dinâmicos dos mancais e a distribuição do desbalanceamento de massa em rotores flexíveis, por meio de conceitos associados a modificações estruturais e técnicas de otimização não linear. O método ajusta a resposta ao desbalanceamento simulada, via método dos elementos finitos, a sua equivalente experimental, medida em procedimentos de rundown. Como a função objetivo resultante é multimodal, um método híbrido que emprega algoritmo genético e o algoritmo de busca direta de Nelder-Mead foi empregado para garantir a determinação do ótimo global com um tempo de processamento reduzido. Uma base formada por autovetores de um sistema primário invariante (rotor real e coeficientes de mancais iniciais constantes) foi utilizada para obter a resposta ao desbalanceamento no ambiente de otimização. Esta base permite encontrar a resposta do rotor real (sistema composto), quando os coeficientes dos mancais são atualizados na rotina de otimização, de forma semelhante à utilizada em técnicas de modificação estrutural. Este conceito permite resolver o problema de autovalores uma única vez e sua associação à redução modal mediante truncagem dos autovetores permite reduzir o custo computacional despendido. Validações numéricas baseadas num rotor exemplo clássico da literatura foram inicialmente realizadas, permitindo analisar a influência de diferentes parâmetros do algoritmo genético, coeficientes iniciais dos mancais e reduções modais, na convergência e precisão do código para identificação de parâmetros. A validação experimental foi realizada por meio de duas diferentes configurações de rotores. O modelo inicial incluiu um mancal confeccionado com quatro molas, sendo seus coeficientes de rigidez obtidos via ensaios mecânicos e comparados aos obtidos pela metodologia. O segundo modelo experimental foi montado com um mancal hidrodinâmico cilíndrico de geometria fixa, e os valores identificados via metodologia proposta neste trabalho foram comparados aos calculados através de um código comercial. Resultados satisfatórios foram obtidos nas análises numéricas e experimentais e são amplamente discutidos. A metodologia mostra-se eficiente e confiável para identificar, simultaneamente, os coeficientes dinâmicos de mancais e excitações por desbalanceamentos. Palavras-chave: Máquinas Rotativas. Mancais. Otimização Não Linear. Elementos Finitos. Modificações Estruturais.-
Descrição: dc.descriptionAbstract: Rotating machines are widely used in industry usually performing critical roles in production processes. In order to ensure a safe and reliable operation of such equipment, it is fundamental to have a correct prediction of their dynamic behavior throughout the design stages and an appropriate predictive monitoring and diagnosis when in operation. These characteristics are closely related to the bearing dynamic coefficients. However, such parameters are usually difficult to obtain besides leading to errors in the process of modeling the system. The present study proposes a robust experimental methodology to determine the bearing dynamic coefficients simultaneously with the distribution of mass unbalance in flexible rotors applying concepts associated to structural modifications and nonlinear optimization techniques. The method adjusts the unbalance response simulated by a finite element model, to its experimental equivalent, measured in rundown procedures. As the resulting target function is multimodal, a hybrid method using a genetic algorithm and the direct search Nelder-Mead algorithm was used to ensure the determination of the global optimum with a reduced processing time. A basis consisting of eigenvectors of a primary invariant system (real rotor and coefficients of constant initial bearings) was used to obtain the response to unbalance in the optimization environment. This basis allows finding the response of the real rotor (compound system) when the coefficients of the bearings are updated in the optimization routine as in structural modification techniques. This concept allows solving the eigenvalue problem at once; and its association to modal reduction by eigenvectors truncation reduces the spent computational cost. Numerical validations based on a rotor that is a classic example in the literature were initially performed, allowing analyzing the influence of various parameters of the genetic algorithm, initial bearing coefficients, and modal reductions in the convergence and accuracy of the parameter identification code. The experimental validation was performed using two different rotor configurations. The initial model included a bearing made with four springs, the stiffness coefficients of which were obtained via mechanical tests and compared to those obtained by the methodology. The second experimental model was constructed using a plain hydrodynamic journal bearing, and the values identified via the methodology proposed in the present study were compared to those calculated through a commercial code. Satisfactory results were obtained in numerical and experimental analyses and discussed at length. The methodology proves to be efficient and reliable to identify both the bearing coefficients and the excitations by unbalances. Keywords: Rotating Machines. Bearings. Nonlinear Optimization. Finite Elements. Structural Modifications.-
Formato: dc.format136 f. : il. algumas color., tabs.-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Relação: dc.relationDisponível em formato digital-
Palavras-chave: dc.subjectEngenharia mecanica-
Título: dc.titleIdentificação dos coeficientes dinâmicos de mancais em máquinas rotativas através de respostas ao desbalanceamento e tecnicas de otimização não linear-
Tipo de arquivo: dc.typelivro digital-
Aparece nas coleções:Repositório Institucional - Rede Paraná Acervo

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