Análise linear e não-Linear do comportamento dinâmico de um rotor com mancais hidrodinâmicos multi-lobulares [recurso eletrônico]
Carlos Alberto Alves Viana
DISSERTAÇÃO
Português
T/UNICAMP V654a
[Linear and nonlinear analysis of the dynamic behavior of a rotor using multi-lobe journal bearings]
Campinas, SP : [s.n.], 2021.
1 recurso online (128 p.) : il., digital, arquivo PDF.
Orientadores: Tiago Henrique Machado, Diogo Stuani Alves
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica
Resumo: Máquinas rotativas possuem um papel fundamental na história da evolução industrial, por permitirem alcançar, cada vez mais, níveis produtivos esperados para o suprimento global. Com a necessidade crescente por projetos com cargas e velocidades substancialmente maiores, falhas de natureza...
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Resumo: Máquinas rotativas possuem um papel fundamental na história da evolução industrial, por permitirem alcançar, cada vez mais, níveis produtivos esperados para o suprimento global. Com a necessidade crescente por projetos com cargas e velocidades substancialmente maiores, falhas de natureza vibratória motivaram a criação de áreas de pesquisas e necessidade por pessoal capacitado. Um dos nichos de pesquisa, nesse sentido, é em relação aos componentes das máquinas, como por exemplo, os mancais hidrodinâmicos, sendo os elementos intermediários de transmissão de vibração entre as partes fixas e móveis do rotor. Para a modelagem matemática da dinâmica dos mancais hidrodinâmicos, tradicionalmente são utilizados modelos lineares. No entanto, os mancais hidrodinâmicos podem apresentar uma natureza altamente não-linear, dependendo da condição de operação analisada. Diversas configurações de mancais foram desenvolvidas ao longo do tempo, sendo os mancais cilíndricos os que apresentam maior instabilidade quando em altas rotações ou baixas cargas. Como solução, outras geometrias foram projetadas, postergando a região de instabilidade para faixas de rotação maiores, como no caso dos mancais multi-lobulares - elípticos e trilobulares. Dessa forma, este trabalho propõe um estudo do comportamento dinâmico de um sistema rotativo apoiado em mancais hidrodinâmicos elípticos e trilobulares, sob carregamento severo, variando-se o parâmetro de pré-carga e comparando os modelos linear e não-linear. Em um primeiro momento, o comportamento do rotor é avaliado no domínio do tempo, através do cálculo das órbitas dos mancais. Em seguida, os resultados são avaliados no domínio da frequência para visualização das componentes harmônicas do sinal. Finalmente, é conduzida a análise do rotor em condição de aceleração constante para verificação das passagens pela 1ª velocidade crítica e pela instabilidade fluido-induzida. Este conjunto de análises realizadas possibilitou um entendimento melhor dos efeitos não-lineares em mancais hidrodinâmicos multi-lobulares e, consequentemente, no comportamento dinâmico do sistema rotativo. A caracterização dos resultados, contrastados pelo emprego dos modelos linear e não-linear, evidenciou diferenças significativas nos casos analisados, de maneira a contribuir quanto à escolha do modelo que melhor represente o sistema mecânico em determinada situação, seja em fase de projeto, teste ou operação
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Abstract: Rotating machines play a fundamental role in the history of industrial development, as they have enabled significant growth of expected production levels. Despite the need for projects with substantially higher loads and speeds, faults caused by vibrational phenomena motivated the rise for...
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Abstract: Rotating machines play a fundamental role in the history of industrial development, as they have enabled significant growth of expected production levels. Despite the need for projects with substantially higher loads and speeds, faults caused by vibrational phenomena motivated the rise for new research areas and skilled workers. In this way, one of these research fields is related to components that make up machines, such as hydrodynamic bearings, being they intermediate elements of vibration’s transmission between fixed and mobile parts of the rotor. For mathematical modelling of hydrodynamic bearings, linear models are often used. However, this type of bearing may have a highly nonlinear nature, depending on the operating condition analyzed. Several bearing configurations have been developed over time, in which the cylindrical one is more prone to fluid-induced instability when operating at high speeds or supporting low loads. As a solution, other geometries were designed, postponing the instability threshold to higher rotating speeds, like in multi-lobed bearings - elliptical and three-lobed. Therefore, this work proposes to study the dynamic behavior of a rotating system supported by elliptical and three-lobed hydrodynamic bearings under severe loading conditions, changing the preload parameter and comparing linear and nonlinear models. At first, the rotor behavior is evaluated in the time domain, through the calculation of the bearing orbits. Then, the results are evaluated in the frequency domain in order to visualize the harmonic components of the signal. Finally, to verify the passages through the 1st critical speed and fluid-induced instability, an analysis is conducted simulating the rotor in a constant acceleration condition. This set of analyzes enabled a better understanding of the nonlinear effects in multi-lobed hydrodynamic bearings and, consequently, the dynamic behavior of the rotating system. The characterization of the results, contrasted by the use of linear and nonlinear models, showed significant differences in the analyzed cases, helping to choose the model that best represents the mechanical system in a given situation, whether in the design phase, test or operation
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Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF
Machado, Tiago Henrique, 1986-
Orientador
Alves, Diogo Stuani, 1986-
Coorientador
Morais, Tobias Souza
Avaliador
Nicoletti, Rodrigo
Avaliador
Análise linear e não-Linear do comportamento dinâmico de um rotor com mancais hidrodinâmicos multi-lobulares [recurso eletrônico]
Carlos Alberto Alves Viana
Análise linear e não-Linear do comportamento dinâmico de um rotor com mancais hidrodinâmicos multi-lobulares [recurso eletrônico]
Carlos Alberto Alves Viana