Vibração

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Vibração é um movimento periódico tal como a oscilação de uma partícula, sistema de partículas ou de um corpo rígido em torno de uma posição de equilíbrio. A amplitude do movimento é indicada em milímetros ou polegadas.

Para realizar uma análise de vibrações é importante verificar os graus de liberdade do sistema mecânica, que consiste em identificar o número de coordenadas independentes no movimento necessárias para descrever o movimento espacial de todas partículas de um sistema em qualquer instante de tempo.

Não existe sistema de coordenadas único. Quantidades cinemáticas como deslocamentos, velocidades e aceleração são escritas em função das coordenadas generalizadas escolhidas e suas derivadas temporais.

Grandezas físicas[editar | editar código-fonte]

As vibrações mecânicas podem ser medidas em aceleração (unidade SI: metros por segundo ao quadrado), velocidade (unidade SI: metros por segundo) ou deslocamento (unidade SI: metros). Para a medição de vibrações em máquinas, são comuns as seguintes unidades:

aceleração: metros por segundo ao quadrado (m/s2), g (1g equivale a, aproximadamente, 9,8065 metros por segundo ao quadrado);

velocidade: metros por segundo (m/s), polegadas por segundo (ips);

deslocamento: micrômetros (1 micrometro equivale a 0,001mm), mils (1 mil equivale a 0,001").

O instrumento comumente utilizado na medição de vibrações é o coletor de dados de vibrações, que utiliza um sistema transdutor de vibrações mecânicas em sinais elétricos conhecido como acelerômetro.

Classificação das vibrações[editar | editar código-fonte]

Quanto à excitação[editar | editar código-fonte]

Vibrações livres[editar | editar código-fonte]

Ocorrem quando um sistema mecânico é definido desligado com uma entrada inicial e depois deixado a vibrar livremente. Exemplos deste tipo de vibração: puxar uma criança em um balanço e depois soltar, bater um diapasão e deixá-lo tocar. O sistema mecânico então irá vibrar em uma ou mais "frequências naturais" tendendo a zero.

Vibração forçada[editar | editar código-fonte]

É quando uma perturbação variável no tempo (de carga, deslocamento ou velocidade) é aplicada a um sistema mecânico. O distúrbio pode ser uma contribuição periódica em estado estacionário, uma entrada de transientes, ou uma entrada aleatória. A entrada periódica pode ser um harmônico ou uma perturbação não harmônica. Exemplos destes tipos de vibração incluem uma máquina de lavar agitando devido a um desequilíbrio, um automóvel em vibração (causada pelo motor, molas e etc.), ou a vibração de um edifício durante um sismo. Para os sistemas lineares, a frequência de resposta da vibração em estado estacionário resultantes da aplicação de uma entrada periódica harmônica, é igual à frequência da força ou de movimento aplicado, com a magnitude da resposta ser dependente do sistema mecânico real.

Forças de excitação[editar | editar código-fonte]

A análise de vibrações depende do tipo de força age sobre o sistema mecânico. As respostas de vibração podem ter características diferentes de acordo com a força atuante.

Força harmônica[editar | editar código-fonte]

Forma mais simples de força em sistemas mecânicos. É descrita pela função onde F corresponde à amplitude e a frequência de excitação em rad/s, sendo também usualmente escrita com a unidade do SI em Hz. A frequência em Hz é nomeada e descrita por . Um exemplo prático são rotores em balanço.

Força periódica[editar | editar código-fonte]

Excitação que se repete em certo período, porém com intensidades diferentes. Um exemplo prático são motores de combustão interna.

Força transitória[editar | editar código-fonte]

Tipo de excitação instantânea. Ocorre por uma liberação de energia em um curto espaço de tempo. Pode ser descrita pela função Delta de Dirac. Exemplos práticos são explosões e impactos.

Força aleatória[editar | editar código-fonte]

São excitações que não podem ser descritas por funções, devem ser tratadas com métodos estatísticos para facilidade de cálculos.

Um exemplo prático são cálculos de tensões e deformações em asas de aviões, que não apresentam um contato uniforme com o vento.

Exemplo de função harmônica
Exemplo de função periódica não harmônica
Exemplo de função de força transitória
Exemplo de força aleatória

Análise de vibração[editar | editar código-fonte]

A análise de vibrações tem fundamental importância para as mais diversas áreas da engenharia. A análise de vibrações pode ajudar na manutenção preditiva de máquinas, construção de grandes obras de engenharia civil, estudos de resistência de materiais e nas mais diversas áreas.

Os testes de vibração são realizados pela introdução de uma função de forças em uma estrutura, geralmente com algum tipo de agitador.[1]Em alternativa, um DUT (dispositivo sob teste) está ligado a "mesa" de um agitador. Para frequências relativamente baixas, forçando, são utilizados servo-hidráulicos (electro) agitadores são usados. Para frequências mais altas, são utilizados agitadores eletrodinâmicos. Geralmente um ou mais pontos de controle localizados no lado DUT de um dispositivo elétrico, são mantidos a uma aceleração especificada.[2]Outros pontos "de resposta" apresentam nível máximo de vibração (ressonância) ou nível mínimo de vibração (anti-ressonância). É normalmente preferível ativar anti-ressonância para evitar um sistema de se tornar muito ruidoso, ou para reduzir a tensão em certas partes de um sistema devido a modos de vibração causados por específicas frequência de vibração.[3] Dois tipos típicos de teste de vibração são os testes senoidais aleatórios . Os testes senoidais (uma frequência de cada vez) são realizados para examinar a resposta estrutural do dispositivo sob teste (DUT). Um teste aleatório (todas as frequências de uma só vez) é geralmente considerado para replicar mais de perto um ambiente do mundo real, tais como insumos caminhos para um automóvel em movimento. A maioria dos testes de vibração são conduzidos num único eixo DUT de cada vez, embora a maior vibração do mundo real ocorre em vários eixos simultaneamente. MIL-STD-810G, lançado no final de 2008, Test Method 527, exige testes de excitação múltipla. Dispositivos projetados especificamente para rastrear ou gravar vibrações são chamados vibroscópios.

Preparação de OGO satélite para teste de vibração.

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências


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